上海地下工程抗拔樁設計要點研究

馮 星

上海新華建筑設計有限公司

上海地下工程抗拔樁設計要點研究

馮 星

上海新華建筑設計有限公司

上海地區地下水位高，地下工程抗浮問題一般采用打抗拔樁來解決。常用的抗拔樁類型較多，如鉆孔灌注樁、預制鋼筋混凝土方樁、預應力混凝土管樁、預應力混凝空心方樁等。雖然不少預制樁的國家和地方圖集都出版發行，但圖集的重點在于承壓樁。而對以承受拉力的抗拔樁，圖集中有關參數和節點詳圖則需設計人員調整或重新設計。本文對抗拔樁的設計要點及各類樁型設計關鍵詳細闡述，歸納整理，便于工程應用。

地下工程 抗拔樁

1 前 言

上海地區地下水位高，地下工程抗浮問題一般采用打抗拔樁來解決。常用的抗拔樁類型較多，如：鉆孔灌注樁、預制鋼筋混凝土方樁、預應力混凝土管樁、預應力混凝空心方樁等。相應的國家和上海標準圖集也有不少，詳見表1。

表1 抗拔樁常用圖集

這些圖集的重點在于承壓樁，對于抗拔樁則需要設計人員根據具體工程情況調整，特別是一些節點更需要仔細核算或重新設計。

本文對抗拔樁的設計要點詳細分析，對各類樁型設計關鍵詳細闡述，歸納整理，便于廣大設計人員在工程設計中合理正確應用。

2 抗拔樁設計要點

上海地區抗拔樁設計一般過程為：

（1）確定單樁豎向抗拔承載力設計值。（2）單樁樁身強度、節點強度計算。（3）單樁樁身抗裂計算。

2.1 單樁豎向抗拔承載力計算

單樁豎向承載力設計值應分別根據地基土對樁的支撐能力和樁身結構強度進行計算，取其小值。上海地區抗拔樁承載力設計值一般根據土側摩阻力確定，依據上海《地基基礎設計規范》DGJ08-11-1999，豎向抗拔承載力設計值宜通過現場豎向抗拔靜載荷試驗按下式確定：

式中：Rd’為單樁豎向抗拔承載力設計值(kPa)，Rk為單樁豎向承載力標準值，γR為單樁豎向抗拔承載力分項系數，取γR=1.6。若沒有進行試驗時，可按如下公式進行計算：

式中：Up為樁截面周長(m)；γs為樁的抗拔承載力分項系數，一般取1.6；fsi為樁周第i層土極限摩擦阻力標準值(kpa)；l i為樁周第i層土的厚度；λi為第i層土的抗拔承載力系數；Gp為單樁自重設計值。

2.2 樁身及節點強度計算

在承載能力極限狀態下，每根樁受到的豎向上拔力設計值N均應滿足如下：

同時樁內主筋受到的拉力應小于縱筋強度設計值。

樁身節點包括：（1）樁頂與基礎或承臺連接節點。受拉鋼筋錨入承臺鋼筋長度應滿足《混凝土結構設計規范》GB50010-2002規定的受拉鋼筋錨固長度，普通鋼筋錨固長度不小于40d，預應力鋼筋錨固長度不小于50d。（2）接樁連接節點。

2.3 樁身裂縫計算

上海地區地下工程樁處的環境類別一般為二a類，鋼筋混凝土樁裂縫控制等級為三級，預應力混凝土樁裂縫控制等級為二級。在正常使用極限狀態下，樁的裂縫控制驗算按《混凝土結構設計規范》GB50010-2002要求計算。

3 各類抗拔樁設計關鍵

3.1 鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁當承受上拔力時，應通長配筋，主筋As應滿足如下公式：

式中：fy縱筋強度設計值(N/mm2)，當fy大于300N/mm2，仍應按300 N/mm2取用。

3.2 預制鋼筋混凝土方樁

采用《預制鋼筋混凝土方樁》04G361，樁分段接樁時應采用焊接接頭。該圖集附錄3給出了“按抗裂控制的樁身抗拉力”表格。其是依據圖集中各組單節樁的最小配筋結果計算所得，且焊接的接頭強度均滿足要求，設計人員可以參考。但是在實際工程設計中，為達到充分利用樁側摩阻力，提高樁的抗拉承載力，往往經常改大樁身縱筋。但這樣接頭部位抗拉強度就超出了圖集要求，樁身節點構造（主要是接樁連接節點）需要驗算或重新設計，而這點設計人員往往容易忽略。

