抗拔桩基础设计

浅谈抗拔桩基础的设计
摘要：随着国民经济的日益发展，促使城市建设的发展，地下空间的开发和利用越来越来越多，地下结构的抗浮问题日益突出。

文章简述了各种地下结构的抗浮措施的抗拔桩，重点研究了抗拔桩的受力机理、适用范围、存在的局限性和今后的发展方向。

关键词：抗拔桩抗压桩机理承载力验算
引言
我们国家是一个人口大国，尽管拥有丰富的土地资源，但却依然不能满足人们生活居住的需求，特别是近年城市化的加快，土地资源缺乏问题显得更加突出，因此，我们必须更好地利用仅有的土地。

在这种情况下，大批功能齐全、造型新颖的建筑便陆续涌现，特别是大型高层建筑，更是得到了飞速发展。

由于这些建筑物基础及自身功能的需要，一般均建有地下室，这些使得建（构）筑物的基础要同时承受竖向压力和拉力的作用，有时上拔荷载较大甚至成为主要作用力，这时，普通的桩显然不能满足要求，故产生了承受竖向抗拔力的桩，也就是抗拔桩。

2 抗拔桩的受力机理及与抗压桩的区别
桩按受力情况主要可分为承受竖向压荷载的抗压型桩和承受竖向拉力荷载的抗拔型桩（抗浮桩）两大类。

在大多数桩群中，抗压型桩的使用也比抗拔型桩的使用要显得广泛。

但在一些特殊情况下需特别采用抗拔型桩。

抗拔桩的主要靠桩身与土层的摩擦力来受力，以抵抗轴向拉力为主的桩，如锚桩、抗浮桩等。

在地下水位较
高的地区，当上部结构荷重不能平衡地下水浮力的时候，结构的整体或局部就会受到向上力的作用。

如地下水池、建筑物的地下室结构、污水处理厂等必须设置抗拔桩，同时抗拔桩也广泛应用于高耸建(构)筑物抗拔、海上码头平台抗拔、悬索桥和斜拉桥的锚桩基础、大型船坞底板的桩基础和静荷载试桩中的锚桩基础等
抗拔桩一般均嵌入竖硬而埋藏较浅的基岩中。

由于造价及施工条件的限制，抗拔桩一般入岩不深，需要对入岩桩段部分进行桩端灌浆处理。

如果上覆土层较厚，桩无法埋入基岩，那就只能全靠桩侧土的表面摩擦阻力抗拔，此摩擦阻力较小，抗浮效果不佳；若在桩端设置扩大头，则能大大提高桩的抗拔能力。

受压桩的承载力组成中有端承力部分，而抗拔桩则无；受压桩的桩身弹性压缩引起桩身侧向膨胀使桩土界面的摩阻力趋向于增加，摩阻力的增加则随桩身位移由上而下逐步发挥；而抗拔桩在拉伸荷载作用下桩身断面有收缩的趋向，使桩土界面摩阻力减小。

而由于拉伸荷载系作用于桩顶，摩阻力的发挥同样系由上而下逐步发生。

在设计抗拔桩时，在单位面积桩身摩阻力的选用上自然比受压桩要低。

3工程中采用抗拔桩的几种情况
3.1 地下水位较高，当上部结构重量不能平衡地下水浮力时，结构的整体或局部就会受到向上的拉力，此时桩受到较大的向上的拉力，设置抗拔桩是这些结构物用来抵抗上浮力的一种常用方式。

3.2上部结构传递至基础的偏心弯矩过大，造成基础一部分受压，一部分受拉，设置抗拔桩来承受向上的拉力。

这些情况下，桩
基础就起到抗拔桩的作用。

如海洋钻井平台、输电塔等构筑物的桩基础既承受上部结构传来的竖直向下的荷载，也承受波浪荷载、风荷载造成的向上的拉力。

3.3承受巨大水平荷载的桩结构，如码头、桥台、挡土墙上的斜桩。

3.4特殊地区的建筑物桩基，如地震荷载作用下的桩基、膨胀土、冻土建筑物的桩基。

以及现代化的建（构）筑物其基础均采用的是桩基工程。

4技术要求
4.1设计步骤
1．确定桩型，桩基持力层，承台埋深及高度，桩长。

2．初步确定基桩承载力。

3．初步确定桩数、桩的平面布置及承台平面尺寸。

4．确定基桩承载力设计值及其桩数。

5．确定承台尺寸。

6．计算桩顶荷载设计值。

7．承台抗冲切验算。

8．承台抗剪验算
9．承台受弯承载力计算及其配筋计算。

10．承台局部受压计算。

11．绘制施工图。

4.2计算单桩承载能力
在抗浮设计时，当采用抗拔桩作为抗浮措施时，除桩的布置及构造应符合有关规范的要求外，有条件时可通过单桩抗拔承载力试验，根据工程需要，按拔起量确定其单桩承载能力。

