抗拔樁與抗浮錨桿經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

朱宏亮　林　濤

(北京維拓時(shí)代建筑設(shè)計(jì)股份有限公司，北京　100123)

1　工程概況

本工程位于通州新城運(yùn)河核心區(qū)，地下為3層地下車庫，上部為多棟高層公寓和辦公樓。純地下室部分為3層地下室，層高分別為地下3層4.6 m，地下2層3.7 m，地下1層4.8 m，上部覆土1.5 m，基礎(chǔ)筏板厚度0.6 m。基礎(chǔ)底標(biāo)高-15.2 m(相對±0)。地下車庫標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)為8.2 m×8.7 m。

依據(jù)勘察單位提供的勘察報(bào)告，抗浮設(shè)防水位相對標(biāo)高為-2.4 m，本工程抗浮水頭約為12.8 m。

抗浮荷載設(shè)計(jì)：

上部結(jié)構(gòu)自重：3×13+1.5×18+0.6×25=81 kN/m2。

需要抗拔構(gòu)件提供的抗拔承載力為：1.05×(128-81)=50 kN/m2。

2　抗拔樁設(shè)計(jì)

抗拔樁采用大直徑鉆孔灌注樁，分別考慮了800 mm和600 mm兩種樁徑，每個(gè)8.2 m×8.7 m柱網(wǎng)需要的抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值需達(dá)到：8.2×8.7×50=3 567 kN。

1)混凝土灌注樁，直徑800。抗拔樁承載力(如表1所示)計(jì)算(以78號勘探孔為例)：

樁長18 m，單樁抗拔力=(1 204+940)/2+(74+62)=1 208 kN。

布樁：每柱網(wǎng)需要的樁數(shù)為：2.95根樁，按3根計(jì)。配筋：控制裂縫0.2 mm，鋼筋面積As1=9 327(分段配筋，長度9 m),As2=4 664(分段配筋，長度9 m), 整根樁的配筋量為982 kg(僅為抗拉鋼筋，不含箍筋),混凝土用量9.04 m3。

折合每平方米用量：鋼筋41.3 kg/m2，C30混凝土0.38 m3/m2。

表1　800樁徑承載力計(jì)算

初步評估，抗拔樁配筋基本由裂縫控制，鋼筋量較大。

2)混凝土灌注樁，直徑600。抗拔樁承載力(如表2所示)計(jì)算(以78號勘探孔為例)：

樁長18 m，單樁抗拔力=(903+705)/2+(42+35)=881 kN。

表2　600樁徑承載力計(jì)算

布樁：每柱網(wǎng)需要的樁數(shù)為：4.0根樁，按4根計(jì)。

配筋：控制裂縫0.2 mm，鋼筋面積As1=7 854(分段配筋，長度9 m),As2=3 927(分段配筋，長度9 m),整根樁的配筋量為827 kg(僅為抗拉鋼筋，不含箍筋),混凝土用量5.09 m3。

折合每平方米用量：鋼筋46.4 kg/m2，C30混凝土0.285 m3/m2。

3)抗拔樁布置位置的思考(按600樁徑考慮)。

a.抗拔樁完全布在柱下，成為樁承臺+防水板基礎(chǔ)，樁數(shù)由兩種工況控制:無水工況下，樁數(shù)滿足豎向荷載作用下的承載力計(jì)算;抗浮水位下，樁數(shù)需滿足抗拔承載力的計(jì)算；經(jīng)計(jì)算單柱下需4根樁(見圖1)。

水浮力128 kPa。防水板按600厚考慮，底板自重0.6×25=15 kPa。基礎(chǔ)底板承受的向上的荷載為1.4×(128-15)=158。

b.抗拔樁散布在筏板內(nèi)，基礎(chǔ)為天然地基上的筏板基礎(chǔ)，每標(biāo)準(zhǔn)跨需4根樁(見圖2)。需驗(yàn)算柱對筏板的沖切和抗浮水位下樁對筏板的沖切。

