建筑物抗拔桩力学计算的实例分析

田 微

(西安建筑科技大学建筑设计研究院，陕西西安 710055)

0 引言

近年来，在高速发展的城市建设大环境下，建筑物的地下空间开发利用也得到了迅猛的发展，地下建筑设计过程中结构的抗浮设计工作显得比较重要。一般情况下，地下结构在完成抗浮设计的时候需要考虑较多的因素［1］，本论文将就地下结构抗浮方案中抗拔桩的力学计算进行实例分析工作。

1 抗拔桩设计要点

结构工程中抗浮措施比较常见的有:临时性的抵抗地下水的上浮力，主要是施工期间的抗浮，采用的措施有隔水、降水和排水等方法;永久性的抵抗地下水的上浮力，抗拔桩和锚杆(索)的下拉方法使用得比较普遍，抗浮设计中抗拔桩是最常用的方法之一，下文着重介绍一下抗拔桩的设计过程。

1.1 承载力设计值的确定

根据 DGJ 08-11-2010地基基础设计规范［2］中的 7.2.9条给出了单桩竖向抗拔承载力设计值的计算式:

式(1)实质上反映的是地基土体对抗拔桩的摩阻力，从力学机理上讲，公式反映的是土体工程特性;其值的确定是抗拔承载力计算的第一步，抗拔桩的承载力的确定并不代表其桩身设计的混凝土、纵向受力钢筋就可以不受控制。

JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范［3］5.4.5 与 5.4.6 条给出了类似的单桩竖向抗拔承载力计算公式。

1.2 桩体纵向受力钢筋的确定

根据GB 50010-2010混凝土结构设计规范［4］中的6.2.22条，桩身设计轴向拉力设计值表达式如下:

JGJ 94-2008建筑桩基技术规范中的5.8.7条给出了类似的公式。

如若不考虑预应力筋时，则:

当桩的轴向拉力设计值按地基土体对抗拔桩的摩阻力考虑时:

即抗拔桩的配筋设计可以由Rtd确定。

1.3 桩体裂缝宽度的确定

GB 50007-2011建筑地基基础设计规范［5］中的 8.5.9条指出“当桩基承受拔力时，应对桩基进行抗拔验算”。其中的第8.5.12条明确“非腐蚀环境中的抗拔桩应根据环境类别控制裂缝宽度满足设计要求，预应力混凝土管桩应按桩身裂缝控制等级为二级的要求，进行桩身混凝土的抗裂验算”。

与此同时，应当根据《混凝土结构设计规范》中的第3.4.4和3.4.5条规定的构件裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值，对抗拔桩体混凝土做裂缝验算。验算按《混凝土结构设计规范》中的7.1.2 条进行。

其中，σs为按荷载准永久组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋应力，其值按式(3b)计算:

其中，Nq为按荷载准永久组合计算的轴向力值。

《建筑桩基技术规范》中的5.8.8条明确，ωmax为按荷载效应标准组合计算的最大裂缝宽度，因此在用式(3a)中将σs(荷载效应准永久组合的等效应力)更改为σsk(荷载效应标准组合的等效应力)。

依据现行的规范规程的要求，对抗拔桩的设计计算要点作了细致介绍，并列出了主要计算公式。

1.4 抗拔桩设计算例

从上述可知，抗拔桩的核心问题是桩体的纵向配筋和裂缝的控制。这里以某实际工程的桩基设计为基础，来进行抗拔桩的配筋设计和裂缝控制的推演。该建筑地下3层，最大埋深超过15 m，地上裙房3层，主楼30层。裙房和主楼之间不设结构缝，地下室的范围与主楼相比，地下室范围较大。

该建筑物基础全部采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，其中裙房下采用D600桩，长20 m。裙房的荷重不大，其基础下的桩基本上全处于抗拔的受力状态，需要按照抗拔桩进行设计。

按照式(1)计算地基土体对抗拔桩的摩阻力，得到抗拔桩的单桩抗拔承载力特征值为Rta=650 kN，设计值Rtd=812 kN，极限值Rtk=1 300 kN。

进而计算抗拔桩的纵向受力钢筋，配筋预估为18D18(HRB335)，根据式(2c)可得:

再由抗拔桩单桩抗拔承载力特征值Rta=650 kN，按照式(3a)计算裂缝宽度。

取:deq=18 mm，混凝土为 C35，αcr=2.7，c=50 mm，Es=2 ×105N/mm2。

则有:

将上述数值代入式(3a)，可得:

ωmax=2.7 × 0.47 × (1.9 × 50+0.08 × 18/0.016)×141.9/200 000=0.17 mm ＜［0.2 mm］。

桩体的裂缝宽度计算结果满足规范的设计要求限值。因此该建筑裙房基础的抗拔桩D600的配筋取18D18(HRB335)是比较合理的。

2 结语

论文基于现行的设计规范规程的要求，提供了抗拔桩的设计计算要点，明确了抗拔桩设计的核心问题是桩体的纵向受力钢筋和裂缝宽的计算。

［1］黄茂松，任 青，王卫东，等.深层开挖条件下抗拔桩极限承载力分析［J］.岩土工程学报，2007，29(11):1689-1695.

［2］DGJ 08-11-2010，地基基础设计规范［S］.

［3］JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范［S］.

［4］GB 50010-2010，混凝土结构设计规范［S］.

［5］GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范［S］.