抗拔桩承载力取值的探讨

第36卷 建 筑 结 构 2006年增刊

抗拔桩承载力取值的探讨

沈 建 明

（象山县建筑设计院 315700）

[提要] 结合工程实例，根据抗拔桩的静载试验，对实测结果与岩土工程勘察报告建议值进行比较，提出了在确定抗拔桩承载力时需要考虑的一些因素。 [关键词] 抗拔桩 桩侧阻力 抗拔承载力

Discussion for the Bearing Capacity Selection of Tension Piles/Shen Jian Ming（Xiangshan Architectural Design Institute,Xiangshan 315700,China）

Abstract：Based on engineering practice, And based on the static loading tests on tension piles. The results of the test, the values suggested in the investigation report are compared. The effects of calculating the bearing capacity of tension piles are presented.

Keywords：tension piles;skin resistance;uplift capacity

1 工程概况

某地下停车库总建筑面积为3450m2，可停放116辆小汽车，为III类单层地下车库。平面尺寸为64.2m×52.8m，柱网开间为8.1m。汽车库埋深为自然地坪以下4.5m，车库底板厚0.4m，顶板厚0.25m。汽车库上部局部停车，局部为花坛。场地土层分布自上而下为：1）素填土层，厚0.25~0.90m；2）粉质粘土层，厚0.70~2.10m；3）淤泥质粉质粘土层，厚1.50~3.10m；4）淤泥质粘土层，厚4.60~6.20m；5）淤泥质粉质粘土层，厚9.40~12.0m；6）粉土、粉质粘土层，厚0.40~5.0m；7）砾砂层，厚0.70~4.10m；8）粉质粘土层，厚0.30~5.40m；9）砾砂层，厚0.40~6.30m；10）粉质粘土夹砾砂层，厚1.70~11.30m；11）粉质粘土层，未揭穿。

由于3.4.5层土的渗透性较好，又要考虑到大气降水的影响，因此为了防止地下车库上浮，避免结构变形损坏，根据建筑物设计使用年限内可能产生的最高水位，对地下车库的柱下设置了抗拔桩。由于抗拔柱要做抗拔试验，特地在非柱子部位打了两根抗拔桩，用它们来做抗拔试验。由于本工程工期较紧，工程桩和试验桩是同时施工。本工程抗拔桩采用Φ600泥浆护壁钻孔灌注桩，混凝土等级为C30，桩长27.55m，钢筋笼主筋8Φ16，且通长配置。按工程勘察报告提供单桩抗拔承载力可按抗压承载力中桩侧摩阻力的80%计算，不考虑桩端阻力，按此估算单桩抗拔承载力特征值为450KN。

2 静载试验

2.1 试验概况

本次竖向抗拔静载试验上拔力，由锚桩反力及地基反力共同提供，用200吨千斤顶分级施加至桩顶，上拔荷载由荷重传感器测读，上拔量由2只对称分布的量程50.00mm的计电位移计测读，荷重及上拔变形直接通过JCQ-302静力载荷测试仪显示和存储，所用测试设备的精度满足相关规范要求。试验执行标准：《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）。加载方式：快速维持荷载法。按《建筑基桩检测技术规范》§4.3.4条的规定进行试验加卸载，按§4.3.7条的规定进行快速维持荷载试验。 2.2 试验结果

试验的上拔荷载—桩顶上拔量汇总表见表1~2，试验结果绘成U-δ曲线及δ-lgt曲线见图1.1~2.2。

173#桩上拔荷载—桩顶上拔量汇

总表 表1

历时上拔量（mm） 序荷载 （min） 号 (KN) 本级 累计 本级 累计 1 144 60 60 0.16 0.16 2 216 60 120 0.18 0.34 3 288 60 180 0.23 0.57 4 360 60 240 0.12 0.69 5 6 7 432 504 576 60 300 0.23 0.92 60 360 0.39 1.31 60 420 1.51 2.82 续上表