当未能进行单桩的抗拔试验时，须进行抗拔极限承载力标准值计算。

桩的抗拔极限承载力标准值一般按经验公式⑴计算并应满足⑵式要求(2)。

----------- (1)
------------⑵
qsik 为桩的极限侧阻力标准值，由于经验数值的局限性，为了比较可靠地确定它的数值，桩的抗拔侧阻力和抗压侧阻力有相似之处，但随着上拔量的增加，其侧阻力会因土层松动及侧面积减少等原因而低于抗压侧阻力，用抗压试验实测极限侧阻力计算抗拔承载力时还应该用抗拔系数λ加以折减。

根据现有工程经验：砂性土λ=0.55,粘性土λ=0.75。

4.3 单桩竖向抗拔静载试验目的及过程
单桩竖向抗拔静载试验宜采用慢速维持荷载法。

需要时，也可采用多循环加、卸载方法。

慢速维持荷载法的加卸载分级、试验方法及稳定标准同单桩竖向抗拔承载力检测，并仔细观察桩身混凝土开裂情况。

当出现下列情况之一时，可终止加载：
1. 在某级荷载作用下，桩顶上拔量大于前一级上拔荷载作用下的上拔量5倍。

2. 按桩顶上拔量控制，当累计桩顶上拔量超过100mm时。

3. 按钢筋抗拉强度控制，桩顶上拔荷载达到钢筋强度标准值的0.9倍。

4. 对于验收抽样检测的工程桩，达到设计要求的最大上拔荷载值。

4.4桩身质量检测
除桩基施工严格按有关规范要求进行外，为确保抗拔桩的质量，每个柱下承台至少有一根桩进行动测，抽检数量超过50℅。

从检测结果看桩身质量基本完好，90℅以上是一类桩。

5 存在的局限性
5.1抗拔桩承台配筋问题
抗拔桩承台顶部为受拉区，有抗拔要求的承台按一般桩基受压的承台进行配筋，承台顶部受拉区未配筋，因而可能会引起破坏。

5.2抗拔桩设计方面的问题
在许多结构中都存在着抗拔桩受力得情况，在设计中往往缺抗拔桩抗裂性验算、抗拔桩静载试验及其配筋做法等要求说明。

缺少裂缝宽度验算，采用预制桩作为抗拔桩时，往往只注意桩身的抗拉强度要求，桩基与承台间连接钢筋的强度要求接桩段的裂缝宽度要求经常被忽视。

抗拔桩计算问题：抗拔桩配筋计算时荷载分项系数取1.0有误（当水浮力大于压重时，抗拔桩桩身配筋按“［水浮力－压重］/ 钢筋强度”计算，严重错误）。

5.3在技术方面的问题
在桩基工程中，相比抗压桩，抗拔桩的研究较少，且主要集中在承载力上，对变形的研究更少。

在抗拔桩的施工中存在着技术质量达不到要求、高成本等一系列问题。

5.4 地域的差异性
桩上拔力计算时应合理选定地下室抗浮设防水位。

地下水位的选择不仅要考虑地下水位的历史变化，还应根据城市排水设施和能力对地下水位的变化作出预测。

六发展方向
随着城市高楼大厦的兴建，埋置于地下的车库，消防水池、人防工程逐渐增多，桩基础采用抗浮设计普遍存在，加强抗拔桩承载力的研究具有现实意义。

现在工程中大多使用phc桩作为抗拔桩。

phc桩又称高强预应力混凝土管桩，由于其单桩承载力高、价格非常便宜、施工速度又快而且环保等优点，且在施工工艺方面更具有明显的优势，噪音小、无振动、冲击力施工应力小、桩顶不易破坏、沉桩不易偏心,、节约材料、施工快捷方便、沉桩终压力直观抗裂性能好，无需为严格的裂缝控制而增加配筋，经济指标更佳的优势等优点，在很大程度上减少了打桩振动对地基及邻近建筑物、道路、管线等的影响，得到了广泛的应用。

但业内也有不少专家对phc桩是否能作为抗拔桩持有保守意见，其作为抗拔桩使用的诸多技术指标和稳定性问题还有待更进一步的研究论证。

因此对phc管桩抗拔性能、设计理论和方法的研究十分重要，特别是在对其工作机理及受力特性等技术参数方面的研究，对其发展有着巨大的优点。

结语
建筑业，是国民经济的重要物质生产部门和先导性产业，担负着为发展经济，改善人民生活，促进社会进步提供物质基础的建设任务。

而中国的多人口问题又迫切要求建筑物须纵向立体式发展。

因而桩基础会得到长足的发展。

特别是在高层建筑空前发展的今天，抗抗拔桩肯定会得到更好的发展。