張宏冰

(黑龍江省水利工程建設(shè)監(jiān)理公司,哈爾濱 150001)

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芻議基礎(chǔ)抗拔樁計(jì)算應(yīng)用

張宏冰

(黑龍江省水利工程建設(shè)監(jiān)理公司,哈爾濱 150001)

摘要：抗拔樁主要靠樁體與基礎(chǔ)各土層的摩擦力來(lái)承受抗拔，以抵抗軸向拉力，如建筑物的錨樁、抗浮樁等。在實(shí)際工程中抗拔樁被大面積應(yīng)用于工業(yè)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(tái)抗拔、跨河流、溝道懸索橋和斜拉橋的錨樁基礎(chǔ)、大型船塢底板的樁基礎(chǔ)和靜荷載試樁中的錨樁基礎(chǔ)等。文章闡述了抗拔樁基本原理及特點(diǎn)及計(jì)算實(shí)例。

關(guān)鍵詞：抗拔樁；基本原理；基本特點(diǎn)；樁型；試樁

1抗拔樁基本原理及特點(diǎn)

抗拔樁主要靠樁體與基礎(chǔ)各土層的摩擦力來(lái)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(shí)際工程中抗拔樁被大面積應(yīng)用于工業(yè)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(tái)抗拔、跨河流、溝道懸索橋和斜拉橋的錨樁基礎(chǔ)、大型船塢底板的樁基礎(chǔ)和靜荷載試樁中的錨樁基礎(chǔ)等。

建筑物位于地下水位較高的地區(qū)，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)總荷重不能抵抗地下水浮力的時(shí)候，構(gòu)造物結(jié)構(gòu)的整體或局部就會(huì)受到向上浮力的作用，如不做基礎(chǔ)處里就會(huì)造成建筑物的失穩(wěn)、傾斜、嚴(yán)重的話就會(huì)倒塌。

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

2計(jì)算實(shí)例

計(jì)算采用JGJ94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[1]。

2.1　樁型、截面尺寸及樁長(zhǎng)的確定

某工程應(yīng)用抗拔樁，設(shè)計(jì)樁徑長(zhǎng)800mm，樁體嵌入中風(fēng)化砂巖3m，承臺(tái)埋深2m。

2.1.1確定樁的豎向受壓承載力

具體計(jì)算詳見圖1。

圖1　樁的豎向受壓承載力計(jì)算簡(jiǎn)圖

計(jì)算公式為：

μ=πD=0.8π=2.5 m

(1)

Ap=πD2/4=0.5 m2

(2)

擴(kuò)大頭面積計(jì)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(shè)計(jì)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(kuò)大頭作用，將其視為固結(jié)于砂巖內(nèi)，按樁的強(qiáng)度設(shè)計(jì)抗拔。

2.1.3確定單樁水平承載力

計(jì)算過(guò)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(shù)及樁的平面布置

主要包括5個(gè)方面的內(nèi)容：

2.2.1樁的平面布置

樁中心距：2.5×1.8=2m,取2m

承臺(tái)尺寸：4.0m×4.0m，承臺(tái)埋深2m

2.2.2受壓最大時(shí)

Fk=2900 kN

Fy=-767 kN

Mxk=Fyh=1534 kN·m

2.2.3 偏心受壓驗(yàn)算

滿足要求。

2.2.4 抗拔驗(yàn)算

Fk=-2310 kNFy=530.4 kN

Mxk=Fyh=1060.8 kN·m

2.2.5水平承載力驗(yàn)算

單樁水平承載力：

H1=240 kN

γ0H1

2.3　樁配筋計(jì)算

主要包括3個(gè)方面的內(nèi)容：

2.3.1受壓

材料C25混凝土，HRB335級(jí)鋼筋 。

N=1 506 kN

N/ψc=1673kN<0.9φf(shuō)cA

所以，按構(gòu)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(yàn)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(shù)資料，包括有效樁長(zhǎng)、入巖深度、沉渣、貫入度、樁焊接、承載力。

3.1　試樁應(yīng)符合的規(guī)定

試樁時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)提供的樁型、樁長(zhǎng)及樁端持力層進(jìn)行試打樁時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定：

1)試樁的位置選擇應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件選擇具有代表性的地點(diǎn)。

2)試樁過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)樁頭進(jìn)入的不同土層逐一進(jìn)行測(cè)試。

3)當(dāng)樁頭經(jīng)過(guò)的持力層厚度較大時(shí)，宜在同一土層中進(jìn)行多次測(cè)試。

4)樁端持力層的確定應(yīng)根據(jù)試打樁承載力結(jié)果與貫入度關(guān)系，結(jié)合場(chǎng)地巖土工程勘察報(bào)告綜合判定。

5)采用試打樁判定樁的承載力時(shí)，應(yīng)符合規(guī)定，具體為：判定的承載力值應(yīng)小于或等于試打樁時(shí)測(cè)得的樁側(cè)和樁端靜土阻力值之和與樁在地基土中的時(shí)間效應(yīng)系數(shù)的乘積，并應(yīng)進(jìn)行復(fù)打校核。