采用《預制鋼筋混凝土小截面方樁》DBJT08-106-2006，樁分段接樁時采用焊接接頭。該圖集附錄2給出了“按抗裂控制的樁身抗拉承載力”表格，若設計抗拔力大于本表所列數值，則應根據設計抗拔力重新設計預制小截面方樁配筋及接頭形式。

3.3 預應力混凝土管樁

采用《預應力混凝土管樁》03SG409及 《先張法預應力混凝土管樁》DBJ08-92-2000時，樁頂節點和接樁節點是抗拔樁設計要點。

3.3.1 樁頂節點設計要點

樁頂節點分為截樁樁頂和不截樁樁頂。

3.3.1.1 截樁樁頂

基礎與抗拔樁間的拉力傳遞分兩個途徑。一是通過預應力鋼棒將基礎受到的上浮力傳遞到管樁。二是通過填芯混凝土，靠填芯混凝土與管樁內壁間的粘結強度將基礎受到的上浮力傳遞到管樁。由于后者粘結強度是由接觸面上的膠合力、摩擦力和機械咬合力組成，變化因素較多，定量分析和可靠性較差，建議設計中作為安全儲備考慮。這樣就要求前者預應力鋼棒與基礎錨固牢固，保證拉力可靠傳遞。

圖1 截樁樁頂節點詳圖

3.3.1.2 不截樁樁頂

圖2 不截樁樁頂節點詳圖

3.4 預應力混凝空心方樁

《預應力混凝土空心方樁》08SG360給出的表格中有根據樁身結構強度確定的豎向抗拉承載力設計值和根據樁身抗裂控制確定的豎向抗拉承載力標準值。樁頂節點和接樁節點同樣需要重點設計，作法可參考管樁節點。

《HKFZ/KFZ先張法預應力混凝土空心方樁》2009滬G/T-502表格中也有根據樁身結構強度確定的豎向抗拉承載力設計值和根據樁身抗裂控制確定的豎向抗拉承載力標準值。圖集中有抗拔樁樁頂與基礎連接詳圖，抗拔樁接樁接頭連接詳圖，設計人員可參考采用，驗算要求同管樁節點。

節點拉力傳遞同截樁樁，也不考慮填芯混凝土傳遞拉力作用。基礎通過3號鋼筋、扁鐵、管樁端板、預應力筋將拉力傳遞到抗拔樁，所以需要驗算：

（1）3號鋼筋強度和錨固長度；

（2）3號鋼筋與扁鐵連接焊縫強度；

（3）扁鐵強度；

（4）扁鐵與管樁端板焊縫強度；

（5）管樁端板與預應力筋連接處端板孔口抗剪強度和預應力筋墩頭抗拉強度驗算，可參考文[8]。

3.3.2 接樁節點設計要點

上、下節樁拼接成整樁時，接頭方式有端板焊接連接和機械快速接頭連接。抗拔樁宜優采用機械快速接頭連接。當采用端板焊接連接時，應驗算焊縫強度，并且對焊接施工提出嚴格要求，保證焊接質量，必要時可增加端板厚度或增加端板錨筋。

4 結 語

在抗拔樁設計中，應根據工程具體情況采用不同的樁型。采用標準圖集時，應注意樁受拉力的特點，驗算樁身強度、抗裂、樁頂節點和接樁節點，滿足樁承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下的設計要求，確保樁可靠傳遞拉力，保證工程質量。

[1] 預制鋼筋混凝土方樁.04G361

[2] 預應力混凝土管樁.03SG409

[3] 預應力混凝土空心方樁.08SG360

[4] 預制鋼筋混凝土小截面方樁.DBJT08-106-2006

[5] 先張法預應力混凝土管樁.DBJT08-92-2000

[6] 先張法預應力混凝土管空心方樁.G/T-502 HKFZ/ KFZ

[7] 地基基礎設計規范.DGJ08-11-1999

[8] 陳岱杰，樊向陽，徐楓. 上海地區PHC管樁作抗拔樁的探討. 建筑結構，2008，38（4）：8-10

[9] 朱陸明，沈永根. 預應力管樁在抗拔樁中的應用實錄. 地基基礎工程，2005，8（8）：46-48

[10] 朱炳寅. 預應力混凝土管樁的受力分析及應用建議. 建筑結構—技術通訊，2009，9