馮 星

上海新華建筑設(shè)計有限公司

上海地下工程抗拔樁設(shè)計要點研究

馮 星

上海新華建筑設(shè)計有限公司

上海地區(qū)地下水位高，地下工程抗浮問題一般采用打抗拔樁來解決。常用的抗拔樁類型較多，如鉆孔灌注樁、預(yù)制鋼筋混凝土方樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、預(yù)應(yīng)力混凝空心方樁等。雖然不少預(yù)制樁的國家和地方圖集都出版發(fā)行，但圖集的重點在于承壓樁。而對以承受拉力的抗拔樁，圖集中有關(guān)參數(shù)和節(jié)點詳圖則需設(shè)計人員調(diào)整或重新設(shè)計。本文對抗拔樁的設(shè)計要點及各類樁型設(shè)計關(guān)鍵詳細(xì)闡述，歸納整理，便于工程應(yīng)用。

地下工程 抗拔樁

1 前 言

上海地區(qū)地下水位高，地下工程抗浮問題一般采用打抗拔樁來解決。常用的抗拔樁類型較多，如：鉆孔灌注樁、預(yù)制鋼筋混凝土方樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、預(yù)應(yīng)力混凝空心方樁等。相應(yīng)的國家和上海標(biāo)準(zhǔn)圖集也有不少，詳見表1。

表1 抗拔樁常用圖集

這些圖集的重點在于承壓樁，對于抗拔樁則需要設(shè)計人員根據(jù)具體工程情況調(diào)整，特別是一些節(jié)點更需要仔細(xì)核算或重新設(shè)計。

本文對抗拔樁的設(shè)計要點詳細(xì)分析，對各類樁型設(shè)計關(guān)鍵詳細(xì)闡述，歸納整理，便于廣大設(shè)計人員在工程設(shè)計中合理正確應(yīng)用。

2 抗拔樁設(shè)計要點

上海地區(qū)抗拔樁設(shè)計一般過程為：

（1）確定單樁豎向抗拔承載力設(shè)計值。（2）單樁樁身強度、節(jié)點強度計算。（3）單樁樁身抗裂計算。

2.1 單樁豎向抗拔承載力計算

單樁豎向承載力設(shè)計值應(yīng)分別根據(jù)地基土對樁的支撐能力和樁身結(jié)構(gòu)強度進(jìn)行計算，取其小值。上海地區(qū)抗拔樁承載力設(shè)計值一般根據(jù)土側(cè)摩阻力確定，依據(jù)上海《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》DGJ08-11-1999，豎向抗拔承載力設(shè)計值宜通過現(xiàn)場豎向抗拔靜載荷試驗按下式確定：

式中：Rd’為單樁豎向抗拔承載力設(shè)計值(kPa)，Rk為單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值，γR為單樁豎向抗拔承載力分項系數(shù)，取γR=1.6。若沒有進(jìn)行試驗時，可按如下公式進(jìn)行計算：

式中：Up為樁截面周長(m)；γs為樁的抗拔承載力分項系數(shù)，一般取1.6；fsi為樁周第i層土極限摩擦阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kpa)；l i為樁周第i層土的厚度；λi為第i層土的抗拔承載力系數(shù)；Gp為單樁自重設(shè)計值。

2.2 樁身及節(jié)點強度計算

在承載能力極限狀態(tài)下，每根樁受到的豎向上拔力設(shè)計值N均應(yīng)滿足如下：

同時樁內(nèi)主筋受到的拉力應(yīng)小于縱筋強度設(shè)計值。

樁身節(jié)點包括：（1）樁頂與基礎(chǔ)或承臺連接節(jié)點。受拉鋼筋錨入承臺鋼筋長度應(yīng)滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002規(guī)定的受拉鋼筋錨固長度，普通鋼筋錨固長度不小于40d，預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固長度不小于50d。（2）接樁連接節(jié)點。

2.3 樁身裂縫計算

上海地區(qū)地下工程樁處的環(huán)境類別一般為二a類，鋼筋混凝土樁裂縫控制等級為三級，預(yù)應(yīng)力混凝土樁裂縫控制等級為二級。在正常使用極限狀態(tài)下，樁的裂縫控制驗算按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002要求計算。

3 各類抗拔樁設(shè)計關(guān)鍵

3.1 鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁當(dāng)承受上拔力時，應(yīng)通長配筋，主筋A(yù)s應(yīng)滿足如下公式：

式中：fy縱筋強度設(shè)計值(N/mm2)，當(dāng)fy大于300N/mm2，仍應(yīng)按300 N/mm2取用。

3.2 預(yù)制鋼筋混凝土方樁

采用《預(yù)制鋼筋混凝土方樁》04G361，樁分段接樁時應(yīng)采用焊接接頭。該圖集附錄3給出了“按抗裂控制的樁身抗拉力”表格。其是依據(jù)圖集中各組單節(jié)樁的最小配筋結(jié)果計算所得，且焊接的接頭強度均滿足要求，設(shè)計人員可以參考。但是在實際工程設(shè)計中，為達(dá)到充分利用樁側(cè)摩阻力，提高樁的抗拉承載力，往往經(jīng)常改大樁身縱筋。但這樣接頭部位抗拉強度就超出了圖集要求，樁身節(jié)點構(gòu)造（主要是接樁連接節(jié)點）需要驗算或重新設(shè)計，而這點設(shè)計人員往往容易忽略。

