王 坦，袁志仁，劉 波

（1.長春工程學(xué)院土木工程學(xué)院，長春130012；2.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，長春130021）

0 前言

在我國現(xiàn)行的樁基礎(chǔ)規(guī)范[1]中，承臺的配筋設(shè)計(jì)是按照梁式理論，即取柱邊可能存在的屈服線處的最大彎矩作為設(shè)計(jì)彎矩。但這與厚承臺傳力機(jī)理并不相符。從國內(nèi)外的樁基礎(chǔ)承臺的研究成果來看，對于厚承臺可以采用空間桁架理論來模擬其受力狀態(tài)。現(xiàn)階段，可以通過在施工中重視空間桁架理論的應(yīng)用，提高承臺的承載能力。

1 樁基礎(chǔ)承臺的空間桁架理論

通過有限元軟件分析得到厚承臺的主應(yīng)力矢量圖（如圖1所示），符合空間桁架模型的傳力機(jī)理[2]。樁基礎(chǔ)厚承臺的空間桁架模型（如圖2所示）是指將柱底到樁頂連線之間的混凝土作為壓桿，將樁與樁連線間的鋼筋作為拉桿，它們形成的桁架體系來承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載?？梢圆捎描旒苣Ｐ陀?jì)算出作為拉桿的樁頂鋼筋需要承擔(dān)的拉力，以計(jì)算承臺底面的鋼筋。桁架上部節(jié)點(diǎn)區(qū)是指柱子下部一定范圍（從有限元軟件分析和試驗(yàn)結(jié)果來看，大約在0.2倍的承臺厚度范圍內(nèi)），下部的各個(gè)節(jié)點(diǎn)區(qū)是每根樁上一定范圍（大約是2倍的底面鋼筋保護(hù)層厚度范圍內(nèi)），這些節(jié)點(diǎn)區(qū)是保證桁架傳力的關(guān)鍵，施工中要采取適當(dāng)?shù)拇胧┍ＷC節(jié)點(diǎn)的可靠連接。

圖1 厚承臺的主應(yīng)力矢量

圖2 厚承臺的空間桁架模型

2 基于空間桁架理論的樁基礎(chǔ)承臺施工要點(diǎn)

2.1 承臺底部鋼筋的施工要點(diǎn)

從實(shí)驗(yàn)的裂縫（如圖3所示）開展情況可以看到，如果樁頂錨固充分，裂縫先是出現(xiàn)在承臺側(cè)面底部的中間位置。即使荷載達(dá)到承臺底面的開裂荷載，也是在樁與樁的對角線之間出現(xiàn)斜向的裂縫，只有荷載繼續(xù)增加后，接近極限荷載時(shí)，才會(huì)擴(kuò)展到樁外側(cè)邊緣。因此對于承臺底部鋼筋的布置，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

（1）配筋要重視樁頂，在滿足鋼筋間距和最小配筋率的前提下，應(yīng)首先保證在樁頂范圍內(nèi)的鋼筋用量，可有效增大桁架模型中拉桿的作用。

（2）施工中，要保證承臺底面鋼筋伸出樁外側(cè)的距離，雙向鋼筋綁扎牢固，以加強(qiáng)桁架模型底面角點(diǎn)處的錨固。

圖3 承臺試驗(yàn)中的裂縫圖

2.2 承臺混凝土的施工要點(diǎn)

從試驗(yàn)中承臺破壞的情況（如圖4）來看，桁架模型中的混凝土壓桿的破壞機(jī)理并不是混凝土壓碎，而是混凝土發(fā)生劈拉破壞[3]，且形成的破壞面都是從柱底延伸到樁頂。因此，在施工中要從以下兩個(gè)方面，保證混凝土的施工質(zhì)量：

