建筑物抗拔樁力學(xué)計(jì)算的實(shí)例分析

田 微

(西安建筑科技大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，陜西西安 710055)

0 引言

近年來，在高速發(fā)展的城市建設(shè)大環(huán)境下，建筑物的地下空間開發(fā)利用也得到了迅猛的發(fā)展，地下建筑設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)的抗浮設(shè)計(jì)工作顯得比較重要。一般情況下，地下結(jié)構(gòu)在完成抗浮設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮較多的因素［1］，本論文將就地下結(jié)構(gòu)抗浮方案中抗拔樁的力學(xué)計(jì)算進(jìn)行實(shí)例分析工作。

1 抗拔樁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

結(jié)構(gòu)工程中抗浮措施比較常見的有:臨時(shí)性的抵抗地下水的上浮力，主要是施工期間的抗浮，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，抗拔樁和錨桿(索)的下拉方法使用得比較普遍，抗浮設(shè)計(jì)中抗拔樁是最常用的方法之一，下文著重介紹一下抗拔樁的設(shè)計(jì)過程。

1.1 承載力設(shè)計(jì)值的確定

根據(jù) DGJ 08-11-2010地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［2］中的 7.2.9條給出了單樁豎向抗拔承載力設(shè)計(jì)值的計(jì)算式:

式(1)實(shí)質(zhì)上反映的是地基土體對(duì)抗拔樁的摩阻力，從力學(xué)機(jī)理上講，公式反映的是土體工程特性;其值的確定是抗拔承載力計(jì)算的第一步，抗拔樁的承載力的確定并不代表其樁身設(shè)計(jì)的混凝土、縱向受力鋼筋就可以不受控制。

JGJ 94-2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范［3］5.4.5 與 5.4.6 條給出了類似的單樁豎向抗拔承載力計(jì)算公式。

1.2 樁體縱向受力鋼筋的確定

根據(jù)GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［4］中的6.2.22條，樁身設(shè)計(jì)軸向拉力設(shè)計(jì)值表達(dá)式如下:

JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范中的5.8.7條給出了類似的公式。

如若不考慮預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，則:

當(dāng)樁的軸向拉力設(shè)計(jì)值按地基土體對(duì)抗拔樁的摩阻力考慮時(shí):

即抗拔樁的配筋設(shè)計(jì)可以由Rtd確定。

1.3 樁體裂縫寬度的確定

GB 50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［5］中的 8.5.9條指出“當(dāng)樁基承受拔力時(shí)，應(yīng)對(duì)樁基進(jìn)行抗拔驗(yàn)算”。其中的第8.5.12條明確“非腐蝕環(huán)境中的抗拔樁應(yīng)根據(jù)環(huán)境類別控制裂縫寬度滿足設(shè)計(jì)要求，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁應(yīng)按樁身裂縫控制等級(jí)為二級(jí)的要求，進(jìn)行樁身混凝土的抗裂驗(yàn)算”。

與此同時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的第3.4.4和3.4.5條規(guī)定的構(gòu)件裂縫控制等級(jí)及最大裂縫寬度限值，對(duì)抗拔樁體混凝土做裂縫驗(yàn)算。驗(yàn)算按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的7.1.2 條進(jìn)行。

其中，σs為按荷載準(zhǔn)永久組合計(jì)算的鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋應(yīng)力，其值按式(3b)計(jì)算:

其中，Nq為按荷載準(zhǔn)永久組合計(jì)算的軸向力值。

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中的5.8.8條明確，ωmax為按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的最大裂縫寬度，因此在用式(3a)中將σs(荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合的等效應(yīng)力)更改為σsk(荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合的等效應(yīng)力)。

依據(jù)現(xiàn)行的規(guī)范規(guī)程的要求，對(duì)抗拔樁的設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)作了細(xì)致介紹，并列出了主要計(jì)算公式。

1.4 抗拔樁設(shè)計(jì)算例

從上述可知，抗拔樁的核心問題是樁體的縱向配筋和裂縫的控制。這里以某實(shí)際工程的樁基設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，來進(jìn)行抗拔樁的配筋設(shè)計(jì)和裂縫控制的推演。該建筑地下3層，最大埋深超過15 m，地上裙房3層，主樓30層。裙房和主樓之間不設(shè)結(jié)構(gòu)縫，地下室的范圍與主樓相比，地下室范圍較大。

該建筑物基礎(chǔ)全部采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，其中裙房下采用D600樁，長(zhǎng)20 m。裙房的荷重不大，其基礎(chǔ)下的樁基本上全處于抗拔的受力狀態(tài)，需要按照抗拔樁進(jìn)行設(shè)計(jì)。

按照式(1)計(jì)算地基土體對(duì)抗拔樁的摩阻力，得到抗拔樁的單樁抗拔承載力特征值為Rta=650 kN，設(shè)計(jì)值Rtd=812 kN，極限值Rtk=1 300 kN。

進(jìn)而計(jì)算抗拔樁的縱向受力鋼筋，配筋預(yù)估為18D18(HRB335)，根據(jù)式(2c)可得:

再由抗拔樁單樁抗拔承載力特征值Rta=650 kN，按照式(3a)計(jì)算裂縫寬度。

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

則有:

將上述數(shù)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］。

樁體的裂縫寬度計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范的設(shè)計(jì)要求限值。因此該建筑裙房基礎(chǔ)的抗拔樁D600的配筋取18D18(HRB335)是比較合理的。

2 結(jié)語

論文基于現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)程的要求，提供了抗拔樁的設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)，明確了抗拔樁設(shè)計(jì)的核心問題是樁體的縱向受力鋼筋和裂縫寬的計(jì)算。

［1］黃茂松，任 青，王衛(wèi)東，等.深層開挖條件下抗拔樁極限承載力分析［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2007，29(11):1689-1695.

［2］DGJ 08-11-2010，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.