預(yù)制X形混凝土管樁研究及應(yīng)用初探
預(yù)制X形混凝土管樁研究及應(yīng)用初探
1.陸見華 2.姜正暉 3.張登明
(1.杭州天華科技 河海大學(xué)特約研究員 浙江杭州 310012)
(2.浙江省交通設(shè)計院 博士 研發(fā)部主任 3.建華建材(嘉興)
摘要:預(yù)制X形管樁是一種新型異形樁,該樁具有節(jié)省材料,施工快捷等優(yōu)點。本文從現(xiàn)澆X Y形樁的基礎(chǔ)上,簡要介紹預(yù)制X形管樁的模具制作、工廠化試生產(chǎn)和現(xiàn)場檢測X形樁單樁承載力情況,并對其應(yīng)用前景進(jìn)行概述,以期加深人們對預(yù)制X形樁的認(rèn)識和了解,從而促進(jìn)對這一新型樁的應(yīng)用和研究。
關(guān)鍵詞:X形樁;異形樁;預(yù)制樁;承栽機理
引言
我國傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)工程樁形“非圓即方”,除方樁能少許擴大側(cè)摩阻力外,其余大部是等截面?zhèn)缺砻娣e比值較小的圓樁??招姆綐断鄬τ趫A管樁優(yōu)點在于:
① 外表面積大,這意味著在等地質(zhì)條件下方樁摩擦承載力比圓樁更大;實際使用效果350mm的空心方樁承載力相當(dāng)于500mm外徑的圓管樁,而售價比500mm圓管樁要低,大量工程實例證明每KN承載力造價方樁要低于圓樁;、
② 方樁抗剪力理論上是同等圓管樁的2-3倍,據(jù)日本實際測試資料是圓管樁的4.5倍,這說明空心方樁抗震性能優(yōu)越,值得在多震區(qū)域高層建筑中使用;
③ 空心方樁耐沖擊性更好, 破損率小, 焊接周長大,保證樁節(jié)間有效焊接;
日本作為空心方形管樁發(fā)明者,從上世紀(jì)60年代起大量推廣,近年圓管樁逐年減小,2004年全國使用不到500萬米;而新型方樁使用已經(jīng)占所有樁型的40%。美國2003年空心方樁使用達(dá)到了9000萬米,占總用樁量的35%。
我國建材行業(yè)參照國外經(jīng)驗, 適應(yīng)我國地質(zhì)條件和業(yè)需求的空心方樁已在實踐中大量使用,近年來長三角地區(qū)預(yù)制空心方樁市場需求急劇擴大。
Y形、X形樁則比方樁更進(jìn)一步提高了樁體等截面周邊擴大比,這兩種現(xiàn)澆樁巧妙地將傳統(tǒng)沉管灌注樁圓形樁模設(shè)計成獨特的Y形和X形,從而增加了樁側(cè)表面積及單樁承載力。這兩種基于傳統(tǒng)沉管灌注樁技術(shù)的現(xiàn)澆樁是由杭州天華科技陸氏父子和原河海大學(xué)劉漢龍老師自主開發(fā)的專利技術(shù),在軟基處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。見圖1。
圖1 Y 形及X形樁示意圖
2016年國家首次正式將“工匠精神”寫入《政府工作報告》。總理宣言“鼓勵企業(yè)開展個性化定制、柔性化生產(chǎn),培育精益求精的工匠精神,增品種、提品質(zhì)、創(chuàng)品牌”。 ,李克強總理“9.14”又在國務(wù)院常務(wù)會議提出“建筑產(chǎn)業(yè)調(diào)整升級,大力發(fā)展裝配式預(yù)制構(gòu)件”的政策。