序荷载 历时 上拔量（mm） 号 (KN) （min） 本级 累计 本级 累计 8 648 60 480 2.59 5.41 9 720 60 540 5.63 11.04 10 576 30 570 -0.41 10.63 11 432 30 600 -0.31 10.32 12 288 30 630 -1.28 9.04 13 144 30 660 -1.35 7.69 14 0 120 780 -1.57 6.12 174#上拔荷载—桩顶上拔量汇总表 表2

序荷载 历时（min） 上拔量（mm） 号 (KN) 本级 累计 本级 累计 1 180 60 60 0.26 0.26 2 270 60 120 0.31 0.57 3 360 60 180 0.43 1.00 4 450 60 240 0.60 1.60 5 540 60 300 2.17 3.77 6 630 60 360 3.41 7.18 7 720 60 420 10.34 17.52 8 810 / / / >100 注：当荷载加至810KN时，5分钟，上拔量为53.46mm，继续加载时，上拔量超过100mm且千斤顶无法稳定，试验终止。

图1.1 173#桩上拔荷载— 图1.2 173#桩桩顶上拔量— 桩顶上拔量（U-δ）曲线 时间对数（δ-lgt）曲线

图2.1 174#桩上拔荷载— 图2.2 174#桩桩顶上拔量—

桩顶上拔量（U-δ）曲线 时间对数（δ-lgt）曲线

2.3 结果评价 173#试验桩U-δ曲线呈缓变型，δ-lgt曲线无明显变陡现象，故取最大试验荷载720KN为该单桩竖向抗拔极限承载力。174#试验桩U-δ曲线呈陡变型，δ-lgt曲线斜率在810KN时明显弯曲，故取该前一级荷载720KN为该单桩竖向抗拔极限承载力，因此参照《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）附录Q的做法，上述抗拔桩的单桩抗拔承载力特征值为

720/2=360KN，与原来估算的单桩承载力特征值450KN相差（450-360）/450×100%=20%。因此原工程地质勘察报告提供的算法值得商榷。 3 下面从抗拔桩与抗压桩不同工作机理出发，对确定抗拔桩抗拔承载力需要考虑的一些因素进行综述。

3.1 抗拔桩、抗压桩侧阻力分布特点

图3是抗拔桩、抗压桩及理想的线性侧阻示意图，是利用有限元分析得到的均质砂土中的抗拔桩、抗压桩侧阻力分布特征，图中抗压桩侧阻力在邻近桩端时突然减少，可以认为是桩端对侧阻力的影响。上述抗拔桩和抗压桩的侧阻力分布模式与众多实测和试验结果相吻合，因此可以说图3代表了抗拔桩和抗压桩侧阻力的典

型分布。 图3 抗拔桩和抗压桩侧阻分布模式 3.2 抗拔桩、抗压桩的侧阻力对比

所谓侧阻力fmax，即桩土间破坏面上摩阻力的极限值。模型试验和现场实测结果表明，在相同条件下，抗拔桩的极限侧阻力f tmax小于抗压桩的极限侧阻力 f cmax，比值一般在0.5~1.0之间，根据莫尔一库伦抗剪强度理论的观点，任何引起桩土界面法向有效应力的бh?变化的因素都将导致极限侧阻力的变化。造成抗拔桩、抗压桩两者极限侧阻力差异的原因主要有：桩体的泊松比效应（抗拔桩受拉荷载作用后桩体趋向收

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缩，减少了水平有效应力）；土体应力场应力水平的变化（拉力荷载减少了土体竖向应力水平，间接影响了水平有效应力）；桩周土体单元主应力轴旋转，以及因为作用荷载方向与桩基的贯入方向相反造成的侧阻力减损等。由于抗拔桩的单位侧阻力比抗压桩的要小，所以抗拔桩总的侧阻力也比抗压桩总的侧阻力小，将抗拔桩与抗压桩侧阻力的比值记为λ，则λ多在0.5~1.0之间，粘性土中比值大，砂性土中比值小。由于土质分层的差异性，在确定抗拔桩的侧阻力所选定的λ系数，不能笼统地选定一个定值，而是应对不同土质分别取值。