經(jīng)計(jì)算下返柱墩3 200×3 200×600，筏板厚600。

c.兩種樁布置方式經(jīng)濟(jì)性對比見表3。

表3　鋼筋及混凝土用量統(tǒng)計(jì)

表4　150 mm錨桿承載力計(jì)算

d.小結(jié)。對于無水工況的常規(guī)抗壓樁基，為縮短豎向傳力途徑，基樁一般集中布置于柱下。對于高水工況且水位在很高水平時(shí)，若仍將抗拔樁集中布置于柱下，由于跨度較大，水浮力相應(yīng)會產(chǎn)生較大的支座及跨中彎矩，對基礎(chǔ)底板的經(jīng)濟(jì)性是不利的。反之，對均勻布樁情形，在高水工況時(shí)由于樁與樁之間間距減小，會減小基礎(chǔ)底板內(nèi)力從而帶來較好的經(jīng)濟(jì)性；但在無水時(shí)，由于筏板受到中間布置的基樁反力作用會產(chǎn)生較大的內(nèi)力，相對集中布樁則會更不經(jīng)濟(jì)[2]。本工程就是一個(gè)高抗浮水位的例子。

3　抗浮錨桿設(shè)計(jì)

3.1　普通錨桿承載力計(jì)算

普通錨桿：按直徑150 mm，16 m長錨桿進(jìn)行計(jì)算(見表4)。

單根錨桿的抗拔力=(97+322)/2=210 kN。

每平方米需要的錨桿數(shù)：50/210=0.238根，錨桿間距為2.05 m。

每根錨桿需要的鋼筋面積As=210×1.6/360=933。

每根錨桿的鋼筋用量為116 kg，細(xì)石混凝土用量：0.283 m3。

折合每平方米用量：鋼筋27.6 kg/m2，細(xì)石混凝土用量0.067 m3/m2，進(jìn)尺長度3.81 m/m2。

3.2　帶擴(kuò)大頭抗浮錨桿方案

按直徑150 mm，12 m長錨桿, 端部擴(kuò)頭至400 mm,長度2 m,進(jìn)行計(jì)算(見表5)。

單根錨桿的抗拔力=(97+383)/2=240 kN。

每平方米需要的錨桿數(shù)：50/240=0.208根，錨桿間距2.2 m。

每根錨桿需要的鋼筋面積As=240×1.6/360=1 067。

每根錨桿的鋼筋用量為100 kg，細(xì)石混凝土用量：0.608 m3。

折合每平方米用量：鋼筋20.8 kg/m2，細(xì)石混凝土用量0.126 m3/m2，進(jìn)尺長度2.50 m/m2。

表5　帶擴(kuò)大頭錨桿承載力計(jì)算

4　經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

灌注樁與錨桿經(jīng)濟(jì)技術(shù)對比見表6。

表6　灌注樁與錨桿經(jīng)濟(jì)技術(shù)對比

5　結(jié)語

結(jié)合工程實(shí)例，對抗浮水位較高時(shí)多種抗浮方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，得出以下結(jié)論：

1)北方平原地區(qū)，由于基底下沒有堅(jiān)硬的巖層，大部分為土體錨桿，造成錨桿很長，造價(jià)偏高。2)抗拔樁方案，由于鋼筋用量由裂縫控制，配筋量較大；較小的樁徑在提供相同的側(cè)摩阻力的情況下，混凝土用量較少。3)抗浮水位較高時(shí)，抗拔樁均勻布置在筏板內(nèi)，筏板的經(jīng)濟(jì)性更好。由于抗拔樁、錨桿、基礎(chǔ)底板的造價(jià)受混凝土和鋼筋的市場價(jià)格影響，且抗浮方案受土層結(jié)構(gòu)、水位高低、當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)等多種因素影響，以上分析僅供參考。