葛天英等：根据截面轴压比确定灌注桩钢筋笼长度 ｌ３５ 根据截面轴压比确定灌注桩钢筋笼长度 葛天英 ，葛日新 ，寇俊同 （１．哈尔滨＂ｒ ｑｌ，大学建筑设计研究院。哈尔滨１５００９０；２．哈尔滨市建筑设计院．哈尔滨１５００１０ Ｊ 【摘合理。 要】 通过对混凝土灌注桩的受力分析，建立桩截面轴压比的概念，推导出灌注桩钢筋笼长度的计算公 式。根据灌注桩截面轴压比的大小，确定中心受压灌注桩的合理构造配筋。从而使桩基础设计更加趋于经济 【关键词】灌注桩；钢筋笼；截面轴压比；计算公式 Ｉ中图分类号】ＴＵ４７３．１ ０引言 【文献标识码】 Ｂ 【文章编号】 １００１—６８６４（２０１２）０８—０１３５—０３ 在建筑工程中，桩基础应用广泛。据统计，钢筋 混凝土灌注桩数量大约占桩基础７０％以上。灌注桩 是一种直接在现场桩位上就地成孔，然后在孔内安放 灌注桩的配筋率和钢筋笼的长度问题值得商榷。我 们应该仔细分析和研究灌注桩的受力机理，正确理解 现行规范的相关规定，在保证桩基础设计安全的前提 下，适当的减少不必要的钢筋用量，降低工程造价。 本文主要针对中心受压的低承台灌注桩进行分析和 讨论。 １ 单桩轴向荷载传递机理 钢筋笼灌注混凝土而成的桩。大部分混凝土灌注桩 是先安放钢筋笼、后灌注混凝土，但也有先浇筑混凝 土、后将钢筋笼压人混凝土中的桩，如螺旋钻孔压灌 混凝土桩就是先压灌混凝土，然后再将钢筋笼插入混 凝土中。 根据相关文献的试验研究与理论分析表明，桩荷 载传递的一般规律可概括为：桩身在竖向荷载作用下 发生轴向压缩和整体沉降的同时，一方面由桩身侧面 引起土体的剪切变形，另一方面由桩底面引起土体压 缩变形，并在变形协调过程中达到静力平衡。 关于钢筋混凝土灌注桩配筋问题，ＪＧＪ９４—２００８ 《建筑桩基技术规范》第４．１．１条规定：①配筋率：当 桩身直径为３００—２０００ｍｍ时，正截面配筋率可取 ０．６５％一０．２％（小直径桩取高值）；对受荷载特别大 的桩、抗拔桩和嵌岩端承桩尚应根据计算确定配筋 单桩竖向抗压极限承载力是指桩在竖向荷载作 用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形 所对应的最大荷载，由以下两个因素决定：一是桩身 的材料强度，即桩在轴向受压或在桩身压曲的情况 下，结构强度的破坏；二是地基土强度，即地基土对桩 率；②配筋长度：摩擦型灌注桩配筋长度不应小于２／３ 桩长；端承型桩应沿桩身等截面或变截面通长配筋。 ＧＢ５０００７—２０１１《建筑地基基础设计规范》第８．５．３条 规定：钻孔灌注桩构造配筋的长度不宜小于桩长的 ２／３。 的极限支撑能力。通常情况下，第二个因素是决定单 桩极限抗压承载力的主控因素。 在桩基础设计中，对现行灌注桩钢筋笼长度相关 由地基土控制的单桩承载力是靠桩土之间的阻 抗而决定的。作用在桩上的荷载通常由侧摩阻力和 端阻力共同承担。在加荷初期，侧摩阻力增长比较 快，端阻力的作用较小。随着荷载的不断增加，侧摩 规范条文的理解，存在不同的观点，引起较多设计人 员的讨论和关注。许多设计人员认为：凡属于摩擦型 灌注桩，配筋长度必须取２／３桩长以上；凡属于端承型 桩，均沿桩身通长配筋。因此出现以下情况：由于当 地工程的习惯作法以及施工机械的制约，只能采用较 阻力逐渐增大到极限值后就不再增大，侧摩阻力趋向 于水平甚至有些下降，而桩顶增加荷载，完全靠桩端 阻力的增大来承担，直到桩端地基土达到极限状态， 使桩承载力达到极限值以致破坏。 ２根据桩截面轴压比推导钢筋笼长度计算公式 桩截面轴压比为桩所在截面处的轴向压力设计 值与桩截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积 的比值。由于桩周围土侧阻力的影响，桩身受压承载 力由桩顶下一定区域控制。桩截面轴压比是随桩深 度的增加而逐渐减小。对于摩擦型桩，自桩顶至桩底 的桩截面轴压比递减比较明显；对于端承型桩，自桩 大直径的钻孔机械；由于桩与土之间阻抗计算的单桩 承载力起控制作用，造成混凝土灌注桩截面承载力远 远大于桩顶轴向压力。