某工程地下车库抗拔桩偏位处理方案分析

戴志成 陆春华

本文针对某工程地下车库抗拔桩整体偏位问题，采用承台相应外扩，并在偏心方向设置附加暗梁的处理方案，补充分析了此方案在桩偏心后基础的承载力验算、冲切验算及抗弯验算，并采用有限元补充分析了柱墩受力，得出该处理方案技术可行，可为类似项目提供参考。

一、工程概况

本工程位于苏州高新区，为某一住宅地下车库。地下室总建筑面积为4.808万㎡，为单层地下室，层高3.6m，与主体结构连为一个整体。其典型柱网为5.1×8.1m。地库典型平面图见图1。

图1 建筑平面图

地下车库±0.000m相当于1985国家高程4.150m，室内外高差0.150m。顶板上覆土厚1.2m。其剖面见图2。

图2 建筑剖面图

二、基础设计

1.地质情况

根据本工程岩土工程勘察报告，地下车库浅层土层参数见下表1。

表1 土层地基承载力特征值

典型地质剖面如下图3：

图3 典型地质剖面图

2.基础设计

根据地勘资料，地库抗压以基底土层4-1号土黏土层和4-2号持力层为联合持力层，取fak= 160kPa。

抗浮采用预应力实心方桩抗拔，桩边长400mm，长10m，以5-2号粉砂为桩端持力层。根据前期试桩报告，本工程单桩抗拔承载力特征值Rua=360kN。

另外根据《建筑工程抗浮技术标准》及地勘报告，本工程洪水位取室外地坪以下0.5m，与地勘报告中本地最高洪水位2.63m之间的大值。

原设计时，根据洪水位下的柱底浮力大小，并考虑建筑工程抗浮稳定安全系数1.1，典型柱下布置均为一柱两桩，如图4所示，其中柱墩尺寸为2.4×2.4m，厚度750mm。

图4 原设计柱墩平面图

三、现场情况

由于后续放线原因，现桩场地库桩整体桩水平偏位1.1m（左偏），如下图5：

图5 原设计柱墩与柱偏位示意图

由上图5可知，偏位带来影响主要如下：

（1）桩形心和柱形心产生偏心，需复核现有偏心作用下，桩反力和基础承载力是否满足。

（2）柱墩冲切问题，现有柱墩能否满足柱冲切要求。

四、处理方案及分析

1.处理基本原则

针对此桩偏位且偏位后桩仍基本在柱墩范围内的情况，本工程考虑到经济性，计算分析时仅按柱墩偏心方向外扩，满足冲切及构造要求进行处理，并计算复核此方案可行性。相应柱墩外扩方案如图6和图7：

图6 桩偏位处理方案柱墩平面图

图7 桩偏位处理方案柱墩剖面示意图

2.分析计算结果

（1）抗压工况下承载力验算以及桩身验算。

考虑桩实际偏位情况，在抗压工况下，本工程底板反力在60～70kPa之间，如图8所示。可见，基底反力均小于地基承载力特征值160kPa，满足规范要求。

图8 基底反力图（kPa）

考虑到抗拔桩本身有一定刚度，为保证抗压工况下其桩身处于弹性状态，补充验算在桩偏位影响的竖向荷载作用下地库桩的抗压反力。根据土层参数并结合试桩报告得到的桩刚度，计算得出柱下桩反力如图9，此工况下，桩反力均没超桩身强度设计值。可见，在抗压工况下，桩身处于弹性状态，不会压坏。

图9 考虑桩刚度抗压桩身反力图

（2）抗浮工况下承载力验算。

①在抗浮工况下，桩偏位时，其桩抗拔反力如下图10，抗剪单桩抗拔反力均满足单桩抗拔承载力要求。

图10 抗浮工况下桩反力图（kN）

②在抗浮工况下，板底配筋计算结果如下，原设计中配筋满足要求：

图11 板底X向配筋计算包络值（cm2/m）

（3）柱墩抗冲切验算

考虑目前电算软件计算抗浮工况冲切有一定局限性，本工程对抗浮工况下柱墩冲切进行补充分析。如图12所示，柱冲切主要是在A、B两冲切面进行验算，即柱墩冲切面A和柱墩筏板变厚度冲切面B。

图12 抗浮工况下柱墩冲切示意图

由于抗浮工况下，抗拔桩受拉，故验算冲切时，其柱下总冲切力除柱下反力外，还需加上抗拔桩拉力。

经复核，考虑桩实际偏位情况下，上述两个冲切面A、B位置均满足抗冲切要求。

3.有限元补充分析。

为更准确反映抗浮工况下柱墩受力情况，本工程采用Ansys对柱墩及相关筏板范围补充有限元分析，网格如下图13所示。

图13 有限元网格图

分析时混凝土弹性模量取3.15×104N/mm2，泊松比按0.2， 边界条件和荷载取值均同YJK电算整体模型，其有限元分析结果如图14。

图14 有限元分析柱墩X向应力分析结果（N/m2）

由上图有限元分析结果可知，柱墩底部和跨中筏板的上部受拉，受拉最大位置在柱对应位置柱墩底部；柱墩边缘和柱位处柱墩面受压。通过截面范围节点应力积分计算，得出柱墩范围在柱右侧基底弯矩最大，其最大弯矩为503kN·m。对照相依位置YJK结算结果（图15），其基底最大弯矩为442kN·m。可见有限元分析与YJK结果总趋势是一致的，均为柱右侧基底弯矩最大，其中有限元分析结果相对大一点，设计中以有限元结果作为设计依据,取基底柱边弯矩M=510kPa。根据地基基础设计规范8.2.12条，可知此时基础配筋计算如下：为柱墩有效高度。考虑到柱墩宽2.4m，所以每延米

图15 YJK柱墩弯矩计算结果（kN·m/m）

4.处理方案

通过上述分析，此桩偏位处理方案可满足冲切及承载力要求。

另外，为加强桩偏位方向整体协调，本工程在偏心方向增设通长构造暗梁一道，其整体处理方案见图16。

图16 桩偏位处理方案结构平面图

五、结语

（1）针对本工程现场地库桩偏位1.1m的实际情况，在保证现地基承载力满足设计要求的前提下，本工程通过计算分析，得出此处理方案其抗弯、抗冲切均满足要求。

（2）本处理方案技术可行且经济性较好，可为类似工程处理提供参考。

（3）施工现场应加强管理，监理职能要发挥全周期作用，尽量避免工程质量事故。