桩锚固段(锚固点)对桩稳定性的影响

谯春丽,刘会娟,罗一农

(中国中铁二院工程集团有限责任公司,四川 成都 610031)

桩稳定性计算是将悬臂段上的诸力所产生的效应转换到锚固点,按弹性地基梁的方式计算出锚固段的位移、转角、弯矩、剪力和侧向压应力。根据地面、桩顶的位移和锚固段的侧向压应力的大小调整锚固段长度和桩身截面大小,使之满足稳定性要求。因此,锚固段长度的确定及锚固点位置的选择对桩稳定性非常重要,正确分析锚固段长度、锚固点位置对桩内力的影响,才能正确指导设计中对锚固段长度及锚固点位置的选取。

1 锚固段长度与桩内力的关系

首先以实例分析锚固段长度与桩内力的关系。已知桩的截面(宽度 ×高度)1.5m×2.25 m,悬臂段长度H1=12 m,单位推力 =510.5 kN/m,侧向容许压应力[σH]=1800 kPa,地基系数 K=120000 kN/m3,锚固段长度与锚固段最大弯矩和最大剪力的关系见表1及图 1。

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图1 锚固段长度与最大弯矩和最大剪力的关系

桩身的稳定需要足够的锚固段长度。但从表1计算结果可以看出锚固段增大到一定的长度后,则不再起作用(最大侧压应力和锚固点桩身变位都不再变化),过长的锚固段是一种浪费,不解决任何问题。由表 1还可以看出锚固段长度的变化对最大侧压应力的影响很大,即地基侧向容许压应力是计算锚固段长度的一个关键值,若计算所得的锚固段长度未达到构造要求,可以通过降低地基侧向容许压应力来延长锚固段长度。

由表1及图1可见,锚固段长度增加,锚固段范围内的最大弯矩增加,最大剪力减小。因此若人为延长锚固段长度,而不加强锚固段范围的桩身配筋,锚固段的抗剪有富裕,抗弯则偏于不安全。当锚固段很长后,最大弯矩开始减小,最大剪力也有一定幅度的上下波动。因为此时桩身锚固段下端的弯矩和剪力出现了正负交替的现象(如图 2所示,桩锚固段长度 H2=30m),桩身会出现波浪形弯曲,这对桩身的受力会造成不利的影响,故桩结构应双面配筋。

2 锚固点的选择对桩结构正截面和斜截面计算的影响

图2 桩锚固段弯矩和剪力图

锚固点的选择很重要,设计中应根据地质条件和地形情况选择合适的锚固点。一般锚固点离地面要有一定的距离,但并非锚固点越靠下就越好。人为地将锚固点过分下移会造成埋入地面部分太长而不经济,而且计算出的弯矩峰值和剪力峰值的位置也会下移,与实际情况不符。

下面以实例考察锚固点位置对桩结构正截面和斜截面设计的影响。已知:岩层地基横向容许压应力[σH]=1800 kPa,单位推力 T=362 kN/m,桩截面(宽度 ×高度)1.5m×2.5m。锚固点人为下移 2m的桩身弯矩图和原锚固点位置下的桩身弯矩图如图 3所示,剪力包络线如图 4所示。

图3 锚固点人为下移 2m及原锚固点位置的桩身弯矩图

由图 3可见,锚固点人为下移 2m后,桩身锚固段各点的弯矩均较原锚固点位置下桩身锚固段各点的弯矩大,即锚固点人为下移 2m后的弯矩包络图能完全包住原锚固点位置下的弯矩包络图。这说明人为下移锚固点后,计算所得的桩的主筋配置会加强,桩身抗弯安全储备增大,同时锚固点下移后,锚固段长度增长,对桩身整体稳定亦有利。

图4 锚固点人为下移 2m及原锚固点位置的桩身剪力包络线图

对比图 4,锚固点人为下移 2m后及原锚固点位置的桩身剪力包络线,可知锚固点人为下移后,锚固段下部的箍筋配置加强了,但 10～12m之间(即锚固点人为下移的 2m范围内)的箍筋配置却较原锚固点位置下的配置弱。锚固点人为下移后的剪力包络线不能完全包住原锚固点位置下的剪力包络线,一但实际锚固点位置并未下移到此深度,则该区域内容易出现剪切破坏。因此建议对锚固点下移的桩进行配筋时,不要完全依据剪应力设计图来配置箍筋,应将箍筋密集区域适当延伸至地面(滑面)以上。实际工程中,地面、滑面、顺层分界面和截面变化处容易出现剪切破坏,结构设计时其附近的箍筋应适当加密。

3 结论

(1)在一定范围内,锚固段的增加对桩的整体稳定性及受力是有利的,但无限制地延长锚固段,不仅是一种浪费,甚至对桩身的受力会造成不利影响。

(2)锚固点下移后,桩的主筋配置加强,桩身抗弯能力增大,但抗剪却不能完全根据剪应力图配筋。故应结合实际情况,在地面、滑面、顺层分界面、截面变化处附近适当加密箍筋。

[1]TB 10025-2006铁路路基支挡结构设计规范[S]

[2]GB 50010-2002混凝土结构设计规范[S]

[3]M·＆A·林伯特.支挡建筑与土压力[M].刘盛唐,译.北京:中国铁道出版社,1982

[4]李海光.新型支挡结构设计与工程实例[M].北京:人民交通出版社,2004

[5]罗一农.抗滑桩设计中几个问题的商榷[J].路基工程,1997(6)