而桩截面越大，桩构造配筋面 积也越大；而桩长度越长，桩内钢筋笼长度越长。 在相同地质条件下的轴心受压混凝土灌注桩，桩 长度相同、桩身混凝土强度等级相同、桩顶承受的轴 向力相同，只是桩截面直径不同，如果按照上述观点 对混凝土灌注桩配筋，采用相同的钢筋笼长度，则较 大直径桩身承载力不能有效的发挥作用。因此，关于 １３６ 低温建筑技术 ２０１２年第８期（总第１７０期） 顶至桩底的桩截面轴压比变化不大。桩基础设计时 单桩承载力通常借助现场静载荷试验确定。对承载 力的估算借助经验公式。一般来说，采用经验公式计 算的单桩承载力，必须进行试桩验证。 设定：Ⅳｌ为桩顶处荷载效应基本组合的轴向力； Ⅳ 为桩各截面处荷载效应基本组合的轴向力（忽略桩 自重）；ＪＢ。为桩侧阻力设计值计算系数，可取０．６；Ａ为 桩身截面积 为桩混凝土轴心抗压强度设计值；ｕ为 桩周长。 桩顶处的轴压比为： Ｐｏｅｒ＝Ⅳ｜／ｆｃＡ （１） 桩各截面处的轴压比为： Ｐ ＝Ｎｉ．／ｆｏａ （２） 可得，ｐ ：（＾ｒ｜一卢。・ｕＺｑｍ・厶） Ａ （３） 可由上式计算出桩身任何截面处的轴压比。 根据桩基础设计经验及大量的试桩检测资料统 计可知，工程桩混凝土自身承载力均大于其上轴向压 力，满足ＪＧＪ９４—２００８（建筑桩基技术规范》公式５．８．２ —２（Ⅳ≤￣，ｄｏａ）的规定。此时，采用素混凝土桩即桩 身不配筋也不会发生材料破坏，可以满足基桩受压承 载力要求。但是由于使用阶段或施工阶段可能产生 荷载偏心、弯矩作用和瞬间荷载的影响，在一定深度 范围内配置一定数量和适当长度构造钢筋，可以提高 抗弯和抗剪能力。规范规定 。为工作条件系数，取 ０．６～０．８。考虑到桩身埋于地下，桩身施工质量不能 进行正常监督和检测等因素，同时也考虑素混凝土部 分桩身强度设计必须具备一定的富裕，我们可以将桩 的界限截面轴压比确定为０．３５，即当基桩截面轴压比 大于０．３５处以上部分需要配置构造钢筋；当基桩截面 轴压比不大于０．３５处以下部分可以不配筋。这是比 较安全的限制条件。即桩身截面轴压比很小时，构造 钢筋笼长度可以适当减少。因此可得： （Ⅳ．－／３．・Ｍ∑ｇｍ・厶） Ａ＝０．３５ （４） 整理后可得： Ｅｑ， ・Ｌ ＝（Ⅳ．一０．３５ｆｏａ）／（卢。・“） （５） 根据公式（５）很容易计算出钢筋笼的最小长度 ｇ。即： Ｌ。＝∑Ｌ （６） ３举例说明 哈尔滨市某高层住宅小区工程，由于地基土为细 纱、粉质粘土、中砂等土层，薄厚不均、相互交叉，变化 复杂，地下水位较高，采用长螺旋钻孔压灌桩，桩长 ２７ｍ，桩径６００ｒａｍ。桩顶荷载：相应于荷载效应标准组 合时，作用于桩基顶面的竖向力为１５８０ｋＮ；相应于荷 载效应基本组合时，作用于桩基顶面的竖向力 为１９７０ｋＮ。 根据《建筑桩基技术规范》中的经验公式进行估 算，单桩竖向承载力特征值Ｒ．＝１６００ｋＮ。单桩竖向极 限承载力标准值为ｑ ＝３２００ｋＮ，其中总极限侧阻力 标准值Ｑ ＝２７７０ｋＮ，总极限端阻力标准值Ｑ ＝ ４３０ｋＮ。在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要 由桩侧阻力承受，属于摩擦型桩。 首先采用公式（１）计算桩顶截面轴压比： Ｐｏｅｒ＝Ⅳ＿／ｆｃａ＝（１９７０ Ｘ ｌＯＯＯ）／（１４．３ ｘ０．２５× ３．１４×６００×６００）＝０．４８＞０．３５ 可采用钢筋笼长度计算公式（５）、（６）计算： Ｙ．ｑ。， Ｌ ＝（＾ｒ｜一０．３５ｆｏＡ）／（卢。・ｕ）＝ ｒ １９７０—０．３５×１４．３×０．２５×３．１４×６００ ｘ ６００ ｘ ０．００１）／（０．６×０．６×３．１４）＝４９２ｋＮ 计算过程见表１。 表１ 桩侧阻力计算表 可见钢筋笼进入第③层中砂层。 钢筋笼进入第③层中砂层的长度： 厶＝（４９２－４３８）／７０＝０．８ｍ 所以钢筋笼长度为： ＝４十６＋０．８＝１０．８ｍ ｇ如果按照ＪＧＪ９４—２００８《建筑桩基技术规范》第 ４．１．１条规定，钢筋笼长度为２７×２／３＝１８ｍ。 可见，钢筋笼长度减少了ｌ８一ｌ０．