宋緒傳

摘 要：基礎(chǔ)工程是建筑工程的關(guān)鍵工程，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起著很重要的作用。對(duì)在地下水位較淺的建筑和沿海建筑進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，由于地下水文條件、地質(zhì)勘探技術(shù)等條件的影響，抗拔樁設(shè)計(jì)值與地基實(shí)際承載能力相差較大，這很大程度影響了結(jié)構(gòu)安全的可靠度，因此對(duì)地基基礎(chǔ)的抗浮設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)行探討顯得十分重要。

關(guān)鍵字：地下水位；抗拔樁；抗浮承載力；塑性變形；群樁效應(yīng)

引言

隨著地下工程數(shù)量的增加，地下結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)康抗浮問題也日益受到國內(nèi)外學(xué)者及工程設(shè)計(jì)人員的注意。受建造環(huán)境、工程水文地質(zhì)條件、地質(zhì)勘探技術(shù)水平、理論知識(shí)水平等條件的制約，目前抗拔樁的工程設(shè)計(jì)理論水平很難對(duì)工程實(shí)踐進(jìn)行指導(dǎo)，這在很大程度上制約著基礎(chǔ)工程的發(fā)展。

1 抗拔樁承載機(jī)理分析

在對(duì)地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，抗浮設(shè)計(jì)十分重要，有些建筑由于沒有上部結(jié)構(gòu)或上部結(jié)構(gòu)自重較輕，無法抵抗地下水對(duì)基礎(chǔ)的浮力時(shí)，地下結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生破壞，導(dǎo)致基礎(chǔ)局部或整體喪失承載能力。

1.1 抗拔樁的承載機(jī)理

1.1.1等截面抗拔樁

研究發(fā)現(xiàn)，在對(duì)等截面抗拔樁進(jìn)行荷載-位移實(shí)驗(yàn)時(shí)，等截面抗拔樁在上拔荷載不大時(shí)，樁身的拉應(yīng)力主要靠樁側(cè)摩阻力、樁身自重及上部傳來的豎向荷載平衡；隨著荷載的增加，樁與樁側(cè)土體發(fā)生位移，樁側(cè)阻力進(jìn)一步增大，當(dāng)位移增大到一定數(shù)值，樁側(cè)摩阻力增大到最大值，該值也即是樁的抗浮承載力臨界值。隨荷載進(jìn)一步增大，樁身抗浮承載力逐漸減小，直至破壞。等截面抗拔樁破壞常見形式如圖.1所示。其中，形式A（同樁長倒圓錐臺(tái)形剪切破壞）不常見，軟巖土質(zhì)中的粗短灌注抗拔樁時(shí)常會(huì)發(fā)生這樣的破壞；形式B（樁-土截面圓柱形剪切破壞）是比較常見的一種抗拔樁破壞形式；C（復(fù)合剪切破壞）主要出現(xiàn)在砂土地基中。

A B C

圖.1抗拔樁剪切破壞形式

等截面抗拔樁的承載設(shè)計(jì)值計(jì)算可依據(jù)JGJ94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》要求進(jìn)行計(jì)算，規(guī)范規(guī)定：甲、乙級(jí)建筑樁基，基樁的抗拔承載力應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場抗拔承載力實(shí)驗(yàn)確定；對(duì)于丙級(jí)建筑樁基，群樁呈非整體破壞時(shí)，承載能力可按照式（1）計(jì)算；整體破壞時(shí)，基樁承載力抗拔極限值可按照式（2）計(jì)算

（1）

（2）

式中： -基樁抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值

-抗拔系數(shù)

-樁身周長

-裝側(cè)表面土層抗壓極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值

-樁群外圍周長

1.1.2擴(kuò)底抗拔樁

擴(kuò)底抗拔樁的受力原理跟等截面抗拔樁相似，擴(kuò)底抗拔灌注樁主要適用于軟土地基。擴(kuò)底灌注樁的樁端較大，能較大程度提高樁的樁端摩阻力，從而改善樁的抗拔能力。擴(kuò)底灌注抗拔樁的承載力計(jì)算 式可參考下式：

Pu =Ws +Wc +πdcL +πSr*d*γ（2L - H）Ku*tgφ

式中參數(shù)：Pu-擴(kuò)底樁的極限抗拔承載力；

C-土的粘聚力；

L-擴(kuò)體樁的上拔計(jì)算樁長；

Sr-圓柱側(cè)面上被動(dòng)土壓力大小的形狀系數(shù)，取值為1.2244；

d-擴(kuò)底部分直徑；

γ-臨界深度內(nèi)土的重度；

H-臨界深度，取值范圍為 1.5d～ 2. 5d；

Ku-豎直破壞面上土壓力的標(biāo)定上拔系數(shù)，可以從下式計(jì)算：

Ku =0.496（φ）0.18（2）

φ-土的內(nèi)摩擦角；

Ws-圓柱體內(nèi)滑動(dòng)體土重；

Wc-樁有效自重

1.2影響抗拔樁的承載能力的因素

1.2.1水文地質(zhì)條件

地下水位及其變幅是確定地基承載能力的最關(guān)鍵的一個(gè)數(shù)據(jù)，也是最容易出現(xiàn)失誤的一個(gè)數(shù)據(jù)。在目前的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，地質(zhì)勘探部門現(xiàn)場勘探時(shí)往往是根據(jù)當(dāng)時(shí)的水位進(jìn)行實(shí)測，然后給出最高穩(wěn)定水位，而忽略豐水期水位等，給抗浮承載力的確定造成影響。在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，一定要先針對(duì)本工程的水位地質(zhì)特點(diǎn)，討論確定地下抗浮設(shè)防水位。

