建筑物抗拔樁力學計算的實例分析

田 微

(西安建筑科技大學建筑設計研究院，陜西西安 710055)

0 引言

近年來，在高速發展的城市建設大環境下，建筑物的地下空間開發利用也得到了迅猛的發展，地下建筑設計過程中結構的抗浮設計工作顯得比較重要。一般情況下，地下結構在完成抗浮設計的時候需要考慮較多的因素［1］，本論文將就地下結構抗浮方案中抗拔樁的力學計算進行實例分析工作。

1 抗拔樁設計要點

結構工程中抗浮措施比較常見的有:臨時性的抵抗地下水的上浮力，主要是施工期間的抗浮，采用的措施有隔水、降水和排水等方法;永久性的抵抗地下水的上浮力，抗拔樁和錨桿(索)的下拉方法使用得比較普遍，抗浮設計中抗拔樁是最常用的方法之一，下文著重介紹一下抗拔樁的設計過程。

1.1 承載力設計值的確定

根據 DGJ 08-11-2010地基基礎設計規范［2］中的 7.2.9條給出了單樁豎向抗拔承載力設計值的計算式:

式(1)實質上反映的是地基土體對抗拔樁的摩阻力，從力學機理上講，公式反映的是土體工程特性;其值的確定是抗拔承載力計算的第一步，抗拔樁的承載力的確定并不代表其樁身設計的混凝土、縱向受力鋼筋就可以不受控制。

JGJ 94-2008 建筑樁基技術規范［3］5.4.5 與 5.4.6 條給出了類似的單樁豎向抗拔承載力計算公式。

1.2 樁體縱向受力鋼筋的確定

根據GB 50010-2010混凝土結構設計規范［4］中的6.2.22條，樁身設計軸向拉力設計值表達式如下:

JGJ 94-2008建筑樁基技術規范中的5.8.7條給出了類似的公式。

如若不考慮預應力筋時，則:

當樁的軸向拉力設計值按地基土體對抗拔樁的摩阻力考慮時:

即抗拔樁的配筋設計可以由Rtd確定。

1.3 樁體裂縫寬度的確定

GB 50007-2011建筑地基基礎設計規范［5］中的 8.5.9條指出“當樁基承受拔力時，應對樁基進行抗拔驗算”。其中的第8.5.12條明確“非腐蝕環境中的抗拔樁應根據環境類別控制裂縫寬度滿足設計要求，預應力混凝土管樁應按樁身裂縫控制等級為二級的要求，進行樁身混凝土的抗裂驗算”。

與此同時，應當根據《混凝土結構設計規范》中的第3.4.4和3.4.5條規定的構件裂縫控制等級及最大裂縫寬度限值，對抗拔樁體混凝土做裂縫驗算。驗算按《混凝土結構設計規范》中的7.1.2 條進行。

其中，σs為按荷載準永久組合計算的鋼筋混凝土構件縱向受拉鋼筋應力，其值按式(3b)計算:

其中，Nq為按荷載準永久組合計算的軸向力值。

《建筑樁基技術規范》中的5.8.8條明確，ωmax為按荷載效應標準組合計算的最大裂縫寬度，因此在用式(3a)中將σs(荷載效應準永久組合的等效應力)更改為σsk(荷載效應標準組合的等效應力)。

依據現行的規范規程的要求，對抗拔樁的設計計算要點作了細致介紹，并列出了主要計算公式。

1.4 抗拔樁設計算例

從上述可知，抗拔樁的核心問題是樁體的縱向配筋和裂縫的控制。這里以某實際工程的樁基設計為基礎，來進行抗拔樁的配筋設計和裂縫控制的推演。該建筑地下3層，最大埋深超過15 m，地上裙房3層，主樓30層。裙房和主樓之間不設結構縫，地下室的范圍與主樓相比，地下室范圍較大。

該建筑物基礎全部采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，其中裙房下采用D600樁，長20 m。裙房的荷重不大，其基礎下的樁基本上全處于抗拔的受力狀態，需要按照抗拔樁進行設計。

按照式(1)計算地基土體對抗拔樁的摩阻力，得到抗拔樁的單樁抗拔承載力特征值為Rta=650 kN，設計值Rtd=812 kN，極限值Rtk=1 300 kN。

進而計算抗拔樁的縱向受力鋼筋，配筋預估為18D18(HRB335)，根據式(2c)可得:

再由抗拔樁單樁抗拔承載力特征值Rta=650 kN，按照式(3a)計算裂縫寬度。

取:deq=18 mm，混凝土為 C35，αcr=2.7，c=50 mm，Es=2 ×105N/mm2。

則有:

將上述數值代入式(3a)，可得:

ωmax=2.7 × 0.47 × (1.9 × 50+0.08 × 18/0.016)×141.9/200 000=0.17 mm ＜［0.2 mm］。

樁體的裂縫寬度計算結果滿足規范的設計要求限值。因此該建筑裙房基礎的抗拔樁D600的配筋取18D18(HRB335)是比較合理的。

2 結語

論文基于現行的設計規范規程的要求，提供了抗拔樁的設計計算要點，明確了抗拔樁設計的核心問題是樁體的縱向受力鋼筋和裂縫寬的計算。

［1］黃茂松，任 青，王衛東，等.深層開挖條件下抗拔樁極限承載力分析［J］.巖土工程學報，2007，29(11):1689-1695.

［2］DGJ 08-11-2010，地基基礎設計規范［S］.

［3］JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范［S］.

［4］GB 50010-2010，混凝土結構設計規范［S］.

［5］GB 50007-2011，建筑地基基礎設計規范［S］.