3.2　試樁種類

試樁種類分3種：設(shè)計(jì)試樁、施工前試樁和施工結(jié)束后試樁。

3.2.1設(shè)計(jì)試樁

根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告提供的地基物理力學(xué)參數(shù)及實(shí)施工程的類似經(jīng)驗(yàn)，選定設(shè)計(jì)樁型及單樁豎向承載力特征值，設(shè)計(jì)試樁的目的就是進(jìn)一步確定所選樁型的施工實(shí)施的可能性，避免施工單位進(jìn)場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)該樁型不適合本場(chǎng)地施工或發(fā)現(xiàn)樁承載力遠(yuǎn)小于地質(zhì)報(bào)告提供的計(jì)算值。

如果再改樁型就會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更、拖延工期且增加費(fèi)用。設(shè)計(jì)試樁可根據(jù)單樁豎向靜荷載試驗(yàn)確定單樁豎向承載力特征值，由于地質(zhì)專業(yè)提供的承載力數(shù)據(jù)一般偏于保守，所以可根據(jù)靜載報(bào)告提高樁承載力，減少樁數(shù)。

3.2.2施工前試樁

施工單位中標(biāo)進(jìn)場(chǎng)后可根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況，項(xiàng)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(fèi)投資。

其中，根據(jù)規(guī)范要求必須做施工前試樁的情況有以下3種：

1)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)、乙級(jí)的樁基。

2)地質(zhì)條件復(fù)雜、樁施工質(zhì)量可靠性低。

3)本地區(qū)采用的新樁型或新工藝。

3.3　施工結(jié)束后試樁

根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告提供的地基物理力學(xué)參數(shù)及實(shí)施工程的類似經(jīng)驗(yàn)，選定樁型及單樁豎向承載力特征值，全面施工后隨機(jī)抽取一定樁數(shù)進(jìn)行動(dòng)測(cè)及靜載荷試驗(yàn)，驗(yàn)證樁身質(zhì)量即單樁豎向承載力特征值滿足設(shè)計(jì)要求，不滿足時(shí)要采取補(bǔ)強(qiáng)措施。

一般在經(jīng)驗(yàn)不足或重要工程要先設(shè)計(jì)試樁。所有工程在樁基施工完畢后都要進(jìn)行施工試樁，根據(jù)試樁報(bào)告進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定及驗(yàn)收。

4關(guān)于抗拔樁的試樁問題

單樁抗壓靜載試驗(yàn)按《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》[1](JGJ106—2003)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。試驗(yàn)加載方式為單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)宜采用慢速維持荷載法。需要時(shí)也可采用多循環(huán)加、卸載方法。慢速維持荷載法的加卸載分級(jí)、試驗(yàn)方法及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)同單樁豎向抗拔承載力檢測(cè)，并仔細(xì)觀察樁身混凝土開裂情況。

4.1　終止加載

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可終止加載：

1)在某級(jí)荷載作用下，樁頂上拔量大于前一級(jí)上拔荷載作用下的上拔量5倍。

2)按樁頂上拔量控制，當(dāng)累計(jì)樁頂上拔量超過(guò)100 mm時(shí)。

3)按鋼筋抗拉強(qiáng)度控制，樁頂上拔荷載達(dá)到鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.9倍。

4)對(duì)于驗(yàn)收抽樣檢測(cè)的工程樁，達(dá)到設(shè)計(jì)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(gè)方面的內(nèi)容：

4.2.1為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的試驗(yàn)樁(抗壓、抗拔)

1)當(dāng)進(jìn)行破壞性試驗(yàn)時(shí)，可加載至樁側(cè)土破壞或達(dá)到樁身材料強(qiáng)度。

2)當(dāng)試驗(yàn)樁試驗(yàn)完后還要作為工程樁使用時(shí)，還應(yīng)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(yīng)加載至2Ra。

2)抗拔工程樁，樁基檢測(cè)規(guī)范明確要求“按設(shè)計(jì)要求控制最大上拔荷載，但應(yīng)留有足夠的安全儲(chǔ)備”，之所以規(guī)范沒有規(guī)定要取抗拔承載力特征值t的2倍，是因?yàn)閷?shí)際工程中，抗拔樁主要由樁身強(qiáng)度和裂縫控制，所以工程樁抽樣檢測(cè)時(shí)，按1.35t設(shè)計(jì)是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

當(dāng)然，一定要按2t加載也行，但必須對(duì)工程樁按2t作為樁頂拉力設(shè)計(jì)值配置抗拔樁的縱向鋼筋并驗(yàn)算抗拔樁的裂縫。

3)抗壓樁常由樁側(cè)和樁端巖土的承載力控制，因此，試樁時(shí)要取2Ra，而對(duì)于由樁身強(qiáng)度控制的受壓樁，規(guī)范規(guī)定，工程樁抽樣檢測(cè)時(shí)“可按設(shè)計(jì)要求的加載量進(jìn)行”即不要求加載至2Ra。對(duì)抗拔樁的工程樁抽樣檢測(cè)也是如此。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94—2008[S].北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

[作者簡(jiǎn)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(hào)：TU473.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1007-7596(2015)08-0098-03