土層土質(zhì)條件也是影響抗拔樁承載力設(shè)計(jì)值的一個(gè)重要因素，底下土層在沉積的過程中由于外界條件不一，沉積后的承載力也不一樣，土壤內(nèi)摩擦角也不相同，這就使得樁土之間的摩擦力也不相同，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的土質(zhì)條件確定抗拔承載力設(shè)計(jì)值。

1.2.2 樁土接觸面積

從抗浮樁的受力分析知，樁土接觸面積對(duì)抗浮樁的承載能力影響較大。在進(jìn)行抗浮樁設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)當(dāng)?shù)赝临|(zhì)條件，適當(dāng)增加樁身長度、尺寸，以增加樁土接觸面積，從而達(dá)到增大樁土摩阻力的效果，保證抗浮樁有足夠的承載能力。

1.2.3群樁效應(yīng)

群樁效應(yīng)是指群樁在豎向荷載作用下，由于承臺(tái)和土對(duì)樁群的影響導(dǎo)致的樁側(cè)摩阻力和位移不同，樁群整體作用的位移不等于單樁位移之和的現(xiàn)象。群樁效應(yīng)的影響大小可根據(jù)群樁效應(yīng)系數(shù)來衡量，系數(shù)為1時(shí)，基本人為不存在群樁效應(yīng)，系數(shù)不為1時(shí)，應(yīng)考慮群樁效應(yīng)對(duì)樁的抗拔承載力的影響。

在不同樁長的條件下，樁的抗拔承載力歲樁長的增加而增加，但樁長的差別對(duì)樁群的位移影響不大；樁數(shù)的增加會(huì)減小樁的豎向承載力，群樁效應(yīng)系數(shù)也會(huì)隨著樁數(shù)的增加而減小，相同荷載作用下，樁的位移也會(huì)增加，影響基礎(chǔ)的安全；逐漸增大樁距會(huì)使樁群的承載力近似等于單樁抗拔承載力，群樁效應(yīng)系數(shù)趨近于1。

2 抗拔樁配筋及裂縫控制

JGJ94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算樁基礎(chǔ)在承載能力極限狀態(tài)下的極限承載能力，在對(duì)抗拔樁基礎(chǔ)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)明確抗拔樁基礎(chǔ)的受力特點(diǎn)，抗拔樁基礎(chǔ)在實(shí)際工作時(shí)，受水浮力、樁土摩擦力等，通常是出于受拉的狀態(tài)，因此根據(jù)規(guī)范要求，可對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行等截面配筋和不等截面配筋。在樁身直徑為300-2000mm時(shí)，正截面配筋率可在0.65～2%間進(jìn)行取值，此時(shí)抗拔樁基礎(chǔ)可按照軸心受拉構(gòu)件進(jìn)行考慮，保證配筋截面的抗力大于效應(yīng)值。

JGJ94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：應(yīng)驗(yàn)算樁基礎(chǔ)在正常使用極限狀態(tài)下的變形、耐久性，因此要對(duì)抗拔樁的裂縫進(jìn)行必要的驗(yàn)算。通常針對(duì)裂縫的驗(yàn)算結(jié)果配筋往往大于抗拔樁基礎(chǔ)的承載能力計(jì)算的配筋結(jié)果。同時(shí)，由于抗拔樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要考慮抗拔樁工作環(huán)境的侵蝕，因此規(guī)范對(duì)抗拔樁基礎(chǔ)的工作環(huán)境進(jìn)行分類，并給出了對(duì)不同工作環(huán)境下的抗拔樁基礎(chǔ)裂縫限值。如下表：

結(jié)語

基礎(chǔ)工程是建筑工程項(xiàng)目最關(guān)鍵的部位之一，基礎(chǔ)抗浮關(guān)系著整個(gè)建筑的安全問題，因此基礎(chǔ)抗浮設(shè)計(jì)不容大意。但受經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平的制約，很多時(shí)候結(jié)構(gòu)工程師都是根據(jù)自己的工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，這對(duì)結(jié)構(gòu)是不利的。本文針對(duì)抗拔樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)時(shí)的承載力計(jì)算、抗拔樁身配筋及裂縫控制進(jìn)行了一些分析，并給出了一些建議。

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