杭州天華科技陸見華及時將Y形及X形樁這兩種異形現(xiàn)澆樁綜合評估后,進(jìn)行了預(yù)制X形管樁的模具制作以及工廠化生產(chǎn)的探索。率先在申嘉湖一期工程中應(yīng)用過Y形現(xiàn)澆樁的浙江省交通設(shè)計院亦有意在申嘉湖西延工程中試驗性應(yīng)用預(yù)制X形管樁。本文首先對預(yù)制X形管樁的研發(fā)思路、截面特性、技術(shù)原理和研究現(xiàn)狀簡單介紹,接著對其樁基質(zhì)量檢測以及現(xiàn)場適應(yīng)性進(jìn)行論述,這對于今后預(yù)制X形管樁的研究和市場推廣應(yīng)用有著重要的現(xiàn)實意義。
1預(yù)制X形樁概述
1.1研發(fā)思路
目前增加單樁承載力途徑主要有兩條:一是通過對圓形樁端部施加諸如夯擴、爆擴、旋擴、支盤擠擴以及樁底注漿等相關(guān)工藝來增加樁端承力;二是通過“竹節(jié)樁”、“樁側(cè)注漿”等改變樁的橫截面積增加樁側(cè)摩阻力,改變樁橫截面積主要是基于等截面周邊擴大原理,牟玉瑋曾提出“任何異形樁垂直承載力都大于等截面、等長的實腹圓柱樁(側(cè)表面積增加,摩阻力相應(yīng)增加),同時水平承載能力亦得到提高(慣性矩增大)”.常用異形樁截面幾何特性分析見表1。
表1 異形樁截面幾何特性分析
注:h,b,t分別代表樁橫截面的長、寬、突出部長度。
預(yù)制X形管樁的斷面形狀為X形,即將空心方樁的四個直角按對角線方向再適度向外延伸,其結(jié)構(gòu)形式如圖2。設(shè)計原理正是充分利用了等截面異形樁樁側(cè)表面積增加,進(jìn)而增加了樁側(cè)摩阻力與慣性矩,既最大程度地發(fā)揮地基土和樁本身的承載能力,又使樁體混凝土材料的潛力得到充分發(fā)揮。
圖2 x形樁截面
在樁身面積相同的情況下,預(yù)制X形樁比圓形樁和方形樁具有更大的慣性距,而且預(yù)制X形樁還具有較大的周長面積比,即與同截面面積的圓形樁或方形樁的截面慣性距之比與ɑ和θ呈正比例關(guān)系、與S呈反比關(guān)系。因而可以大大提高單樁承載力和抗彎能力,從而提高性價比。
1.2樁模的制作
預(yù)制X形管樁作為一種新型的異形樁,其機理簡潔明了,而制作實施起來又比較簡單方便,這是因為之前有了離心法生產(chǎn)空心方樁的基礎(chǔ)。最早的離心方樁就是在普通圓形管樁模具內(nèi)增加4塊襯板,與原先的圓形樁模共同作用,將模內(nèi)空間隔除4塊弓形區(qū)域,形成“外圓內(nèi)方”的離心模具。
圖3 制成的X形樁
現(xiàn)在的預(yù)制X形管樁是利用標(biāo)準(zhǔn)600mm的圓形管樁,將方樁那樣的4塊平板換成對應(yīng)的梯形板即可。這樣形成的X形管樁中心部位是一根300mm的方樁,端頭板及鋼筋籠直接可以套用300mm的小方樁,以便于沿用已有的生產(chǎn)線以及打樁施工的工具和習(xí)慣,有利大面積推廣應(yīng)用。
1. 3鋼筋籠的制作
預(yù)制X形管樁鋼筋籠中心部位是個類似于300mm方樁的正方形四角籠,但是只在四個籠角放有四根預(yù)應(yīng)力主筋,另外的四根主筋移到四個角籠上了。
圖4 X形樁模
角籠為尺寸12×12×10mm的等腰三角形,每個頂角位置放置一根主筋,中x籠四個角沿放射方向分別放置四個角籠,這樣就使得X形樁的四個角也能以鋼筋混凝土作為樁體主材料了,以增加X形樁垂直和水平方向的抗荷載能力。
編輯:徐潔
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