采用缓粘结预应力筋的新型抗拔桩受力特性研究_毛宗原.pdf

第 53 卷 第 3 期2023 年 2 月上建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.3Feb.2023DOI:10.19701/j.jzjg.20220228国家自然科学基金重大项目(52090081)。第一作者:第一作者:毛宗原,硕士,教授级高级工程师,注册土木工程师(岩土),主要从事岩土工程勘察、基坑与地基基础方面的研究、设计与施工工作,Email:1393304269 。通信作者:通信作者:郭豪,硕士,助理工程师,主要从事岩土工程勘察、设计工作,Email:2383438991 。采用缓粘结预应力筋的新型抗拔桩受力特性研究毛宗原1,郭 豪1,张宏刚2,高识涵1,陈 穆2(1 中国建筑技术集团有限公司,北京 100013;2 北京城市副中心站综合枢纽建设管理有限公司,北京 101100)摘要:介绍了一种采用缓粘结预应力筋的新型抗拔桩,对该新型抗拔桩的施工工艺进行了总结,并且通过现场试验对比分析了无粘结预应力抗拔桩和缓粘结预应力抗拔桩的荷载变形特性、受力机理和桩身裂缝分布。试验结果表明:缓粘结预应力抗拔桩的单桩承载力比无粘结预应力抗拔桩提高了 3.7%26.7%,并且其顶部位移满足一般建筑物的抗浮要求;无粘结预应力抗拔桩在试验过程中桩身整体先处于受拉状态,当荷载大于预应力时,抗拔桩从下部桩身开始呈现受压状态,缓粘结预应力抗拔桩在试验过程中桩身整体处于受拉状态,并且下部桩身为主要受力部位,抗拔桩受力效果较好;两种试桩在试验过程中桩身未出现裂缝;与无粘结预应力抗拔桩相比,缓粘结预应力抗拔桩有更好的整体性,能够有效防止由于钢绞线变形导致抗拔桩与承台锚固部位产生裂缝,保证桩顶钢绞线与外部隔离,防止钢绞线产生锈蚀。关键词:无粘结预应力;缓粘结预应力;抗拔桩;单桩静载荷试验 中图分类号:TU473.1+4 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)03-0138-08引用本文 毛宗原,郭豪,张宏刚,等.采用缓粘结预应力筋的新型抗拔桩受力特性研究J.建筑结构,2023,53(3):138-145.MAO Zongyuan,GUO Hao,ZHANG Honggang,et al.Study on mechanical characteristics of new type of uplift pile with gently bonded prestressed reinforcementJ.Building Structure,2023,53(3):138-145.Study on mechanical characteristics of new type of uplift pile with gently bonded prestressed reinforcement MAO Zongyuan1,GUO Hao1,ZHANG Honggang2,GAO Shihan1,CHEN Mu2(1 China Building Technique Group Co.,Ltd.,Beijing 100013,China;2 Beijing Sub-central Station Comprehensive Hub Construction Management Co.,Ltd.,Beijing 101100,China)Abstract:A new type of uplift pile with gently bonded prestressed reinforcement was introduced.The construction technology of this new type of uplift pile was summarized,and the load deformation characteristics,stress mechanism,pile crack distribution of unbonded prestress uplift pile and gently bonded prestressed uplift pile were analyzed through field tests.The test results show that the single pile bearing capacity of gently bonded prestressed uplift pile is 3.7%26.7%higher than that of unbonded prestressed uplift pile,and its top displacement meets the anti-floating requirements of general buildings.During the test process,the unbonded prestressed uplift pile is in a tensile state as a whole at frist.When the load is greater than the prestress,the uplift pile begins to be in a compressive state from the lower pile body.In the test process,the whole pile body of gently bond prestress is in the tensile state,and the lower pile body is the main bearing part,so the froce effect of the uplift pile is better.No cracks appear in the pile body of