CN104060605A - 折线形桩基础结构及其基础作用力计算方法和施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种折线形桩基础结构及其基础作用力计算方法和施工方法，该折线形桩基础结构包括用于连接上部结构的倾斜上段和用于埋入地下的竖直下段，所述竖直下段的上端面与倾斜上段的下端面相连接，所述倾斜上段的上端面中心与竖直下段的上端面中心之间的连线为折线，所述折线在竖直下段上端面上的投影延长线与二者连接处的交点为折点，所述折点位于倾斜上段与上部结构连接件的锚固端下部且位于竖直下段计算埋深地面以上。本发明利用桩基础的折线形结构抵消上部结构传递下来的水平力，从而满足桩基础的水平承载力，避免采用增大桩径桩长的办法，也减少基础钢筋的使用量，特别适用于有一定的计算出露高度、基础水平作用力又比较大的桩基础。
Description
技术领域
本发明涉及建筑领域的基础结构，特别是一种折线形桩基础结构及其基础作用力计算方法和施工方法。
背景技术
桩基础可以承载比较大的基础竖向作用力，但桩基础的水平承载力一般比较低，当基础水平作用力的效应比较大时，一般采用增大桩径或加大桩埋深以使桩基础满足承载力要求，但增大桩径或加大桩埋深会使基础工程本体费用增加，也可像港口工程采用斜桩基础，但斜桩基础的施工设备比较复杂，施工费用也比较高。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种折线形桩基础结构及其基础作用力计算方法和施工方法，该折线形桩基础利用折线结构抵消部分基础水平作用荷载效应，从而减少基础本体工程量。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种折线形桩基础结构，包括用于连接上部结构的倾斜上段和用于埋入地下的竖直下段，所述竖直下段的上端面与倾斜上段的下端面相连接，所述倾斜上段的上端面中心与竖直下段的上端面中心之间的连线为折线，所述折线在竖直下段上端面上的投影延长线与二者连接处的交点为折点，所述折点位于倾斜上段与上部结构连接件的锚固端下部且位于竖直下段计算埋深地面以上。
进一步的，所述倾斜上段与上部结构采用地脚螺栓连接，所述折线的斜率值不大于上部结构传递下来的水平力与竖向力的比值。
进一步的，所述上部结构直接延伸与倾斜上段相连接，所述折线的斜率值与上部结构主材的斜率值一致。
进一步的，所述折线的倾斜方向与上部结构传递下来的水平力方向相反。
进一步的，所述折线形桩基础在倾斜方向的120度平面范围内的纵向主筋断开成上段断开主筋和下段断开主筋，所述断开主筋均具有在另一段的锚固长度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种折线形桩基础结构的基础作用力计算方法，所述折线形桩基础地面处的基础作用力由水平力、竖向力和弯矩组成，设定倾斜上段的高度为L，倾斜上段的偏心距为e，所述水平力等于上部结构传递下来的水平力H，所述竖向力等于上部结构传递下来的竖向力N与倾斜上段的自重力G1之和，所述弯矩等于正向弯矩M1与负向弯矩M2之差，其中M1=H×L，M2=N×e＋G1×e/2。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种折线形桩基础结构的施工方法，计算折线形桩基础的出露地面线；当折线形桩基础设置在斜坡上时，若折点在地面以下，平整折点以上部分的土方，形成施工作业平台，若折点在地面以上，省略开挖土方的步骤；当折线形桩基础设置在平地上时，折点在地面以上，省略开挖土方的步骤。
进一步的，当折线形桩基础采用干作业成孔时，在折点以下的地面基坑成孔后，折点以上的倾斜上段、以下的竖直下段一体浇筑完成。
进一步的，当折线形桩基础采用水下作业成孔时，在折点以下的地面基坑成孔后，浇筑折点以下的竖直下段，并预留折点以上部分的插筋，待下部砍完桩头后，浇筑折点以上的倾斜上段。