８＝７．２ｍ，节省 钢筋大约６６％。 ４结语 在以往桩基础设计实例中，确实存在桩身混凝土 承载力远远大于其上部荷载，钢筋笼长度很长，用钢 量较多等现象。通过上例可以看出，推导出的灌注桩 钢筋笼长度计算方法，可以促使灌注桩构造配筋设计 更加趋于合理，同时保证安全，避免盲目以及不必要 的材料浪费。 根据截面轴压比确定钢筋笼的长度，对于截面轴压 比较小且较长的摩擦型灌注桩，可以明显节省钢筋。对 于轴压比很小的端承型桩，可以不进行通长配筋。 当采用公式（１）计算的桩顶截面轴压比小于０．３５， 马记：某天桥桩基加固措施与沉降观测分析 １３７ 某天桥桩基加固措施与沉降观测分析 马记 渭南７１ ４０００） （陕西铁路工程职业技术学院。 陕西【摘要】 介绍了某天桥受地铁车站施工影响，为了保证其使用功能和安全，采用在地面进行桩基托换方案 对其进行的桩基加固，并在施工过程中进行了动态沉降观测，通过对发生沉降的原因进行了分析评估，认为受地 铁车站施工影响，该桥基础沉降是在允许范围内，结构是安全的，可以正常使用。 【关键词】桩基础；加固措施；沉降；分析评估 【中图分类号】ＴＵ７５３．３ １ 工程概况 ． 【文献标识码】 Ｂ 【文章编号】 １００１—６８６４（２０１２）０８—０１３７—０２ 为粉细砂和粉质黏土层，下部为中粗砂层。 ２加固措施 某天桥桥墩基础采用桩基础，每个桥墩下面有一 根摩擦桩，桩基底标高范围在２３．５９～２３．８ｍ之间，其 中有两根桩（ｃＪ５３、ｃＪ５２桩基）已经进入某地铁主体结 构站台层（中层板下约１．７ｍ左右）见图１；该天桥在 某路段共四跨，跨度从西到东分别为１Ｏ．０、ｌ５．７５、 １５．７５、１０．０ｍ，主桥墩沿该路段为梯形状，下部尺寸为 １．０ｍ，上部尺寸为２．１ｍ，承台尺寸为２．０ｍ×１．８ｍ ｘ １．２ｍ，桩径为１．２ｍ；该桥为Ｃ４０预应力混凝土空心板 由于该桥桩基侵入地铁车站开挖范围内，为确保 地铁车站施工安全和桥梁设施使用安全，经调查研究 计算分析，工程施工中采用了桩基托换方案。桩基托 换的主要作用是逐步将桥桩荷载分解到地铁隧道结 构以外的两层支护体系上，保证桥梁使用安全和地铁 车站施工使用安全。 目前桩基托换技术主要采用的是主动托换技术。 简支梁，桥墩设在１．５ｍ宽隔离带上。 所谓主动托换技术指原桩卸载前对新桩和托换结构 施加荷载，以部分消除托换体系长期变形的时随效 应，并在上部的荷载转换过程中，对托换结构及上部 结构的变形运用顶升装置进行动态调控，一般用于托 换荷载大或结构变形要求高的托换工程，相对可靠性 较高。 由于车站规模大，无法进行偏离车站主体的托换 桩施作。考虑到该天桥承受的荷载较小，对桥梁桩基 影响不大，可采用在地面进行桩基托换，即把桥梁的 ｌ一道路；２一桥墩；３一绿化带；４一原承台； ５、６一ＣＪ５３、ＣＪ５２被托换桩基； ７一新扩大承台；８一托换后桩基 既有承台扩大、加深，承担桩基截断部分的承载力。 在新承台下既有桩的南北侧各施作一根４ｆｌ２００ｍｍ新 桩（如图１所示，桩底位于主体结构上部），由新桩承 图１天桥与地铁车站关系图／ｍｍ 该处地质状况为：上部为杂填土和粉土层，中部 担原来桩基的荷载，保证天桥的使用安全和地铁车站 主体结构顺利施工。 以及按照公式（５）、（６）计算的钢筋笼长度可能较短 时，此时建议钢筋笼长度不宜小于５倍桩直径且不小 于１／３桩长。 参考文献 ［１］赵锡宏．上海高层建筑桩筏与桩箱基础设计理论［Ｍ】．上海： 同济大学出版社，１９８９． 当承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时，为 提高桩基稳定性，同时，考虑到施工中避免挤土等影 响而产生断桩，配筋长度应穿过上述土层。 有关灌注桩的纵向主筋及箍筋配置构造要求应 按照有关规定执行，不再赘述。 ［２］ 李嫒．关于混凝土灌注桩配筋及构造问题的探讨［Ｊ］．有色冶 金设计与研究。２０００． ［收稿日期】２０１２—０５—０７ ［作者简介】葛天英（１９５５一），男，哈尔滨人，高级工程师，从 事结构设计工作。