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桩与承台基础板连接的设计与施工

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梅
建筑技术
味计+2
第2O卷
桩与承台(基础)板连接的设计与施工
(武汉钢铁设计研究院)母7
建(构)筑物采用桩基础时,桩头与承台
(基础)板连接处除承受结构物垂直荷载
外,还是传递地震力轴向力剪力,弯矩等的
关键部位,特别在大型高层建筑物及受重苻
载作用的工业建筑中,采用"一柱一桩"
时,尤为重要,应引起设计和施工人员的注
意.
1连接部位的设计方法
在设计桩与基础(承台)板的连接节点
时.应根据地基条件,结构形式,基础形状
大小及桩的种类选用可靠的连接方式,在进
行结构计算的同时,还要对细部构造作慎重
处理.
在确定连接方式及细部构造前,设计人
员应假定出桩头的连接条件.桩头的连接条
件一般有固定(刚接节点)和铰接(铰接节点
2种
1.1固定桩头特点
(1)与铰接桩头相比,超静定次数高,
增大了抗震安全度.
(2)与铰接桩头相比,由于水平外荷载
引起的桩顶水平变位较小,在基础板不出现
转角的情况下,仅为铰接桩头的1/2.
(3)桩身的最大弯矩比铰接大,但产生
弯矩的范围小.在相同水平力作用下,基石}}
板不出现转角时,桩身应力约为铰接的
1.55倍.
(4)细部结构易使桩头达到刚接(固定]
要求,故实际工程中应用较多.
12铰接桩头特点
(1)与固定桩头与相比,超静定次数
少
(2)水平荷载下,桩头的水平位移比刚
接大,约为刚接的2倍.桩的水平位移受到
限制时,容许荷载约为剐接的1/2.
(3)桩身最大弯矩较固定桩头小,接头
部位一般不产生弯矩.
(4)由于在构造上很难满足桩头铰接要
求,故在实际工程中应用不多.
根据桩头连接特点,采用何种连接方式
可由设计人员视情况而定.例如在公路桥等
构筑物中,一般对水平变位控制较严,故多
采用刚接;而一般建筑物对控制水平变位要
求不严.通常用铰接.但对细部结构满足铰
接要求很难,因此节点多呈一种接近于铰接
的状态.
2同接桩头的设计及构造处理
2.1刚接桩头分类
(1)方法A:将桩埋入承台板内一定
深度,利用埋深部分抵抗桩头约束弯矩,见
图1a.
(2)方法B:桩头埋入承台内较浅,主
要通过加强钢筋达到刚接,以抵抗桩头的约
束弯矩有些规程具体规定为:桩头嵌入承
台内长度一般为10～50ram;当桩身配筋
时,主筋伸入承台内长度一般不小于30d.
只有满足这些要求,才可按固接计算.
图1固定连接法
(a)方法Al(b)方法B