进一步的，所述折线形桩基础出露地面的倾斜上段采用支模浇筑。
本发明具有结构合理、传力途径清晰、减少基础规格等优点，特别适用于基础水平作用力效应比较大的桩基础。与现有桩基础结构形式相比，本发明利用折线结构抵消部分基础水平作用荷载效应，因此可以采用比较小桩径或比较小埋深的桩基础型式，也使桩基础结构应力减少，可以减少基础受力钢筋的截面积，从而减少基础本体工程量。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为折线形桩基础的俯视示意图。
图2为图1中A-A处的剖视示意图。
图3为图2的局部示意图。
图4为图3中B-B处的剖视示意图。
图5为折线形桩基础的受力示意图。
图6为折线形桩基础地面处的受力示意图。
图7为折线形桩基础在斜坡上的施工示意图。
图8为折线形桩基础在平地上的施工示意图。
图中：1-竖直下段，2-倾斜上段，3-下段断开主筋，4-上段断开主筋，5-未断开主筋，θ-断开主筋角度范围，D-折线的倾斜方向，e-倾斜上段的偏心距，G1-倾斜上段的自重力，H-水平力，L-倾斜上段的高度，M1-正向弯矩，M2-负向弯矩，N-上部结构传递下来的竖向力，Z-折线，O-折点，O1-竖直下段的上端面中心，O2-倾斜上段的上端面中心，P-原始坡面。
具体实施方式
如图1~4所示，一种折线形桩基础结构，包括用于连接上部结构的倾斜上段2和用于埋入地下的竖直下段1，所述竖直下段1的上端面与倾斜上段2的下端面相连接，所述倾斜上段2的上端面中心O2（也是上部结构连接件中心）与竖直下段1的上端面中心O1之间的连线为折线Z，所述折线Z在竖直下段1上端面上的投影延长线与二者连接处的交点为折点O，所述折点O位于倾斜上段2与上部结构连接件的锚固端下部且位于竖直下段1计算埋深地面以上。
在本实施例中，当倾斜上段2与上部结构采用地脚螺栓连接时，所述折线Z的斜率值不大于上部结构传递下来的水平力H与竖向力的比值，所述折线Z的斜率值可优先取上部结构传递下来的水平力H与竖向力的比值。当上部结构直接延伸与倾斜上段2相连接时，所述折线Z的斜率值与上部结构主材的斜率值一致。所述折线Z的倾斜方向D与上部结构传递下来的水平力H方向相反。
在本实施例中， 所述折线形桩基础在倾斜方向D的120度平面范围内的纵向主筋断开成上段断开主筋4和下段断开主筋3，所述断开主筋3、4均具有在另一段的锚固长度。所述折线形桩基础的径向截面为圆形，但并不局限于此，还可以是方形等。
如图5~6所示，该折线形桩基础结构的基础作用力计算方法如下：所述折线形桩基础地面处的基础作用力由水平力、竖向力和弯矩组成，设定倾斜上段2的高度为L，倾斜上段2的偏心距（即倾斜上段2的上端面中心O2与倾斜下段1的上端面中心O1之间的水平距离）为e，所述水平力等于上部结构传递下来的水平力H，所述竖向力等于上部结构传递下来的竖向力N与倾斜上段2的自重力G1之和，所述弯矩等于正向弯矩M1与负向弯矩M2之差，其中M1=H×L，M2=N×e＋G1×e/2。
此基础作用力是衡量桩基础结构承载力与结构强度满足要求的关键数据，该折线形桩基础结构降低了水平荷载效应，即在不增加水平、竖向荷载情况下，减少计算地面处的弯矩值，从而提高基础的承载力，剩余的计算方法与普通桩基础一致。相比普通的桩基础，该折线形桩基础结构计算地面处的基础作用力减少了比较多。
施工时：先确定基础与上部结构连接件锚固端下部的位置，结合现场桩基础的计算出露高度，从而确定折线形桩基础的折点O位置；再根据基础与上部结构连接件的斜率或水平力H与竖向力的比值确定折点O以上部分（即倾斜上段2）的斜率，即折线Z的斜率；折点O以下部分（即竖直下段1）采用常规的桩基础施工方式施工，折点O以上部分采用组模浇制。其中，当折点O以下部分为水下浇制混凝土时，折点O以上部分应采用二次浇制模式，否则可以一次浇制；当采用二次浇制模式，折点O以上部分的阴角处钢筋应在折点O以下部分预留插筋。
