地下室桩基设计

地下室桩基设计

摘要：地下结构的广泛应用解决了空间拥挤问题，因地下水位变化，做好地下室首要任务之一即做好地下室基础设计，地下水位低时，地下室采取抗压桩，地下水位较高时，地下室则需设计抗拔桩，本文主要分析了当地下水位较高时地下室基桩应按抗拔桩设计的过程。

关键词：地下结构；浮力；抗拔桩；荷载

abstract: the underground structure of the widely used to solve the problem of heavy space, by change of ground water, completes the basement is one of the primary task to the basement foundation design, underground water level is low, the basement take compressive pile, the underground water level is higher, the basement will need to design of tension piles, this paper mainly analyzes the underground water level when high basement should be according to the foundation pile resistance to pull out of the pile design process.

keywords: underground structure; buoyant; tension piles resistance; load

中图分类号：o434.19 文献标识码：a文章编号：

为了保证城市的发展不占用过多的土地，当前的城市发展选择了大力开发地下空间。由于地下结构工程是最近几年迅速发展起来

的，还没有具体的设计规范，设计中存在大量的不确定性，特别是抗浮设计。抗浮设计是地下结构设计的重点，如果设计不合理，容易出现工程事故，影响生命安全并造成经济损失。近年来，研究人员越来越重视地下结构的抗浮问题，但是还未提出一套科学合理的抗浮设计方法。本文主要分析了浮力计算的原理和抗拔桩的设计思路。

1.设计水位选取

地下水位受自然环境和人类活动影响很大，呈不同的变化规律，设计应根据选取的不利状态合理的利用地勘报告所给出的水位变化，确定抗浮设计水位及抗压设计水位。

2.浮力计算的方法

图1为计算模型，这种情况最普遍，潜水水面是设计水位，隔水层在下层，不需要折减浮力的计算值，水浮力计算公式为：（为抗浮设计水位高度，值为最高静水水位和基底标高之差）。

图 1计算模型

3.桩基设计受水位变化的影响

3.1水位变化幅度

气候条件变化影响水位的变化，勘测部门应该长期跟踪观测拟建场地和勘察水文地质，记录好各项数据并总结出观察期内的历年的水位最高值和最低值，作为设计人员设计的参考数据。

3.2桩的受力性状

桩的受力性状由地下建筑受力状态决定，其根本原因在于地下水位的变化。比如，单建式地下室埋深浅、水位高且变化范围大时，水位变化会造成荷载组合形式的变化，可能会导致抗压桩取代抗拔桩。因此，设计人员应该分情况分别讨论这两种情况，但是，设计过程中这个问题往往被忽略。各工况下没有科学的荷载组合方法和统一的荷载，下文将分析一种变化水位的桩基设计方法。

3.3考虑水位影响的抗拔桩设计方法

设计思路：①计算浮力：根据最高和最低的结构设计水位计算水浮力，②荷载组合：恒载有结构自重和地下室顶板覆士，活载有车库内车辆和地下室顶板处车辆，水浮力取抗浮设计状态下的浮力。有上浮问题的地下室在验算地下室抗浮能力时不考虑活荷载，恒荷载分项系数应取0.9，水浮力分项系数取1.0

当0.9恒载1.0水浮力时，为抗压状态，桩形式为抗压桩，抗压桩设计公式为：

桩数=（活载x1.0+恒载x 1.0 - 最小水浮力x0.9）/桩竖向承载力设计值

③确定单桩承载力与桩数。抗拔桩的确定可以分为两种情况：a 桩基始终处于抗拔状态，选取合适的持力层确定桩长，计算出单桩抗拔承载力，即可计算出总桩数。b水位变化，基桩处于抗压状态，根据地勘报告数据得出桩抗压承载力设计值后，确定桩数。抗压设计总桩数与抗浮设计总桩数中的较大值即为最终桩数。

④抗拔桩桩身强度设计；⑤抗拔桩桩身裂缝控制。为防止桩身

裂缝过大，引起钢筋锈蚀，则需验算使其最大裂缝宽度满足规范要求。

4.工程算例

某单层单建式地下车库，框架结构，基础采用桩基加抗水底板，柱距8.4mx8.4m，柱底承担的结构自重标准值为2620 kn，活荷载标准值为1057 kn，枯水期最低水位高度2m，抗浮设计水位4m，采用采用24m φ600灌注桩，桩身混凝土强度等级c35，取抗拔桩承载力800 kn，单桩竖向承载力设计值1000 kn。

4.1计算水浮力

(1)抗浮状态下，设计水浮力为：；

(2)抗压状态下，设计水浮力为：。

4.2计算桩数

由上述公式得

(1)抗浮状态下，桩数为：

（40x8.4x8.4x 1.0 –2620x 0.9）/800=0.58取n=1

(2)抗压状态下，桩数为：

（1057x 1.0 +2620 x 1.0 –8.4x8.4x20 x 0.9）/1000=2.4取n=3

因此，桩数取n=3。

4.3抗拔桩桩身强度设计

根据《建筑桩基技术规范》（jgj94-2008）正截面受压承载力公式：

n≤ ap·fc·ψcψc取0.7

ra ＝ap·fc·ψc /γz ＝（3.14x6002/4）x16.72x0.7/1000/1.35 ＝ 2450kn>1000kn(满足要求)

4.4桩身抗裂计算

选用814，满足灌注桩最小配筋率及构造要求，as=1232mm2 ρte ＝ as / ate=1232/282600=0.004<0.01 取ρte ＝0.01 σs =nq/as=155x1000/1232=125.9 n/mm2（nq =（40x8.4x8.4x 1.0 –2620x 0.9）/3=155 kn）

ψ＝ 1.1 - 0.65ftk / (ρte·σ

s)=1.1-0.65x2.2/0.01x125.9=-0.039<0.2取ψ＝0.2 ωmax ＝αcr·ψ·σs·(1.9cs + 0.08deq / ρte ) /

es=2.7x0.2x125.9x（1.9x55+0.08x14/0.01）/ 200000

=0.074mm<0.2mm（满足要求）

5.结束语

上文可总结为两点：(1)设计抗浮桩要考虑抗压和抗浮两种状态的最不利组合，即最不利荷载组合和水位变化的最高最低水位。只有这样才能保证地下室结构在抗压和抗浮两种状态下结构的安全。

(2)地下室桩基当按抗拔桩设计时不仅要计算单桩抗拔承载力，而且需验算桩身强度及裂缝是否满足要求。

参考文献：

[1] 裴豪杰.地下结构的抗浮设计探讨[j]．福建建筑，2004；86(1)：59—60．