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土力学与地基基础:按材料分类的方法

时间:2023-08-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:按桩身材料,可分为混凝土桩、钢桩、木桩和组合材料桩等。灌注桩桩身混凝土的强度等级不得低于C25,混凝土预制桩尖不得低于C30。灌注桩主筋混凝土保护层厚度不应小于35 mm,水下灌注混凝土保护层厚度不得小于50 mm。图8.10钢桩的横截面钢管桩可开口或闭口打入。表8.1和8.2中分别给出混凝土和几种热轧钢筋的强度设计值供参考。表8.3常用木材强度的设计值MP

土力学与地基基础:按材料分类的方法

按桩身材料,可分为混凝土桩、钢桩、木桩和组合材料桩等。

1.混凝土桩

混凝土桩可以分为预制桩(或称沉桩)和现场灌注桩两种基本的类型。

预制桩是按要求在地面良好条件下制作的,长桩可在桩端设置钢板、法兰盘等接桩构造分节制作,桩体质量高,可大量工厂化生产,加速施工进度。预制桩有方形和八边形截面或中空正方形和圆形截面。中空型桩更适应于摩擦桩,因为单位体积混凝土可提供更大的接触面,从而比实心桩基承载力更大。圆形中空桩基运用离心原理浇制而成。各桩形如图8.9所示。钢筋的作用是抵抗吊运、打桩及使用中产生的弯矩、竖向荷载和由水平荷载引起的弯矩。

图8.9 预制混凝土桩

应力混凝土桩用极限强度fult约为1 800 MPa的高强度钢筋(相对于冷拉Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级钢筋预张拉使其应力达到)张拉制成,先将钢筋束张拉到900~1 300 MPa,然后在钢筋束周围离心浇注混凝土。待混凝土硬化后剪断钢筋束,桩的截面上便产生压缩应力,用以提高桩的抗弯和抗拔的承载能力。

预制桩混凝土的强度等级不宜低于C30,对预应力混凝土实心桩不宜低于C40。预制桩纵向钢筋混凝土保护层厚度不宜低于30 mm。预制桩的桩端可将主筋合拢焊在桩端的辅助钢筋上,也可在合拢主筋上再包以钢板桩靴。

灌注桩桩身混凝土的强度等级不得低于C25,混凝土预制桩尖不得低于C30。灌注桩主筋混凝土保护层厚度不应小于35 mm,水下灌注混凝土保护层厚度不得小于50 mm。

我国国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)规定,桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求。按桩身混凝土强度计算桩的承载力时,应按桩的类型和成桩工艺的不同将混凝土轴心抗压强度设计值乘以工作条件系数cφ,轴心受压时桩身强度应符合式(8.1)要求。

式中 Q——相应于作用基本组合时的单桩竖向承载力设计值(kN);P

A——桩身横截面积(m2);

fc——混凝土轴心抗压强度设计值(kPa),按现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB 50010)取值;

φc——工作条件系数,非预应力预制桩取0.75,预应力桩取0.55~0.65,现场灌注混凝土桩取0.6~0.8(水下灌注桩、长桩或混凝土强度等级高于C35时取低值),《地基基础规范》未涉及钢桩和木桩,这里建议钢桩和木桩取1。

当桩顶以下5倍桩身直径范围内螺旋式箍筋间距不大于100 mm且钢筋耐久性得到保证的灌注桩,可适当计入桩身纵向钢筋的抗压作用。

式中——纵向主钢筋抗压强度设计值(m2);

——纵向主钢筋截面面积(m2);

ψc——基桩成桩工艺系数,混凝土预制桩、预应力混凝土空心桩取0.85,干作业非挤土灌注桩取0.90,泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩、挤土灌注桩0.7~0.8,软土地区挤土灌注桩0.6。

