芻議基礎抗拔樁計算應用

張宏冰

(黑龍江省水利工程建設監理公司,哈爾濱 150001)

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芻議基礎抗拔樁計算應用

張宏冰

(黑龍江省水利工程建設監理公司,哈爾濱 150001)

摘要：抗拔樁主要靠樁體與基礎各土層的摩擦力來承受抗拔，以抵抗軸向拉力，如建筑物的錨樁、抗浮樁等。在實際工程中抗拔樁被大面積應用于工業民用建筑物的地下室抗浮、高聳建筑物抗拔以及海上碼頭平臺抗拔、跨河流、溝道懸索橋和斜拉橋的錨樁基礎、大型船塢底板的樁基礎和靜荷載試樁中的錨樁基礎等。文章闡述了抗拔樁基本原理及特點及計算實例。

關鍵詞：抗拔樁；基本原理；基本特點；樁型；試樁

1抗拔樁基本原理及特點

抗拔樁主要靠樁體與基礎各土層的摩擦力來承受抗拔，以抵抗軸向拉力，如建筑物的錨樁、抗浮樁等為主。

在實際工程中抗拔樁被大面積應用于工業民用建筑物的地下室抗浮、高聳建筑物抗拔以及海上碼頭平臺抗拔、跨河流、溝道懸索橋和斜拉橋的錨樁基礎、大型船塢底板的樁基礎和靜荷載試樁中的錨樁基礎等。

建筑物位于地下水位較高的地區，當上部結構總荷重不能抵抗地下水浮力的時候，構造物結構的整體或局部就會受到向上浮力的作用，如不做基礎處里就會造成建筑物的失穩、傾斜、嚴重的話就會倒塌。

如水工建筑物消力池、地下水池、建筑物的地下室結構、污水處理廠的生化池等必須設置抗拔樁。

2計算實例

計算采用JGJ94—2008建筑樁基技術規范[1]。

2.1　樁型、截面尺寸及樁長的確定

某工程應用抗拔樁，設計樁徑長800mm，樁體嵌入中風化砂巖3m，承臺埋深2m。

2.1.1確定樁的豎向受壓承載力

具體計算詳見圖1。

圖1　樁的豎向受壓承載力計算簡圖

計算公式為：

μ=πD=0.8π=2.5 m

(1)

Ap=πD2/4=0.5 m2

(2)

擴大頭面積計算公式為：

Ap1=πD12/4=2m2

(3)

Qsk=μ∑ψsiqsili=376.5 kN

(4)

Qpk=ψpqpkAp=6000 kN

(5)

基樁受壓承載力設計值：R=Qsk/γs+Qpk/γp=3864 kN

2.1.2確定樁的豎向抗拔承載力

考慮樁擴大頭作用，將其視為固結于砂巖內，按樁的強度設計抗拔。

2.1.3確定單樁水平承載力

計算過程為：

ρg=0.88%

d0=720mm

I0=W0d/2=0.022 m4

EI=0.85EcI0=5.61×105kN/m2

b0=0.9(1.5d+0.5)=1.53m，查表取m=100 MN/m4，xoa=6×10-3m

αh=0.771×3=2.31<4m，取αh=2.31 m

查表取vm=0.601，vx=3.526

2.2　確定樁數及樁的平面布置

主要包括5個方面的內容：

2.2.1樁的平面布置

樁中心距：2.5×1.8=2m,取2m

承臺尺寸：4.0m×4.0m，承臺埋深2m

2.2.2受壓最大時

Fk=2900 kN

Fy=-767 kN

Mxk=Fyh=1534 kN·m

2.2.3 偏心受壓驗算

滿足要求。

2.2.4 抗拔驗算

Fk=-2310 kNFy=530.4 kN

Mxk=Fyh=1060.8 kN·m

2.2.5水平承載力驗算

單樁水平承載力：

H1=240 kN

γ0H1

2.3　樁配筋計算

主要包括3個方面的內容：

2.3.1受壓

材料C25混凝土，HRB335級鋼筋 。

N=1 506 kN

N/ψc=1673kN<0.9φfcA

所以，按構造配筋。

2.3.2受拉

N=838 kN

N/ψc=931 kN

選配AS=4000mm2

2.3.3裂縫驗算

ES=2.0×105N/mm2

Ec=2.8×104N/mm2

AS=4000mm2

Ate=Ap=0.5 m2

ωmax<[ω]=0.2mm

所以，滿足條件。

3試樁

試樁是為了大面積的打樁施工提供第一手的施工參數資料，包括有效樁長、入巖深度、沉渣、貫入度、樁焊接、承載力。

3.1　試樁應符合的規定

試樁時根據設計提供的樁型、樁長及樁端持力層進行試打樁時，應符合下列規定：

1)試樁的位置選擇應根據工程地質條件選擇具有代表性的地點。

2)試樁過程中，應根據樁頭進入的不同土層逐一進行測試。

3)當樁頭經過的持力層厚度較大時，宜在同一土層中進行多次測試。

4)樁端持力層的確定應根據試打樁承載力結果與貫入度關系，結合場地巖土工程勘察報告綜合判定。

5)采用試打樁判定樁的承載力時，應符合規定，具體為：判定的承載力值應小于或等于試打樁時測得的樁側和樁端靜土阻力值之和與樁在地基土中的時間效應系數的乘積，并應進行復打校核。

