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桩与承台基础板连接的设计与施工

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164

f一一-f

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

中too@l00

8【工

D

一T

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

?

168?

建筑技术第20卷

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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建筑技术杂志牡《钢筋连接新技术》编写组联襄人:

张风梧地址;北京市蔓门外南礼士路l9号邮

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1000~5电话}8s13311转156

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