（1）承臺頂面與柱子接觸部位，是桁架模型的上部節(jié)點(diǎn)區(qū)。由于一般在設(shè)計(jì)中柱子受軸壓比限制混凝土等級較高，而承臺的混凝土等級較低，有時(shí)兩者等級相差較大，而上部節(jié)點(diǎn)區(qū)卻要承受柱子傳來的較大的局部壓力。因此，施工前，首先要仔細(xì)查看設(shè)計(jì)要求，是否需在承臺頂面柱底范圍內(nèi)預(yù)埋鋼筋網(wǎng)，以提高此處的局部抗壓承載力。此外，施工中還要特別注意的是承臺體積一般較大，大量的水灰比較大的現(xiàn)澆混凝土澆筑后，頂面會(huì)有較厚的浮漿層，應(yīng)清除后補(bǔ)澆，保證承臺上部節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求。

（2）在混凝土制備過程中形成的微缺陷（微裂縫、微空洞）萌生、擴(kuò)展和連接，將導(dǎo)致混凝土宏觀力學(xué)性能抗拉能力的劣化[4]。這些在上部荷載施加前就出現(xiàn)的因溫度應(yīng)力產(chǎn)生的微裂縫，會(huì)使得加載后裂縫快速貫通開展，造成混凝土的承載能力的損失。因此在施工中，要采取必要的措施，如混凝土外部保溫保濕、采用低水化熱水泥、添加緩凝劑等措施，以減少厚承臺澆筑過程中因水化熱引起內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生的溫度裂縫。

圖4 承臺的破壞形態(tài)

2.3 樁及樁與承臺連接的施工要點(diǎn)

從承臺試驗(yàn)可以看到，由于承臺其中一根樁安裝的時(shí)候向外側(cè)傾斜，使得這一處的角樁處承臺側(cè)面的混凝土最早開裂（如圖5），這不同于圖3（a）的最早開裂位置是在承臺側(cè)面的跨中位置。因此，對于施工中樁及樁與承臺連接的施工，提出以下兩點(diǎn)建議：

（1）規(guī)范[5]中對樁的垂直度允許偏差有明確要求，樁頂?shù)脑试S偏差不能超過1%，但并未明確樁頂向哪個(gè)方向傾斜最為不利。而從試驗(yàn)結(jié)果來看，這種向外傾斜的樁，最為不利，此處裂縫的過早開展會(huì)降低承臺對于角樁的抗沖切承載能力，施工中應(yīng)避免。

圖5 角樁向外傾斜引起的承臺裂縫

（2）設(shè)計(jì)中，樁與承臺的連接設(shè)計(jì)一般假定為鉸接以確定基樁的豎向力。但從空間桁架模型看，樁頭需要能承受一定的向外側(cè)水平推力T（T的方向如圖2所示），因此，樁與承臺的連接實(shí)際是介于鉸接和固結(jié)之間的，這就要求在施工中要保證樁頂嵌入承臺的深度和縱筋伸入承臺內(nèi)的錨固長度。

3 結(jié)語

（1）樁基礎(chǔ)厚承臺的傳力機(jī)理符合空間桁架理論，施工中應(yīng)據(jù)此采用合理施工工藝和施工措施，提高承臺的實(shí)際承載能力。

（2）承臺的空間桁架模型理論在我國的樁基礎(chǔ)規(guī)范中未被列入，但在我國的公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范和加拿大的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中已經(jīng)采用這一原理。當(dāng)前，可在滿足規(guī)范要求的前提下，充分利用空間桁架模型原理指導(dǎo)樁基礎(chǔ)厚承臺的設(shè)計(jì)和施工。

[1]JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]王坦，周麗丹，趙慶明.應(yīng)用ANSYS軟件分析四樁厚承臺的傳力機(jī)理[J].長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，12（1）：16－18.

[3]郭宏磊.配置腹部水平鋼筋網(wǎng)的柱下承臺沖切承載力研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2010，43（5）：79－88.

[4]項(xiàng)凱，余江滔，陸洲導(dǎo).多因素影響下高溫后混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30（10）：51－55.

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