沈阳地区深基坑开挖条件下抗拔桩承载力检测分析★

李洪嘉 王朝祥 张 超

(1.辽宁有色基础工程公司，辽宁 沈阳 110000； 2.辽宁省有色地质局勘察研究院，辽宁 沈阳 110013)

·岩土工程·地基基础·

沈阳地区深基坑开挖条件下抗拔桩承载力检测分析★

李洪嘉1，2王朝祥1，2张 超1，2

(1.辽宁有色基础工程公司，辽宁 沈阳 110000； 2.辽宁省有色地质局勘察研究院，辽宁 沈阳 110013)

以沈阳某商业楼为例，根据试验桩的实际检测结果，对地面、坑底抗拔桩的极限承载力特点进行了分析，指出单桩极限承载力的消弱可达19.2%，为今后沈阳地区埋头桩的设计提供了参考依据。

深基坑，抗拔桩，极限承载力

0 引言

近年来，随着城市的快速发展，城市人口的增长和人类活动的增加，大型、超大型建筑越来越多，有限的地面空间已经难以满足人们的需求，这就要求人们更加迫切的开发利用地下空间，比如地铁、地下商场、高层建筑的地下室等。受到地下水的影响，其地下构筑物受到的上浮力是巨大的，为了平衡这种上浮力，必须进行有效的措施，而抗浮力的抗拔桩就应运而生。

现在国内比较通行的做法是先进行基坑开挖，后进行抗拔桩施工。而抗拔桩在基坑开挖之前就进行施工，也就是所谓的“埋头桩”，在国内比较少见，成功的例子也比较鲜见[1]。虽然只是施工顺序的改变，但是在工期进度方面，效率的提高是很明显的。这在城市建筑施工中，所产生的效益是不可估量的。

目前，国内对于抗拔桩的理论研究比较少，一般而言，抗拔桩的承载力设计都是根据抗压桩的理论及经验，乘以一个折减系数。对于设计人员而言，为了保证建筑物的安全，往往会比较偏于安全的保守设计[2]。而埋头桩的理论研究就更加少了，鲜有报道。尤其是开挖卸荷的过程当中，其桩周土体围压减小，土体自然回弹对桩基产生正摩阻力，会一定程度上削弱其承载力，其影响程度会有多大，是我们需要研究的。本文以基坑设计深度16 m的沈阳某商业楼为例，通过对试验桩的实际检测结果进行分析，初步回答了这个问题，为今后在沈阳地区埋头桩的设计提供了参考。

1 抗拔试验桩的设计

沈阳某商业楼，基坑设计开挖深度为16 m，抗拔桩采用等截面钻孔灌注桩(压灌桩)，桩直径为400 mm。桩身钢筋采用14Φ22，桩身混凝土强度采用C30，抗拔承载力特征值为480 kN，桩长为10 m。

抗拔桩试验桩共设置9根，其中有6根埋头桩，3根工程桩。场地内均匀分布，间距不小于20 m，桩有效长度均为10 m，上部埋头长度为16 m，钢筋露出地表1 m，以备静载试验需要。桩基的工艺流程、钢筋配比、混凝土型号完全相同，可视为同性状体。

试验桩编号为SY1，SY2，SY3，SY4，SY5，SY6，工程桩编号为GC1，GC2，GC3。试验桩SY1，SY2和SY3，需要在地面上进行静载试验。试验桩的桩顶位于地面下约16 m处。如果在常规的开挖情况下，根据规范规定，计算出开挖段的侧摩阻力，然后将其从地面检测桩的承载力值内扣除，即可算出该桩的有效桩长范围内的承载力。然而，对于埋深较大的桩，这种算法显然是不合理的，还有可能带进来很大的误差，造成工程事故。那么，如何能够扣除桩顶以上深埋段的土体侧摩阻力，是首先要解决的问题。本次试验中，借鉴与上海某工程试验桩的做法，采用“双钢套管法”[3]，使桩顶部以上部分，实现桩土分离，这就完全消除了桩与桩顶上部分土体的接触，可以较为准确的测试出试验桩的单桩承载力。

试验桩SY4，SY5和SY6，是等待基坑完全开挖至坑底时，土体回弹力完全消散之后再进行静载荷试验。

工程桩GC1，GC2和GC3，是等待基坑完全开挖至坑底时，土体回弹完全消散后，打设的抗拔桩。

2 试验桩的检测结果与分析

1)抗拔桩的规格和特性见表1。

表1 抗拔桩的规格和特性

2)静载荷试验方法。

抗拔桩静载试验采用慢速维荷载法，利用加固后的天然地基做反力，利用RS-JYB型桩基静载荷测试分析仪，通过200 t电动油压千斤顶加压，荷载通过100 MPa压力表量测，用两块大行程百分表监测桩顶上拔位移量。加载量每级50 kN，静载荷试验加载至试验桩达到破坏为止。

