1、建筑施工第45卷第1期1广1:上海电科智能系统股份有限公司（封1）广2:深圳市市政工程总公司（封2）广3:建筑施工杂志公益广告（P234）广4:中建八局总承包公司江苏分公司（后插1）广5:中建八局建筑科技（山东）有限公司（后插2）广6:陕西建工第六建设集团有限公司（封3）广7:上海城建职业学院（封4）建筑施工杂志刊务单位（前插1）建筑施工杂志刊务单位（前插2）建筑施工杂志刊务单位（前插3）建筑施工杂志刊务单位（前插4）桩柱一体结构环梁节点力学性能试验研究龙莉波1,2 郑七振3 章 谊1,2 饶烽瑞1,21.上海建工二建集团有限公司 上海 200090；2.上海建筑工程逆作法工程技术研究中心 上
2、海 200090；3.上海理工大学 上海 200093摘要：在既有建筑增设地下空间的托换过程中，传统钢管桩或锚杆静压桩方法存在吊装焊接不便或桩基过密等缺陷。据此，提出了桩柱一体技术，将钻孔灌注桩同时作为桩基和立柱，保证了施工质量和效率。桩柱一体结构体系中梁柱节点的力学性能是影响其安全性的关键，故设计了3种桩柱一体结构与环梁节点的界面连接形式，进行了现场荷载试验。试验结果表明，桩柱一体结构体系中梁柱节点的破坏模式为环梁的弯剪破坏，荷载下梁柱界面未发生滑移，证明了桩柱一体技术的安全性。对试验结果分析后，表明灌注桩-环梁节点的配筋设计可参考现有的钢管桩-环梁节点相关规范，并得到了桩柱一体结构体系承载
3、力计算的实用公式。关键词：桩柱一体；梁柱节点；界面连接；承载性能；现场试验；计算方法中图分类号：TU765 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)01-0001-06 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.01.001Experimental Study on Mechanical Properties of Ring Beam Joints of Pile Column Integrated StructureLONG Libo1,2 ZHENG Qizhen3 ZHANG Yi1,2 RA O Fengrui1,21.Shanghai Constructio
4、n No.2(Group)Co.,Ltd.,Shanghai 200090,China;2.Shanghai Center of Top-down Method in Construction Engineering,Shanghai 200090,China;3.University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,ChinaAbstract:In the underpinning process of adding underground space to existing buildings,the tradi
5、tional steel pipe pile or anchor static pressure pile method has some defects,such as inconvenient hoisting and welding or over dense pile foundation.Based on this,the technology of pile column integration is proposed,and the bored pile is used as the pile foundation and column at the same time to e
6、nsure the construction quality and efficiency.The mechanical properties of beam column joints in the pile column integrated structure system are the key to its safety,so three interface connection forms between the pile column integrated structure and the ring beam joints are designed and field load
7、 tests are carried out.The test results show that the failure mode of the beam column joints in the pile column integrated structure system is the bending shear failure of the ring beam,and there is no slippage at the beam column interface under the load,which proves the safety of the pile column in
8、tegrated technology.The analysis of the test results shows that the reinforcement design of cast-in-place pile ring beam joints can refer to the existing relevant specifications of steel pipe pile ring beam joints,and a practical formula for calculating the bearing capacity of pile column integrated
