淺談抗壓樁和抗拔樁的設(shè)計(jì)

劉嘉慧， 周 波

(中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司， 湖北武漢 430014)

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淺談抗壓樁和抗拔樁的設(shè)計(jì)

劉嘉慧， 周 波

(中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司， 湖北武漢 430014)

依據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，按照抗壓樁和抗拔樁的分類，從靜載試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)量、靜載試驗(yàn)加載量、樁身配筋設(shè)計(jì)及裂縫控制等方面，闡明了試樁和工程樁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，辨別了抗壓試樁、抗拔試樁、抗壓工程樁及抗拔工程樁的設(shè)計(jì)異同點(diǎn)，從而方便樁基設(shè)計(jì)工作的開展和進(jìn)行。

試樁； 工程樁； 靜載試驗(yàn)； 裂縫控制

按照樁頂作用效應(yīng)的不同，基樁或復(fù)合基樁可分為抗壓樁、抗拔樁及抗水平作用樁。建筑樁基的抗拔問題主要出現(xiàn)于兩種情況，一種是建筑物在風(fēng)荷載、地震作用下的局部非永久上拔力；另一種是抗浮設(shè)計(jì)所需的抗浮樁。建筑樁基一般設(shè)計(jì)為抗壓樁，為抵抗水浮力而設(shè)置的抗拔樁通常也兼做抗壓樁。抗壓樁和抗拔樁的差別，除受力特征顯著不同外，還反映在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算中，試樁和工程樁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以區(qū)分對(duì)待。

1 靜載試驗(yàn)的檢測(cè)數(shù)量

為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的試驗(yàn)樁檢測(cè)應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)確定的基樁受力狀態(tài)，采用相應(yīng)的靜載試驗(yàn)方法確定單樁極限承載力?？箟涸嚇鹅o載試驗(yàn)的檢測(cè)數(shù)量，在同一條件下(巖土工程條件、樁型、樁端持力層、樁徑、單樁承載力相同，樁長差異不大的情況)不應(yīng)少于3根；當(dāng)預(yù)計(jì)抗壓工程樁總數(shù)少于50根時(shí)，檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于2根?？拱卧嚇鹅o載試驗(yàn)的檢測(cè)數(shù)量，在同一條件下不應(yīng)少于3根；當(dāng)預(yù)計(jì)抗拔工程樁總數(shù)少于50根時(shí)，檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于2根。

試樁靜載檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)計(jì)入工程樁的驗(yàn)收檢測(cè)數(shù)量?？箟汗こ虡逗涂拱喂こ虡兜撵o載試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)量，分別不應(yīng)小于同一條件下相應(yīng)類型樁總樁數(shù)的1 %，且分別不應(yīng)少于3根；當(dāng)抗壓樁總樁數(shù)少于50根時(shí)，抗壓樁檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于2根；當(dāng)抗拔樁總樁數(shù)少于50根時(shí)，抗拔樁檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于2根。

靜載試驗(yàn)的檢測(cè)數(shù)量須同時(shí)滿足工程所在地地方技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求?，F(xiàn)行的地方標(biāo)準(zhǔn)中，有的規(guī)定“在同一條件下的試樁數(shù)量不宜少于總樁數(shù)的1 %”，需要注意。

2 靜載試驗(yàn)的加載量

為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的試驗(yàn)樁通常在自然地面標(biāo)高處進(jìn)行靜載試驗(yàn)，試樁靜載試驗(yàn)的加載量可取2Ra+ΔQsk，其中Ra為工程樁單樁豎向承載力特征值(分為抗壓、抗拉兩種)，ΔQsk為承臺(tái)底面標(biāo)高至自然地面標(biāo)高樁側(cè)土體提供的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值。

工程樁的靜載試驗(yàn)若在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高(即基坑底部)進(jìn)行，則抗壓工程樁靜載試驗(yàn)的加載量可取2Ra；抗拔工程樁承載力受抗裂條件控制，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求確定最大加載量，抗拔工程樁靜載試驗(yàn)的加載量可取1.35Ra。因抗拔工程樁已利用Ra進(jìn)行了荷載準(zhǔn)永久組合或標(biāo)準(zhǔn)組合下的裂縫控制驗(yàn)算，且1.35Ra相當(dāng)于基本組合設(shè)計(jì)值也已完成相應(yīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算，故選用1.35Ra作為抗拔工程樁加載量是適當(dāng)?shù)?；抗拔工程樁一定要?Ra加載也行，但必須對(duì)工程樁按2Ra作為樁頂拉力設(shè)計(jì)值配置抗拔樁的縱向鋼筋并驗(yàn)算抗拔樁的裂縫。

需要注意的是，試樁和工程樁靜載試驗(yàn)的加載量一旦確定，樁土極限承載力、樁身配筋及裂縫控制就需完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)算，避免最大加載量尚未達(dá)到即發(fā)生破壞而終止加載，或靜載試驗(yàn)完成后樁身裂縫過大而影響樁基正常使用。試樁在靜載試驗(yàn)前、后均應(yīng)進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)。