采用《預(yù)制鋼筋混凝土小截面方樁》DBJT08-106-2006，樁分段接樁時采用焊接接頭。該圖集附錄2給出了“按抗裂控制的樁身抗拉承載力”表格，若設(shè)計抗拔力大于本表所列數(shù)值，則應(yīng)根據(jù)設(shè)計抗拔力重新設(shè)計預(yù)制小截面方樁配筋及接頭形式。

3.3 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁

采用《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》03SG409及 《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》DBJ08-92-2000時，樁頂節(jié)點和接樁節(jié)點是抗拔樁設(shè)計要點。

3.3.1 樁頂節(jié)點設(shè)計要點

樁頂節(jié)點分為截樁樁頂和不截樁樁頂。

3.3.1.1 截樁樁頂

基礎(chǔ)與抗拔樁間的拉力傳遞分兩個途徑。一是通過預(yù)應(yīng)力鋼棒將基礎(chǔ)受到的上浮力傳遞到管樁。二是通過填芯混凝土，靠填芯混凝土與管樁內(nèi)壁間的粘結(jié)強度將基礎(chǔ)受到的上浮力傳遞到管樁。由于后者粘結(jié)強度是由接觸面上的膠合力、摩擦力和機械咬合力組成，變化因素較多，定量分析和可靠性較差，建議設(shè)計中作為安全儲備考慮。這樣就要求前者預(yù)應(yīng)力鋼棒與基礎(chǔ)錨固牢固，保證拉力可靠傳遞。

圖1 截樁樁頂節(jié)點詳圖

3.3.1.2 不截樁樁頂

圖2 不截樁樁頂節(jié)點詳圖

3.4 預(yù)應(yīng)力混凝空心方樁

《預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁》08SG360給出的表格中有根據(jù)樁身結(jié)構(gòu)強度確定的豎向抗拉承載力設(shè)計值和根據(jù)樁身抗裂控制確定的豎向抗拉承載力標(biāo)準(zhǔn)值。樁頂節(jié)點和接樁節(jié)點同樣需要重點設(shè)計，作法可參考管樁節(jié)點。

《HKFZ/KFZ先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁》2009滬G/T-502表格中也有根據(jù)樁身結(jié)構(gòu)強度確定的豎向抗拉承載力設(shè)計值和根據(jù)樁身抗裂控制確定的豎向抗拉承載力標(biāo)準(zhǔn)值。圖集中有抗拔樁樁頂與基礎(chǔ)連接詳圖，抗拔樁接樁接頭連接詳圖，設(shè)計人員可參考采用，驗算要求同管樁節(jié)點。

節(jié)點拉力傳遞同截樁樁，也不考慮填芯混凝土傳遞拉力作用。基礎(chǔ)通過3號鋼筋、扁鐵、管樁端板、預(yù)應(yīng)力筋將拉力傳遞到抗拔樁，所以需要驗算：

（1）3號鋼筋強度和錨固長度；

（2）3號鋼筋與扁鐵連接焊縫強度；

（3）扁鐵強度；

（4）扁鐵與管樁端板焊縫強度；

（5）管樁端板與預(yù)應(yīng)力筋連接處端板孔口抗剪強度和預(yù)應(yīng)力筋墩頭抗拉強度驗算，可參考文[8]。

3.3.2 接樁節(jié)點設(shè)計要點

上、下節(jié)樁拼接成整樁時，接頭方式有端板焊接連接和機械快速接頭連接。抗拔樁宜優(yōu)采用機械快速接頭連接。當(dāng)采用端板焊接連接時，應(yīng)驗算焊縫強度，并且對焊接施工提出嚴(yán)格要求，保證焊接質(zhì)量，必要時可增加端板厚度或增加端板錨筋。

4 結(jié) 語

在抗拔樁設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)工程具體情況采用不同的樁型。采用標(biāo)準(zhǔn)圖集時，應(yīng)注意樁受拉力的特點，驗算樁身強度、抗裂、樁頂節(jié)點和接樁節(jié)點，滿足樁承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的設(shè)計要求，確保樁可靠傳遞拉力，保證工程質(zhì)量。

[1] 預(yù)制鋼筋混凝土方樁.04G361

[2] 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁.03SG409

[3] 預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁.08SG360

[4] 預(yù)制鋼筋混凝土小截面方樁.DBJT08-106-2006

[5] 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁.DBJT08-92-2000

[6] 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管空心方樁.G/T-502 HKFZ/ KFZ

[7] 地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范.DGJ08-11-1999

[8] 陳岱杰，樊向陽，徐楓. 上海地區(qū)PHC管樁作抗拔樁的探討. 建筑結(jié)構(gòu)，2008，38（4）：8-10

[9] 朱陸明，沈永根. 預(yù)應(yīng)力管樁在抗拔樁中的應(yīng)用實錄. 地基基礎(chǔ)工程，2005，8（8）：46-48

[10] 朱炳寅. 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的受力分析及應(yīng)用建議. 建筑結(jié)構(gòu)—技術(shù)通訊，2009，9