在本实施例中，该折线形桩基础结构的具体施工方法如下：按常规方法计算折线形桩基础的出露地面线；如7所示，当折线形桩基础设置在斜坡上时，若折点O在地面以下，平整折点O以上部分的土方，形成施工作业平台，若折点O在地面以上，省略开挖土方的步骤；如8所示，当折线形桩基础设置在平地上时，折点O在地面以上，省略开挖土方的步骤；余下的施工步骤和要求与普通桩基础一致。
当折线形桩基础采用干作业成孔时，在折点O以下的地面基坑成孔后，折点O以上部分（即倾斜上段2）、以下部分（即竖直下段1）一体浇筑完成。当折线形桩基础采用水下作业成孔时，在折点O以下的地面基坑成孔后，浇筑折点O以下部分，并预留折点O以上部分的插筋（包括上段断开主筋4和未断开主筋5），待下部砍完桩头后，浇筑折点O以上部分。所述折线形桩基础出露地面部分（即倾斜上段2）采用支模浇筑。
本发明利用桩基础的折线形结构抵消上部结构传递下来的水平力，从而满足桩基础的水平承载力，避免采用增大桩径桩长的办法，也减少基础钢筋的使用量，特别适用于有一定的计算出露高度、基础水平作用力又比较大的桩基础。设置在斜坡上的桩基础，或在平地上计算出露高度比较大的桩基础，均因基础计算出露高度比较大，水平作用力的效应就比较大。在这种条件下，可以采用折线形桩基础。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种折线形桩基础结构，其特征在于：包括用于连接上部结构的倾斜上段和用于埋入地下的竖直下段，所述竖直下段的上端面与倾斜上段的下端面相连接，所述倾斜上段的上端面中心与竖直下段的上端面中心之间的连线为折线，所述折线在竖直下段上端面上的投影延长线与二者连接处的交点为折点，所述折点位于倾斜上段与上部结构连接件的锚固端下部且位于竖直下段计算埋深地面以上。
2.根据权利要求1所述的折线形桩基础结构，其特征在于：所述倾斜上段与上部结构采用地脚螺栓连接，所述折线的斜率值不大于上部结构传递下来的水平力与竖向力的比值。
3.根据权利要求1所述的折线形桩基础结构，其特征在于：所述上部结构直接延伸与倾斜上段相连接，所述折线的斜率值与上部结构主材的斜率值一致。
4.根据权利要求1、2或3所述的折线形桩基础结构，其特征在于：所述折线的倾斜方向与上部结构传递下来的水平力方向相反。
5.根据权利要求4所述的折线形桩基础结构，其特征在于：所述折线形桩基础在倾斜方向的120度平面范围内的纵向主筋断开成上段断开主筋和下段断开主筋，所述断开主筋均具有在另一段的锚固长度。
6.一种如权利要求1至5中任一项所述的折线形桩基础结构的基础作用力计算方法，所述折线形桩基础地面处的基础作用力由水平力、竖向力和弯矩组成，其特征在于：设定倾斜上段的高度为L，倾斜上段的偏心距为e，所述水平力等于上部结构传递下来的水平力H，所述竖向力等于上部结构传递下来的竖向力N与倾斜上段的自重力G1之和，所述弯矩等于正向弯矩M1与负向弯矩M2之差，其中M1=H×L，M2=N×e＋G1×e/2。
7.一种如权利要求1至5中任一项所述的折线形桩基础结构的施工方法，其特征在于：计算折线形桩基础的出露地面线；当折线形桩基础设置在斜坡上时，若折点在地面以下，平整折点以上部分的土方，形成施工作业平台，若折点在地面以上，省略开挖土方的步骤；当折线形桩基础设置在平地上时，折点在地面以上，省略开挖土方的步骤。
8.根据权利要求7所述的折线形桩基础结构，其特征在于：当折线形桩基础采用干作业成孔时，在折点以下的地面基坑成孔后，折点以上的倾斜上段、以下的竖直下段一体浇筑完成。
9.根据权利要求7所述的折线形桩基础结构，其特征在于：当折线形桩基础采用水下作业成孔时，在折点以下的地面基坑成孔后，浇筑折点以下的竖直下段，并预留折点以上部分的插筋，待下部砍完桩头后，浇筑折点以上的倾斜上段。
10.根据权利要求8或9所述的折线形桩基础结构，其特征在于：所述折线形桩基础出露地面的倾斜上段采用支模浇筑。
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