2.钢 桩

钢桩通常为管桩或轧制的H型钢桩。槽钢工字钢也可用作钢桩。但热轧宽翼缘H型钢(GB 11263)更适用些,因为其腹板和翼缘等厚且长度相近,而槽钢和工字钢的腹板比翼缘薄且长,参见图8.10。钢桩如果需接长,可焊接或铆接。

图8.10 钢桩的横截面

钢管桩可开口或闭口打入。当桩很难打入时,比如遇到密实的砂砾、页岩和软岩时,钢管桩可以焊上圆锥形桩端(或桩靴)。大多数情况,钢管桩在打入后用混凝土填实,形成组合材料桩。

钢桩存在腐蚀问题。例如沼泽泥炭土和另外一些有机土都具有腐蚀性。一般应加厚钢桩(超过实际设计截面)。很多情况下,在桩的表面涂上环氧涂层能有效地防腐,且打桩时涂层也不容易损坏。在大多数腐蚀区域,有混凝土外壳的钢桩也能有效防腐。

对钢套管混凝土灌注桩和钢筋混凝土桩,应考虑钢材和钢筋的抗压强度。式(8.1)改写为:

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式中 cA——混凝土的截面积(m2);

fc——混凝土的抗压强度设计值(kPa);

Ar——纵向钢筋的截面积(m2);

fr——钢筋的抗压强度设计值(kPa);

As——钢管的截面积(m2);

fs——钢管的抗压强度设计值(kPa)。

表8.1和8.2中分别给出混凝土和几种热轧钢筋的强度设计值供参考。

表8.1 混凝土强度的设计值 N/mm2

表8.2 热轧钢筋强度的设计值 N/mm2

【例题8.1】预制钢筋混凝土方桩的截面尺寸为30 cm×30 cm,混凝土的强度等级为C35,布置有4根余热处理纵向受力钢筋,直径为20 mm,试求单桩竖向力设计值。

【解】纵向钢筋的总截面积

桩身混凝土的截面积

Ac=Ap-Ar=(0.3×0.3-0.00125)=0.088m2

查表8.1和表8.2得C35混凝土的抗压强度设计值fc=16.7MPa,余热处理钢筋的抗压强度设计值fr=360MPa,取φc=0.75,代入式(8.3):

Q≤(0.088×16.7+0.00125×360)×1000×0.75=1441kN

Q为单桩桩材的单桩竖向力设计值,不能大于该值。

3.木 桩

木桩用树干制成,大多数木桩的最大长度为10~20 m,桩端直径不应小于150 mm。木桩的承载力一般限制在220~270 kN。作为桩的木材应该是直的、完好的。木桩一般用于临时工程,但当整个桩处于水位以下时,可以作为结构的永久基础。

木桩不能承受很大的打击力,因此,在桩端可以套上钢靴、在桩顶套上金属箍以防破坏。

木桩应尽量避免接头,特别是当承受拉伸荷载或水平荷载时。但如果必须接头时,可以用金属管套或铆钉螺栓连接。管套的长度至少为木桩直径的5倍。为了连接紧密,接头末端应该锯正,装配位置应仔细修整。采用金属铆钉和螺栓连接时,接头末端也应该锯正,在铆钉连接的部位应削平。如果木材足够长,但其横断面尺寸不足,可以几根胶合在一起,或者用3到4根圆木组合起来。

如果木桩处于饱和土中,其寿命可以很长。但在海水中,木桩受到各种有机物的侵蚀在短短几个月便会遭到严重的破坏,在水位以上的桩还容易受到昆虫的破坏。用防腐剂(如杂酚油)对木桩进行处理,可提高其寿命。

木材的强度表现出明显的各向异性,例如顺纹方向的强度比横纹方向大得多。此外,木材的强度与含水量和本身的缺陷有关。我国常见树种用于桩柱时的强度设计值范围如表8.3。

表8.3 常用木材强度的设计值 MPa

注:当采用湿材时,木材的横纹承压强度设计值宜降低10%。

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