3)试验结果与分析。

各试验桩的检测结果见表2，表2的数据结果表明：

a.同等条件下，在地面上测试的桩的极限承载力最大，为1 300 kN，大于预估单桩抗拔极限承载力[4]，这是由于桩顶上部荷载起到压实的作用，使得其桩身的侧摩阻力增大。基坑大面积开挖卸荷至坑底，使得桩身周围土体压力降低，必然会降低桩的承载力，根据测试结果，此时的极限承载力值为1 050 kN，小于地面试桩的极限承载力值，而且也小于预估单桩抗拔极限承载力值，影响程度达到19.2%，可见，基坑开挖条件对于抗拔桩承载力的消弱是不可忽视的。而在坑底后打设的试验桩检测结果表明，极限承载力值为1 100 kN，满足设计要求，由于不受基坑开挖的影响，其承载力反映抗拔桩的真实抗拔能力。

表2 试验桩检测结果汇总表

b.由于本工程的抗拔桩设计方案是先开挖后施工，检测结果也表明抗拔桩承载力达到设计要求，为1 100 kN。但同时不可忽视的是，受到基坑开挖的影响，本来应该达到设计要求的抗拔桩，也出现了问题。这就说明，如果以后要设计埋头桩，就不能简单的按照基坑开挖之后的抗拔桩施工方案进行设计，而是要留出一定的安全储备系数。

3 结语

1)在试验桩检测过程当中，为了克服埋头桩顶土体的侧摩阻力影响，首次在沈阳地区采用了“双钢套管法”，实现了对抗拔桩上部侧摩阻力的扣除，增加了实验的可靠性。

2)埋头桩在原始地表测试，极限承载力值要大于基坑开挖之后的值。这是由于基坑开挖的过程中，土体的回弹隆起消弱了抗拔桩的承载能力。而基坑开挖之后打设的试验桩的极限承载力介于两者之间，也证实了深层地下基坑开挖对抗拔桩产生了较大的影响。排除外界因素及施工的复杂性，根据试验结果，对于等截面桩，由于土体回弹隆起而对抗拔桩的消弱能力可达19.2%，因此，设计人员就能够在保证工程安全的前提下，尽可能的减少抗拔桩的数量，达到经济性、合理性。

3)由于本次只对单桩进行试验，并未考虑桩与桩之间的影响，因而，本次结论也具有一定的局限性。应该采用适当的方法，考虑群桩的情况下，研究其承载力的影响程度。数值模拟方法是经济有效的方法，但是考虑到实际地层、施工的复杂性，完全依靠理论性的数值模拟，往往会存在不可预见的误差或错误。最佳的方法还是数值模拟试验结合实际检测结果进行综合研究，通常使用有限元法进行分析。

[1] 朱火根,孙加平.上海地区深基坑开挖坑底土体回弹对工程桩的影响[J].岩土工程界，2006,8(3):43- 46.

[2] 原俊杰.深基坑支护结构施工中的安全度和变形控制[J].山西建筑，2013,39(5):51-53.

[3] 王卫东,翁其平,吴江斌.上海世博500 kV地下变电站超深抗拔桩的设计与分析[J].建筑结构，2007,37(5)：107-110.

[4] 徐 和,刘云云.桩的抗拔承载力预估[J].同济大学学报，1994，22(3):385-389.

Testing analysis on uplift pile bearing capacity under deep foundation conditions in Shenyang region★

Li Hongjia1,2Wang Chaoxiang1,2Zhang Chao1,2

(1.LiaoningNonferrousFoundationEngineeringCompany,Shenyang110000,China； 2.LiaoningAcademyofNonferrousGeologyBureauSurvey,Shenyang110013,China)

Taking the commercial building in Shenyang as an example, according to actual testing pile detection results, the paper analyzes ultimate bearing capacity features of ground surface and bottom foundation uplift pile, and points out that: the ultimate bearing capacity of single pile can be reduced by 19.2%, which has provided some guidance for embedded pile design in Shenyang region.

deep foundation, uplift pile, ultimate bearing capacity

1009-6825(2015)07- 0041- 03

2014-12-26 ★：沈阳市科技计划项目(项目编号：F13-165-9- 00)

李洪嘉(1980- )，男，工程师

TU473.11

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