當(dāng)樁周土層產(chǎn)生的沉降超過基樁的沉降時(shí)，在計(jì)算基樁承載力時(shí)應(yīng)計(jì)入樁側(cè)負(fù)摩阻力。此類工程進(jìn)行試樁及工程樁靜載試驗(yàn)時(shí)，因加載周期較短產(chǎn)生沉降有限，靜載試驗(yàn)加載量除2Ra外，尚應(yīng)計(jì)入中性點(diǎn)以上樁側(cè)極限正摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值。

3 抗壓樁的配筋設(shè)計(jì)

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》條文解釋指出，規(guī)范公式計(jì)算樁身受壓承載力的安全系數(shù)高于由土的支承阻力確定的單樁承載力特征值安全系數(shù)K=2，樁身承載力的安全可靠性處于合理水平?！段錆h市房屋建筑工程地基與基礎(chǔ)若干問題技術(shù)規(guī)定》也指出，采用靜載試驗(yàn)方法最大加載量為2倍單樁豎向抗壓承載力特征值時(shí)，試樁樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)及配筋可與工程樁相同，試樁及工程樁的受檢樁樁身承載力能滿足試驗(yàn)要求。因此，對(duì)于抗壓樁的試樁和工程樁，采用上述公式進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)的可靠度是有保證的。

4 抗拔試樁的配筋設(shè)計(jì)

試樁不作為工程樁使用時(shí)，抗拔試樁的配筋設(shè)計(jì)可不考慮裂縫控制?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中單樁豎向抗拔載荷試驗(yàn)要點(diǎn)指出，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的試驗(yàn)，試樁鋼筋按鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的拉力應(yīng)大于預(yù)估極限承載力的1.25倍，即fykAs≥1.25(2Ra+ΔQsk)，由此可算得抗拔試樁的配筋面積繼而進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。

5 抗拔工程樁的配筋設(shè)計(jì)

鋼筋混凝土軸心抗拔樁的正截面受拉承載力應(yīng)符合下式規(guī)定：N≤fyAs(本文僅考慮非預(yù)應(yīng)力樁)，將N=1.35Ra帶入上述公式進(jìn)行計(jì)算即可求得抗拔工程樁的縱向鋼筋面積；但應(yīng)同時(shí)對(duì)抗拔工程樁的正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算，即抗拔工程樁的裂縫控制應(yīng)滿足規(guī)范要求。兩者共同決定了抗拔工程樁的配筋設(shè)計(jì),一般而言，滿足裂縫控制要求的配筋量大于滿足樁身鋼筋強(qiáng)度要求的配筋量。

裂縫控制的主要目的之一是為了避免鋼筋銹蝕而影響其耐久性，應(yīng)當(dāng)根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》第3.5.3條規(guī)定的樁身裂縫控制等級(jí)及最大裂縫寬度限值，對(duì)抗拔工程樁作裂縫驗(yàn)算；驗(yàn)算按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.1.1條、第7.1.2條與第7.1.3條進(jìn)行。《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.1.2條規(guī)定：按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合或準(zhǔn)永久組合并考慮長期作用影響的最大裂縫寬度可按下式計(jì)算：

需要注意的是，抗拔驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)當(dāng)取高地下水位作為計(jì)算條件，而沉降計(jì)算則取低地下水位作為計(jì)算條件。

6 結(jié)論

為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的試樁靜載試驗(yàn)應(yīng)加載到破壞，對(duì)承載力很高的樁，加載量不應(yīng)小于預(yù)估的單樁極限承載力?？箟汗こ虡冻休d力驗(yàn)收檢驗(yàn)，加載量不應(yīng)小于承載力特征值的2倍；抗拔工程樁承載力驗(yàn)收檢驗(yàn)，靜載試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行裂縫控制，加載量根據(jù)配筋情況由設(shè)計(jì)單位計(jì)算確定；抗拔兼抗壓工程樁驗(yàn)收檢驗(yàn)，抗拔靜載試驗(yàn)應(yīng)考慮上拔量對(duì)抗壓承載力的影響。

對(duì)于抗壓樁和抗拔樁的設(shè)計(jì)，還有一些問題如樁側(cè)后注漿對(duì)基樁抗拔承載力的提高能力及計(jì)算、抗拔樁的分段配筋等等，都是值得深入探討的問題。

[1] JGJ 106-2014 建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2014.

[2] JGJ 94-2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2008.

[3] GB 50007-2011 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2012.

[4] GB 50010-2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2011.

[5] 陸培俊.抗拔樁的設(shè)計(jì)[J].結(jié)構(gòu)工程師，2009，25(1).

劉嘉慧(1985～)，男，工程師，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作；周波(1984～)，男，工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

TU473.1+2

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[定稿日期]2016-05-23