9、 structure system is obtained.Keywords:pile column integration;beam column joints;interface connection;bearing capacity;field test;calculation method筑基础托换采用的常规技术包括锚杆静压桩托换、结合逆作法桩柱结构的钻孔灌注桩托换等。锚杆静压桩承载力较小，需要托换桩的数量较大，地下桩基过密易阻碍后期地下结构施工，且施工过程中的挤土效应和桩反力会对既有结构造成一定的破坏3-5。常规的逆作法桩柱是通过在钻孔灌注桩中内插型钢实现对地上、地下结构的支撑，然而
10、既有建筑内部的低净空条件通常无法满足型钢吊装和焊接的施工条件。为解决上述问题，本文提出了逆作法桩柱一体新型结构。需要指出的是，前人进行的“桩柱一体”研究，其核心是在灌注桩内插入型钢作为立柱，本质上为逆作法一柱一桩方法6-9，施工过程易受既有建筑内的低净空环境制约。然而，本文中的桩柱一体技术是在逆作法地下空间开随着我国城市建设由增量模式转变为存量模式，既有建筑增设地下室已成为城市核心区存量土地挖掘、空间立体化利用的重要手段1-2，而逆作法因其变形控制和无需大开挖的优势，也成为了既有建筑地下空间开发的核心技术。既有建特稿SPECIAL ISSUE基金项目：上海市科学技术委员会科研项目课题（22DZ
11、1203705）；上海市科学技术委员会“启明星”项目课题（20QB1403700）。作者简介：龙莉波（1974），男，本科，教授级高级工程师。通信地址：上海市杨浦区河间路2号（200090）。电子邮箱：L收稿日期：2022-11-2220231Building Construction2发工程中直接将钻孔灌注桩施工至地面，地下室底板以下的桩体作为桩基，地下室范围内的桩体随土方开挖暴露后直接作为地下结构柱，如图1所示。该技术可适应既有建筑内部的低净空作业环境，免去大量现场焊接工作，使逆作法竖向支承体系的施工质量和效率均有显著提升。因此，“桩柱一体”技术在城市核心区既有建筑地下空间开发工程中具有广
12、阔的应用前景。围护结构桩基常规逆作法桩柱结构逆作法桩柱一体新型结构既有建筑地下室顶板地下室楼板地下室柱地下室底板图1 逆作法桩柱一体新型结构桩柱一体施工的柱体承载力较大，因此，该结构在以往的工程中主要被应用于桥墩或桥台等顶面承受荷载情形10。但应用于地下空间开发时，桩柱一体结构需要与地下室梁板连接形成结构体系11。然而，与传统逆作法立柱的梁柱节点不同，桩柱一体结构的梁柱节点无法通过焊接传力钢板、钢筋穿越等方法进行连接，而需要通过设置环梁节点进行荷载传递，如图2所示。为了保证现场施工的精度、质量和效率，桩柱一体结构与环梁节点的连接界面也不宜预留大量钢筋或钢结构预埋件。同时，桩柱一体通身均为水下浇
13、筑混凝土，成桩质量、桩体表面通常存在一定缺陷，对环梁节点的连接质量也有一定影响。因此，桩柱一体结构体系中的梁柱节点，成为了决定该新型结构安全性的关键。十字梁钻孔灌注桩/立柱环梁节点桩柱一体-环梁节点界面图2 桩柱一体结构环梁节点示意目前对于桩柱一体新型结构的研究仍处于起步阶段，为验证在实际工程中的可行性，亟需对梁柱节点的承载能力、变形情况与受力机理进行深入分析。因此，本文设计了3种桩柱一体-环梁节点的界面连接形式，并进行现场荷载试验。通过对试验数据的分析，证明桩柱一体技术的安全性，提出了桩柱一体结构体系承载力计算的实用公式。1 试验概况1.1 梁柱节点构造设计桩柱一体结构设计关键是保证环梁节点
14、与柱体间的界面抗剪能力。本文设计3种梁柱节点界面连接形式，按照现场施工难度依次增大、界面抗剪能力依次提高，分别为：1）界面凿毛，如图3（a）所示。该方法制造新老混凝土粗糙界面，利用粗糙界面的咬合力和摩擦力提高抗剪承载力。2）预埋U形箍筋，如图3（b）所示。该方法在界面咬合力和摩擦力的基础上，通过桩柱一体中预埋的U形箍筋提高界面抗剪能力。3）预埋钢套筒后焊接栓钉及抗剪环筋，如图3（c）所示。该方法在桩柱一体钢筋笼中预留钢套筒，通过设置于钢套筒上的栓钉以及抗剪环筋提高界面抗剪能力。立柱界面凿毛十字梁立柱十字梁 立柱界面凿毛十字梁立柱十字梁 十字梁立柱十字梁立柱环梁节点环梁节点环梁节点环梁节点U形箍
15、筋界面凿毛钢套筒抗剪环筋栓钉环梁节点环梁节点（a）界面凿毛（b）预埋U形箍筋（c）预埋钢套筒图3 桩柱一体-环梁节点构造示意1.2 试件设计根据3种界面连接形式，设计了3组试验，每组含2个试件进行平行试验，共6个试件。按照工程中常用的构件设计了试件尺寸，试件信息如图4与表1所示。1.3 试件制作桩柱一体结构、环梁节点与十字梁混凝土等级均为C40。为还原桩柱一体的现场施工情况，试件的现场制作过程如下：1）在试验场地中制作桩顶高于地坪的钻孔灌注桩。2）待桩身龄期满足要求后，开挖至设计深度，暴露出作为地下结构立柱的桩身。3）根据不同的构造设计对梁柱界面进行处理。龙莉波、郑七振、章谊、饶烽瑞:桩柱一体
16、结构环梁节点力学性能试验研究建筑施工第45卷第1期31 5005009001 0005001 000850加载位置加载位置加载位置加载位置图4 试件尺寸与加载位置示意表1 试件信息单位：mm 界面形式十字梁尺寸环梁灌注桩直径加载点与环梁距离特殊指标长宽高宽高界面凿毛1500 500 900 500 10008501000不平整度35U形箍筋U形箍筋16，间距200钢套筒、栓钉加抗剪环筋栓钉19，长80，间距200；抗剪环筋16，间距2004）绑扎环梁及十字梁钢筋，进行混凝土现浇施工。环梁及十字梁的配筋参考GB 509362014钢管混凝土结构技术规范12，如图5所示。十字梁纵筋828环梁环筋1022十字梁箍筋12140内外两侧腰筋14150环梁箍筋14280拉结筋14560（a）剖面（b）俯视十字梁纵筋828环梁环筋1022十字梁箍筋12140环梁箍筋14280图5 环梁及十字梁配筋示意5）待环梁和十字梁的混凝土到达预设龄期后拆模，进行加载试验。值得指出的是，本次试验在同一根桩柱上连接了2个环梁节点进行平行试验。1.4 监测元件布设为记录裂缝开展情况，在梁侧面用墨线弹出100 mm 1