3.3 抗拔桩上拔承载力计算理论

抗拔桩的承载力由三部分组成：侧阻力、桩自重、桩端真空吸力。由于真空吸力所占比例不大，可以忽略；且桩身自重在地下水位以下部分，应取浮重度，所以桩的侧阻力的确定就成了抗拔桩承载力计算的关键。根据抗拔桩等载面直桩的圆周破坏面假定，抗拔桩极限承载力Qt=πDΣfili，式中D为桩的直径，fi为各土层的抗拔侧阻力，li为各层厚度。根据研究，可以有两种方法方法计算侧阻力，即总应力法和有效应力法，但这两种方法使用起来不太方便。所以说求出抗拔桩的侧阻力不是简单的套取抗压桩的侧阻力就行了。而目前还在使用的《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）就是用一个抗拔系数λ来表示折减系数，对粘性土、粉土，λ=0.7~0.8；对砂性土，λ=0.5~0.7；当桩长与桩径之比小于20时，λ取小值。这里的折减系数λ也是一般常采用的对抗压桩侧阻力的折减来求抗拔桩的侧阻力，所以说《建筑桩基技术规范》所涉及的抗拔桩设计，较为简略，精度也不高，不足以满足设计要求。

3.4 分析产生抗拔桩承载力高低的原因

本工程的桩型为泥浆护壁钻孔灌注桩，按《建筑基桩检测技术规范》的规定，这种桩型应适当延长承载力检测前的休止时间。因为应当考虑到的有利因素是软土地区的摩擦型桩的承载力随时间有增加的现象。另外由于先设计好施工图，后检测抗拔桩的承载力，采用了不常用的快速维持荷载法，所以有可能使测得的结果偏低。若是要为设计提供依据，则必须按规范规定的慢速维持荷载法的加载方式。综合抗拔桩的受力特点，其破坏机理更接近于纯摩擦桩，单桩抗拔承载力主要与桩侧土层的物理力学性能有关，也与桩体材料、桩身尺寸（桩长、桩身横截面形状和尺寸等）、桩位平面布置和施工工艺、成桩质量等诸多因素有关。另外还要考虑到拔压比对承载力的影响（灌注桩的拔压比高于预制桩，因此相同条件下灌注桩的抗

拔系数要高于预制桩；长桩的拔压比高于短桩，因此相同条件下长桩的抗拔系数要高于短桩）；土层液化对承载力的影响；土层自重固结产生的负摩阻力对承载力的影响（这对抗拔桩来说是有利影响）；地下水位高低变化对承载力的影响；对于某些条件下的群桩基础宜考虑由群桩和土相互作用产生的群桩效应等。

4 结语

随着城市地下空间开发利用程度的提高，纯地下结构会越来越多，其埋置深度也将会增大，这就不可避免地设置抗拔桩来解决地下结构的上浮问题。科学合理地确定抗拔桩承载力，在确保建筑物安全和合理控制投资成本方面起着举足轻重的作用。建议处理好以下几个方面的问题：

（1）抗拔桩的抗拔系数λ不能笼统地取一定值。（2）在设计抗拔桩时，应在施工图设计前现场做桩基承载力试验以取得准确、可靠的设计参数，避免造成浪费或工程事故。

（3）尽早修订出台新的《建筑桩基技术规范》，使抗拔桩的设计内容更加具体化，更易掌握、操作。

参 考 文 献

[1]建筑桩基技术规范（JGJ94-94）[S].北京：中国建筑工业出版社，1995.

[2]建筑地基基础设计规范（GB50010-2001）[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3]建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2003）[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[4]丁佩民等.索膜结构抗拔桩锚固基础工作机理和设计理论[J]建筑结构，2003（11）：3-4

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