上海地下工程抗拔桩设计要点研究

2010-09-08冯星

生命与灾害 2010年1期

关键词：方桩抗拔单桩

冯星

上海新华建筑设计有限公司

上海地下工程抗拔桩设计要点研究

冯星

上海新华建筑设计有限公司

上海地区地下水位高，地下工程抗浮问题一般采用打抗拔桩来解决。常用的抗拔桩类型较多，如钻孔灌注桩、预制钢筋混凝土方桩、预应力混凝土管桩、预应力混凝空心方桩等。虽然不少预制桩的国家和地方图集都出版发行，但图集的重点在于承压桩。而对以承受拉力的抗拔桩，图集中有关参数和节点详图则需设计人员调整或重新设计。本文对抗拔桩的设计要点及各类桩型设计关键详细阐述，归纳整理，便于工程应用。

地下工程抗拔桩

1 前言

上海地区地下水位高，地下工程抗浮问题一般采用打抗拔桩来解决。常用的抗拔桩类型较多，如：钻孔灌注桩、预制钢筋混凝土方桩、预应力混凝土管桩、预应力混凝空心方桩等。相应的国家和上海标准图集也有不少，详见表1。

表1 抗拔桩常用图集

这些图集的重点在于承压桩，对于抗拔桩则需要设计人员根据具体工程情况调整，特别是一些节点更需要仔细核算或重新设计。

本文对抗拔桩的设计要点详细分析，对各类桩型设计关键详细阐述，归纳整理，便于广大设计人员在工程设计中合理正确应用。

2 抗拔桩设计要点

上海地区抗拔桩设计一般过程为：

（1）确定单桩竖向抗拔承载力设计值。（2）单桩桩身强度、节点强度计算。（3）单桩桩身抗裂计算。

2.1 单桩竖向抗拔承载力计算

单桩竖向承载力设计值应分别根据地基土对桩的支撑能力和桩身结构强度进行计算，取其小值。上海地区抗拔桩承载力设计值一般根据土侧摩阻力确定，依据上海《地基基础设计规范》DGJ08-11-1999，竖向抗拔承载力设计值宜通过现场竖向抗拔静载荷试验按下式确定：

式中：Rd’为单桩竖向抗拔承载力设计值(kPa)，Rk为单桩竖向承载力标准值，γR为单桩竖向抗拔承载力分项系数，取γR=1.6。若没有进行试验时，可按如下公式进行计算：

式中：Up为桩截面周长(m)；γs为桩的抗拔承载力分项系数，一般取1.6；fsi为桩周第i层土极限摩擦阻力标准值(kpa)；l i为桩周第i层土的厚度；λi为第i层土的抗拔承载力系数；Gp为单桩自重设计值。

2.2 桩身及节点强度计算

在承载能力极限状态下，每根桩受到的竖向上拔力设计值N均应满足如下：

同时桩内主筋受到的拉力应小于纵筋强度设计值。

桩身节点包括：（1）桩顶与基础或承台连接节点。受拉钢筋锚入承台钢筋长度应满足《混凝土结构设计规范》GB50010-2002规定的受拉钢筋锚固长度，普通钢筋锚固长度不小于40d，预应力钢筋锚固长度不小于50d。（2）接桩连接节点。

2.3 桩身裂缝计算

上海地区地下工程桩处的环境类别一般为二a类，钢筋混凝土桩裂缝控制等级为三级，预应力混凝土桩裂缝控制等级为二级。在正常使用极限状态下，桩的裂缝控制验算按《混凝土结构设计规范》GB50010-2002要求计算。

3 各类抗拔桩设计关键

3.1 钻孔灌注桩

钻孔灌注桩当承受上拔力时，应通长配筋，主筋As应满足如下公式：

式中：fy纵筋强度设计值(N/mm2)，当fy大于300N/mm2，仍应按300 N/mm2取用。

3.2 预制钢筋混凝土方桩

采用《预制钢筋混凝土方桩》04G361，桩分段接桩时应采用焊接接头。该图集附录3给出了“按抗裂控制的桩身抗拉力”表格。其是依据图集中各组单节桩的最小配筋结果计算所得，且焊接的接头强度均满足要求，设计人员可以参考。但是在实际工程设计中，为达到充分利用桩侧摩阻力，提高桩的抗拉承载力，往往经常改大桩身纵筋。但这样接头部位抗拉强度就超出了图集要求，桩身节点构造（主要是接桩连接节点）需要验算或重新设计，而这点设计人员往往容易忽略。

采用《预制钢筋混凝土小截面方桩》DBJT08-106-2006，桩分段接桩时采用焊接接头。该图集附录2给出了“按抗裂控制的桩身抗拉承载力”表格，若设计抗拔力大于本表所列数值，则应根据设计抗拔力重新设计预制小截面方桩配筋及接头形式。

3.3 预应力混凝土管桩

采用《预应力混凝土管桩》03SG409及《先张法预应力混凝土管桩》DBJ08-92-2000时，桩顶节点和接桩节点是抗拔桩设计要点。

3.3.1 桩顶节点设计要点

桩顶节点分为截桩桩顶和不截桩桩顶。

3.3.1.1 截桩桩顶

基础与抗拔桩间的拉力传递分两个途径。一是通过预应力钢棒将基础受到的上浮力传递到管桩。二是通过填芯混凝土，靠填芯混凝土与管桩内壁间的粘结强度将基础受到的上浮力传递到管桩。由于后者粘结强度是由接触面上的胶合力、摩擦力和机械咬合力组成，变化因素较多，定量分析和可靠性较差，建议设计中作为安全储备考虑。这样就要求前者预应力钢棒与基础锚固牢固，保证拉力可靠传递。