第3期桩与承台(基础)板连接的设计与施工:!!
(3)方法C;采用钢管桩时,依靠埋入
承台内管壁与混凝土间的粘接.使接点达到
刚接.
2.2刚性连接的特点
(1)按A方法施工的桩头转动约束度
(固定度)比按B方法施工的高;承台板下
部主筋因此易断,须在配筋时予以加强;桩
头部分所需抗冲剪厚度比按B方法施工的
大.
(2)按B方法施工的桩头转动约束度
比A方法低承台板下部主筋可不切断,
故配筋灵活;对于桩头的冲剪由于补强筋的
锚固达到了所需厚度,且由于桩嵌入长度
小,所以承台板的厚度比方法A小
(3)C方法多用于钢管桩,如解决好管
壁与混凝土的粘接.便能发挥其有效埋辣的
作用.
2.3计算步骤
(1)按方法A计算:
桩头嵌入承台长度至少应大于1倍桩
径.连接处构造见图2.
图2方击A详图
(a)钢管桩I(b)预应力棍凝土桩
承台混凝土垂直承压应力为
≤
D2
4
承台混凝土水平承压应力为
_hl+≤,
其中】=H/DI}=6M/DI..
承台混凝土冲剪应力为
=盟
(D+hi)h1
采用钢管桩,盖板与十字加劲板厚,高
参见图2.
tl:t2=22ram{h2—30cm(桩径D≤
1000mm).
对于承台端部的桩,应分析水平方向冲
剪应力.
式中——混凝土垂直承压应力;
——
混凝土剪应力;
——
水平荷载作用,混凝土水平承
压应力;
O'~hz——弯矩作用下混凝土水平承压应
力;
——
混凝土轴心抗压强度;
Ⅳ——桩轴向力;
H——水平力{
D——桩直径;
卜一桩嵌入承台长度;
f——盖板厚}
^——桩顶至承台板顶距离;
t2——十字加劲板厚{
^——十字加劲板高.
当钢管桩埋入承台内一定长度.利用嵌
固深度形成刚接,在有弯矩作用时(见图
2),其嵌入承台长度可由下式求得:
.丽一
面
用上式求得的值小于桩径,应按大于桩
径并不小于500mm计算.
(2)按方法B计算
桩头嵌入承台板深度取100mm,其连
接处构造见图3a.如为灌注桩,则桩身钢
筋应全数伸出并准确锚入承台.形成刚接.
若承台厚度允许,锚固长度可取40~50d.
桩上段(一般为2m左右)应采用_8钢筋
箍.间距减至500mm.
承台板混凝土水平承压应力:
≤fo
当有垂直荷载(或拉力)和弯矩同时作
餐
轷
封筋/惺加主￡一垫都
一疽

建筑技术第20卷
用时,先假定出钢筋混凝土断面并计算混
凝土和钢筋应力.
钢筋焊接处剪应力(用于钢管桩):
≤面
钢筋锚固长度:一
式中rr一钢筋与桩焊接部位的剪应力;
——
计算中钢筋应力;
A——钢筋截面积;
r——钢筋贴角焊的容许强度;
z——锚筋与钢管桩焊接长度;
r——混凝土的容许粘接强度;
^——焊脚长度I
"——钢筋周长.
对于预应力混凝土管桩,桩头应填充
与桩身强度相同强度的混凝土,填充高度
为预应力筋直径的50倍(见图3h),而现场
灌注桩,钢筋锚固长度一般仅为35d,(
图3c).桩顶处约l121范围内混凝土强度等
级不低于C25,埋筋不少于4垂16.
)承古璜里桩身内朴强
主
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8【工
D
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PC帮筋
篓
誊^
田3构造详蹬
(a)钢管桩I(b)顶应力混凝土桩(c)现墙灌注桩
(3)按方法c计算:
将钢管桩头部开口并埋于承台板混凝
土内,桩承受的荷载被认为是通过桩内外
壁与混凝土闻粘接力达到刚接而进行传递
的,此时,桩所需埋入深度可按下式计
算:
一
一
2J:
式中…钢管内外平均周长;
,^——钢材与混凝土容许粘接强度
根据下式验算承台内桩管顶面混凝土
压应力:
≤
式中A——桩为实心时的断面面积.
当有拉拔力作甩时,上式右边应取混
凝土容许抗拉强度,并使埋入承台内钢管
顶面及下面的混凝士能承受这一拉力,故
须将钢管桩顶的钢筋锚固长度予以加强.
当采用型钢桩时,仍可按其容许粘接
强度按下式求得与承台的埋设长度;
N一
式中——H形钢桩周长;
=2A+4B;
A——腹板高
B——翼缘宽.
如图4所示,翼缘外侧有粘接力作
佣,虚线一面有剪力作用,型钢桩埋设长
度计算式为:
.Ⅳ
.i而
式中f【,z.——桩埋入长度.
取,￡:中最大者作为设计埋入长度
田{H形钢桩削面目
T叫_-1

