扩底抗拔桩承载力计算

扩底抗拔桩抗拔承载力计算

丁浩珉

摘要：随着我国城市化进程的迅速发展，地下结构的建设呈现迅猛发展的势头。地下结构的抗浮问题日益受到国内外学者的重视。抗拔桩是当前应用的最为广泛的抗浮基础类型。然而抗拔桩的理论研究远远落后于工程实践。本文对扩底抗拔桩进行概述，并分析其破坏形态及作用机理。最后总结一些扩底抗拔桩承载力计算方法。

关键词：扩底抗拔桩承载力计算破坏机理

Calculation of the Up-lift Resistance

Bearing Capacity of Bored Cast-in-place Pile with Enlarged

Bottom

Abstract ：With the development of municipal engineering，lots of underground structures are built.More and more researchers are aware of the importance of resisting the uplift load.Tension piles are widely used to resist the uplift load,but theories about tension piles are far behind of engineering practice. This paper give an overview of tension piles with enlarge bottom,and analyze the failure modes and resisting mechanism.Finally,the paper will summarize some of the calculation of the up-lift resistance bearing capacity of bored cast-in-place pile with enlarged bottom.

Keywords: tension piles with enlarge bottom calculation of bearing capacity failture mode

1 引言

近年来，随着城市建设的高速发展，城市建设用地越来越少，地下空间的开发和利用成为发展的必然趋势。大量带有地下车库的高程建筑，以及地下管廊，下沉式广场的兴建，使地下结构抗浮问题变得非常突出。目前，扩底抗拔桩因其单桩抗拔承载力大，质量易于保证，施工速度快，无噪音，无振动，在保证一定抗拔力的情况下，可缩短桩长，减少桩数，避免穿过某些复杂的地层，改善施工条件，省工省料省时，节约投资等特点，在工程中经常用来解决抗浮问题。但扩底桩的设计，试验资料甚少，扩底抗拔桩的理论尚未完善。一般在设计抗拔桩时，通常是参照规范规定的抗压桩的侧摩阻力，再乘以单一的经验折减系数，以此作为抗拔桩的侧摩阻力，再乘以单一的经验折减系数，以此作为抗拔桩的侧摩阻力来计算其抗拔力。扩底抗拔桩由于在桩底形成扩大头，增大桩端承载面积，从而提高单桩抗拔承载力，如何合理考虑桩底抗拔力成为设计计算的难点。本文对于各种扩底抗拔桩承载力计算方法进行总结，同同时对比等截面抗拔桩分析扩底抗拔桩的受力特点和扩底抗拔桩的受力机理，从而对扩底抗拔桩有个深入的认识。

2 扩底桩概述

扩底桩作为抗拔桩，其最大的优点是：可以用增加不多的材料来获取增加桩基抗拔承载力的效果。随着扩孔技术的不断发展，扩底桩的应用越来越广泛，设计理论也随之发展。

通常，桩基承载力中的桩侧摩阻力部分随着上拔荷载的增加开始也逐渐增大，但是一般在桩—土界面上相对位移达到4—10mm时，相应的侧壁摩阻力就会达到其峰值，其后将逐渐下降。但扩底桩与等截面桩不同。在基础上拔的过程中，扩大头上移挤压土体，土对它的反作用力（即上拔阻力）一般也是随着上拔位移的增加而增大的。并且，即使当桩侧摩阻

力已达到其峰值后，扩大头的抗拔阻力还要继续增长，直到桩上拔位移量达到相当大时（有时可达数百毫米），才可能因土体整体拉裂破坏或向上滑移而失去稳定。因此，扩大头抗拔阻力所担负的总上拔荷载中的百分比也是随着上拔位移量而逐渐增加的。桩接近破坏荷载时，扩大阻力往往是决定因数。

对于这一点，也可从国内外机扩桩，夯扩桩以及人工掏孔扩底桩的无数实践经验得到证明。1972年在国际大电网会议（CIGRE）上法国马尔丹曾举出一例：某工地短粗钻孔灌注桩（长4.0m，直径850mm）仅在其底端500mm的范围内用机扩的方法将底径增至1300mm，相当于将底端半径增大225mm，而土内桩的抗拔承载力却净增了200t左右，即增加了50%以上。桩的混凝土用量仅增加了0.53t。美国唐斯（Downs）等人根据长期实践经验和现场真型试验结果分析知：带扩大头的圆柱形桩，其抗拔阻力随扩头直径的增加而迅速提高。而且在相当大的上拔变为变化幅度内，上拔阻力可随上拔位移量持续不断地同步增长，呈现所谓的抗拔“有后劲”的现象。在杆塔基础设计中普通建议采用扩头钻孔桩来代替传统的先挖坑然后埋高平板基础（现浇的或预制的），再回填土的旧式施工方法。我国电力建设界在20世纪70~90年代内创造性地发展了大量扩底桩构成的杆塔抗拔基础作为优选基型，如爆扩桩、机扩桩、机括锚杆、掏挖桩、夯扩桩、静水压力圧扩桩，后压浆桩以及各种组合式的扩体桩，有效地提高了桩的上拔承载力，取得了明显的经济效益和社会效益。

我国冶金、电力部门所作的研究成果表明：用各种施工方法成型的扩底桩中的扩头所担负的抗拔阻力占总抗拔承载力的百分比很大。

等截面桩不仅抗拔承载力小，而且达到极限抗拔阻力时相应的上拔位移也很小（5~10mm），荷载一位移曲线有明显的转折点，甚至有峰后低头减强的现象。与之相反，扩底桩的荷载一位移曲线却显示有“后劲”，在相当大的上拔位移变幅内，上拔力可不断上升，除非桩周土体彻底滑移破坏。两种桩的上拔荷载一上拔位移量曲线形状区别见图1-1.图4号、5号桩为等截面桩；1号，2号和3号桩为扩底桩。

图1 上拔荷载—位移曲线

3 破坏形态及其机理

3.1、荷载传递规律

与等截面桩不同，上拔时扩底桩的桩杆侧摩阻力的发挥与桩端扩大头顶上基土受挤压变