3.2　試樁種類

試樁種類分3種：設計試樁、施工前試樁和施工結束后試樁。

3.2.1設計試樁

根據工程地質報告提供的地基物理力學參數及實施工程的類似經驗，選定設計樁型及單樁豎向承載力特征值，設計試樁的目的就是進一步確定所選樁型的施工實施的可能性，避免施工單位進場后發現該樁型不適合本場地施工或發現樁承載力遠小于地質報告提供的計算值。

如果再改樁型就會出現設計變更、拖延工期且增加費用。設計試樁可根據單樁豎向靜荷載試驗確定單樁豎向承載力特征值，由于地質專業提供的承載力數據一般偏于保守，所以可根據靜載報告提高樁承載力，減少樁數。

3.2.2施工前試樁

施工單位中標進場后可根據工程現場實際地質情況，項目部研究是否做施工前試樁工作。施工前的試樁可以保留為工程樁，避免多打樁浪費投資。

其中，根據規范要求必須做施工前試樁的情況有以下3種：

1)設計等級為甲級、乙級的樁基。

2)地質條件復雜、樁施工質量可靠性低。

3)本地區采用的新樁型或新工藝。

3.3　施工結束后試樁

根據工程地質報告提供的地基物理力學參數及實施工程的類似經驗，選定樁型及單樁豎向承載力特征值，全面施工后隨機抽取一定樁數進行動測及靜載荷試驗，驗證樁身質量即單樁豎向承載力特征值滿足設計要求，不滿足時要采取補強措施。

一般在經驗不足或重要工程要先設計試樁。所有工程在樁基施工完畢后都要進行施工試樁，根據試樁報告進行質量評定及驗收。

4關于抗拔樁的試樁問題

單樁抗壓靜載試驗按《建筑基樁檢測技術規范》[1](JGJ106—2003)有關規定進行。試驗加載方式為單樁豎向抗拔靜載試驗宜采用慢速維持荷載法。需要時也可采用多循環加、卸載方法。慢速維持荷載法的加卸載分級、試驗方法及穩定標準同單樁豎向抗拔承載力檢測，并仔細觀察樁身混凝土開裂情況。

4.1　終止加載

當出現下列情況之一時，可終止加載：

1)在某級荷載作用下，樁頂上拔量大于前一級上拔荷載作用下的上拔量5倍。

2)按樁頂上拔量控制，當累計樁頂上拔量超過100 mm時。

3)按鋼筋抗拉強度控制，樁頂上拔荷載達到鋼筋強度標準值的0.9倍。

4)對于驗收抽樣檢測的工程樁，達到設計要求的最大上拔荷載值。

4.2　抗拔樁的試樁要求

主要包括2個方面的內容：

4.2.1為設計提供依據的試驗樁(抗壓、抗拔)

1)當進行破壞性試驗時，可加載至樁側土破壞或達到樁身材料強度。

2)當試驗樁試驗完后還要作為工程樁使用時，還應滿足工程樁試樁的下列要求。

4.2.2工程樁(抗壓、抗拔)的試樁要求

1)抗壓工程樁，應加載至2Ra。

2)抗拔工程樁，樁基檢測規范明確要求“按設計要求控制最大上拔荷載，但應留有足夠的安全儲備”，之所以規范沒有規定要取抗拔承載力特征值t的2倍，是因為實際工程中，抗拔樁主要由樁身強度和裂縫控制，所以工程樁抽樣檢測時，按1.35t設計是恰當的。

當然，一定要按2t加載也行，但必須對工程樁按2t作為樁頂拉力設計值配置抗拔樁的縱向鋼筋并驗算抗拔樁的裂縫。

3)抗壓樁常由樁側和樁端巖土的承載力控制，因此，試樁時要取2Ra，而對于由樁身強度控制的受壓樁，規范規定，工程樁抽樣檢測時“可按設計要求的加載量進行”即不要求加載至2Ra。對抗拔樁的工程樁抽樣檢測也是如此。

參考文獻：

[1]中國建筑科學研究院.建筑樁基技術規范JGJ94—2008[S].北京: 中國建筑工業出版社,2008.

[作者簡介]張宏冰(1982-)，女，黑龍江海倫人，工程師。

[收稿日期]2015-06-09

中圖分類號：TU473.1

文獻標識碼：B

文章編號：1007-7596(2015)08-0098-03