.
●
L
●
,
:
第3期桩与承台(基础)板连接的设计与旌工
当钢管桩受压且承台板底面下钢营内
充填混凝土时,承台下钢管由于环向张力作
用而向外扩张,即使内部用钢筋加强.电不
能将钢管内壁与混凝土间牯接深度视为有
效长度的一部分,只有将承台底面下部分钢
管内外均灌注混凝土并配置足够钢筋子以
加强后,才可将此段视为有效埋入长度.
3铰接桩头的设计及构造处理
当桩头为铰接时,按所能承受的剪力
和轴向力进行设计计算.桩头嵌入承台(基
础)板内长度,一般为1O0～300mm,并通
过伸入承台内钢筋改善连接,受轴向拉拔
力的桩锚固筋数量及长度,应按计算决定
(不少于6巾2),对于承压桩,也应用锚固
筋伸入承台,按构造要求确定其数量及长
度.
对于这种桩头,理论分析弯矩为零,但
欲使其达到完全铰接很难设计中须适:当考
虑桩头固定端力矩影响.连接方法见图5
l耋I6桩头采用旋转曲面状封头示意图
板对接.
(4)在桩管内浇灌一段混凝土,直接
向桩内插入铰接钢盘.
钢管桩桩帽形式一般有3种:(1)平
板式盖板用十字,井字板加劲;(2)旋转
曲面状封头,见图6}(3)在管内灌混凝
土,或用吊模(见图7),或先在管内填入
优质砂后在砂上部灌混凝土.
羲*
图S槛头杖接示薏图
由于桩帽不同,铰接钢管桩的连接方
式主要有以下4种:
(1)桩头采用平盖板,四周锚固筋与
桩成3O.角.
(2)桩头采用旋转曲面状封头,见匿6.
(3)桩头采用平盖板,锚固筋与平盖
图7吊俱示薏图
旋转曲面桩帽与十字圆盖桩帽比较具
有以下优点(1)板薄,重量轻,费用较
低,且现场搬运方便;(2)桩帽与桩焊接
时,可采用横向焊缝,便于与桩头连接.
轴向承压面积不足时,可在桩顶焊接
平板以增加承压面积,或采用十字,井字
肋加强.
十字,井式加劲肋及顶盖在现场加工安
装,十字肋圆盖板一般与十字肋厚度相同,
为I2,16,22,32,36ram几种.
由试验可知,旋转曲面状封头型桩帽承
受的荷载大致为

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300～450ram,壁厚4.5,6,9mm
桩为64O～1600kN}
500mm,壁厚6mm的桩为1320kN;
500mm,壁厚9mm的桩为203okN}
600mm,壁厚9mm的桩为1540kN;
600mm,壁厚9mm的桩为2360kN;
800ram.壁厚6ram的桩为2200kN}
800ram.壁厚9ram的桩为4230kN.
4设计施工中应注意的问舾
4.1对桩顶采用A方法,也不能达到完全
固接(即固定度为1.o).除构造措施外固定
度还受外部轴向荷载影响;基础设计的水平
变位与桩顶固定度密切相关不同情况的固
定度见图8
4.2设计中应注意和控制基础转角.
4.3为达到设计要求.保证荷载的传递,一
是使承台(基础)板具有一定刚度}二是钢埋
件,钢筋焊接等工序,应在桩贯入到设计要求
深度后方可进行;三是承台(基础)应原坑浇
捣.
J
—
{I
-
无轴向
有袖向
甘
图8由经验公式求得不同情况的固定度
")桩顶埋^承台内1倍桩径长度
(b)桩管内填混凝土补强.且顶应力筋锚固
(c)桩埋^承台内约100ram
4.4遇软弱土层,应注意对桩上段.特别是
桩头与承台连接部位的加强,如将灌注桩上
段直径加大等.
4.5对于地震区或水平荷载较大的建(构)
筑物,不宜采用沉管灌注桩,因为这种桩型的
桩身质量很不稳定,桩身配筋及桩头与承台
连接很难处理.
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