the two kinds of test piles in the test process.Compared with unbonded prestress uplift pile,the gently bonded prestress uplift pile has better integrity,which can effectively prevent the cracks in the anchor position between the prestress uplift pile and the pile cap caused by the deformation of the steel strands,ensure the isolation of the steel strands at the top of the pile from the outside and prevent the corrosion of the steel strands.Keywords:unbonded prestress;gently bond prestress;uplift pile;single pile static load test 0引言 随着城市经济的不断发展,地上空间使用率紧张,地下工程向深层发展的趋势越来越明显。随着地下工程向深层拓展,地下水对地下建筑物的施工与运营都造成了巨大的影响,抗拔桩的应用也得到了推广。但是抗拔桩是受拉构件,在拉力作用下极第 53 卷 第 3 期毛宗原,等.采用缓粘结预应力筋的新型抗拔桩受力特性研究易开裂,地下水通过裂缝渗入混凝土内部对钢筋产生腐蚀作用,进而使抗拔桩失去抗拔能力。为解决常规抗拔桩抗裂和永久性问题,预应力等新技术被应用于抗拔桩中。无粘结预应力抗拔桩是一种全桩身受压的抗拔结构,顶部荷载通过无粘结筋传到抗拔桩底部,使桩身在底部荷载和桩侧摩阻力的作用下呈现受压状态1-3,有效防止了桩身开裂。但无粘结预应力抗拔桩在循环的浮力荷载和地震荷载作用下易使锚具夹片松动而丧失预应力,并且在较大的循环荷载作用下钢绞线伸长较大,易使桩与底板锚固位置开裂,从而导致地下水灌入腐蚀锚头及钢绞线,使抗拔桩完全失灵。为解决无粘结预应力抗拔桩节点易开裂、预应力易丧失的问题,在抗拔桩中应用缓粘结预应力技术4-5。缓粘结预应力抗拔桩采用缓粘结预应力钢绞线6作为主筋,通过缓粘结剂的固化实现预应力筋与混凝土之间从无粘结逐渐过渡到有粘结,使抗拔桩预应力在循环荷载作用下不易丧失,并且继承了无粘结抗拔桩单桩造价低、施工工艺简单和施工工期较短的优点。目前国内已对缓粘结预应力钢绞线进行了相关研究,并将缓粘结预应力应用到实际工程。黄毅等7采用有限元仿真方法研究分析了缓粘结预应力锚具的受力性能;王德才等8将缓粘结预应力技术应用于某体育场建筑结构中;马柯佳和徐建设9、李静10分别对缓粘结预应力技术研究及应用进行了综述,总结了缓粘结预应力技术的发展优势、研究现状和缓粘结预应力技术在国内的使用情况。本文将缓粘结预应力技术应用于抗拔桩中,对无粘结预应力抗拔桩和缓粘结预应力抗拔桩进行单桩静载荷试验,利用千分位移计监测桩顶位移,研究无粘结预应力抗拔桩和缓粘结预应力抗拔桩的受力变形特征;利用钢筋应力计监测桩身轴力变化,研究无粘结预应力抗拔桩和缓粘结预应力抗拔桩的轴力分布规律;利用光纤监测抗拔桩桩身开裂情况,研究无粘结预应力抗拔桩和缓粘结预应力抗拔桩的抗裂性能,并对无粘结预应力抗拔桩和缓粘结抗拔桩桩顶钢绞线位移进行对比,论证缓粘结预应力抗拔桩具有保持预应力、防止桩头开裂的优点。1工程概况1.1 场地介绍 试验场地位于北京市通州区芙蓉东路以西、北运河东滨河路以东、杨坨一街以北。该场地地势平坦,四周均为空地,土层均为砂质粉土、粉砂和细砂,土层性质单一,地层分布较均匀,并且场地内试桩位置较近,土层变化微小,保证了地层条件的统一性,有利于排除土层性质的不同对抗拔桩单桩极限抗拔承载力的影响,使试验结果更具对比性。本项目场地地面标高约 24.00m,打桩标高 21.00m,试验桩顶标高 19.50m,保护土层厚度 1.50m。试验场地位置如图 1 所示,试验场地地层柱状图如图 2所示。图 1 试验场地位置图/m图 2 试验场地地层柱状图1.2 试桩设计 该场地共打设 2 种抗拔试桩,其中 KB10 型试桩为无粘结预应力抗拔桩,KB11 型试桩为缓粘结预应力抗拔桩,两种抗拔桩均为旋挖泥浆护壁灌注桩,桩径均为 800mm,有效桩长 22m,桩身为 C35 混931建 筑 结 构2023 年凝土(水下),钢筋保护层厚度均为 70mm。试桩详细信息见表 1,试桩平面布置见图 3。表 1 试桩基本信息桩型号桩直径d/mm有效桩长/m桩数极限抗拔承载力特征值/kN极限抗拔承载力/kNKB108002232 7005 400KB118002232 8005 600图 3 试桩平面布置图试桩主筋由 12 根 s21.8 的缓粘结钢绞线和 6根25 的钢筋组成,缓粘结钢绞线底部设置挤压锚,为施加预应力提供反力。试桩箍筋为 8 200,在桩顶 3m 范围内加密为 8 100;试桩加强箍筋为20钢筋,间距 2m,在桩顶 3m 范围内间距为 1m。试桩钢筋笼内对称设置两个声测管以便后续检测成桩质量。试桩剖面见图 4,挤压锚大样图见图 5。图 4 试桩剖面图2施工及验收2.1 抗拔桩施工工艺 缓粘结预应力抗拔桩以缓粘结钢绞线作为主筋,但是钢绞线呈柔性,无法满足钢筋笼吊装要求。所以需要先焊接一个普通钢筋笼再穿入制作好并带有固定端锚的缓粘结预应力钢绞线,并将其与定位普通筋绑扎牢固,然后放入预应力筋上部张拉端垫板及螺旋筋。缓粘结预应力钢绞线端部挤压锚应距离钢筋笼底部 1m 左右,并且相邻的钢绞线挤压锚应在桩轴向间隔放置,为防止挤压锚布置太密集,间隔距离为 35cm 左右。吊放钢筋笼过程中,在钢筋笼有效桩顶标高处焊接钢护筒,保证在施加预 图 5 挤压锚大样图应力的过程中桩顶不会被压碎。成桩结束后剔除桩头,在混凝土强度达到 80%以上方