抗拔桩和抗压桩的机理分析及承载力计算

抗拔桩和抗压桩的机理分析及

承载力计算

文章编号:100926825(2020 092020 8202

抗拔桩和抗压桩的机理分析及承载力计算

收稿日期:2020 211223

简介:张正雨(19822,男,硕士,国家一级注册结构工程师,浙江大学建筑设计研究院,浙江杭州310027

尹晔(19822,男,工程师,杭州市高速公路管理局,浙江杭州310016

张正雨尹晔

摘要:通过分析抗拔桩与抗压桩桩周土在桩身部位及桩端部位应力路径的不同,阐述了抗拔桩和抗压桩不同的荷载传

递机理,在计算黏土地基中钻孔灌注桩的抗拔承载力时,针对抗压桩和抗拔桩侧阻在桩身部位和桩端部位土体应力的不同,引入了两个侧阻折减系数,并通过实例验证了公式的可行性。关键词:抗拔桩,抗压桩,侧阻,增强效应,应力路径中图分类

号:TU473.1文献标识码:A

现今,随着高层建筑和基础工程的大量涌现,桩基的使用越

来越多。对于抗压桩的荷载传递机理及承载力的计算,前人已做了大量的研究[1]。大量的文献证明[2,3],抗拔桩和抗压桩的荷载作用机理是有所不同的,它们的桩侧摩阻力也是有所差异的。深入研究抗拔桩的受力性状,剖析它与抗压桩之间存在的差异,能更好的指导抗拔桩的施工和设计,这是本文研究的意义所在。

1土的应力路径与桩的荷载传递机理1.1桩身部分土层的应力路径

无论是抗拔桩还是抗压桩,土体单元在受到剪切后,水平有效应力都不再是主应力,主应力的方向发生了旋转。剪应力越大,旋转角就越大。Roscoe (年[4]提出,在排水剪中:

τ

σ′v =K ・tg φ(1其中,τ为施加的剪应力;σ′v 为竖向有效应力;K 为材料的

常数;φ为σv ′

和大主应力之间的夹角。水平有效应力σ′r 的变化取决于土的应力应变性能,室内三轴试验证明[5]:一定密度的砂土,围压越小,剪胀越明显。当围压渐增到一定值时,砂土则表现为常体积,当围压增大时,则表现为剪缩。对于一定密度的正常固结黏土,三轴剪切试验中都表现为剪缩,且围压越大,剪缩越明显。不过,无论是抗压桩还是抗拔桩,如果土体剪缩,水平有效应力将减小,反之,则水平有效应力将增大。

Lehane 等(1993年[6]进行了松~中密石英砂中的桩静载试验,并测量了有效应力。并指出,荷载引起了土中径向有效应力的变化及桩土接触面处剪胀现象的产生。同时试验表明,在桩破坏时,抗压桩试验中的σ′v 大于抗拔桩试验的σ′v ,使抗拔桩侧阻小于抗压桩侧阻。

总结前人的研究,笔者认为造成抗拔桩侧阻不同于抗压桩侧阻的机理是:1荷载方向的不同,导致桩周土应力场有所不同。抗压桩桩周土应力场中平均应力不断提高,抗拔桩应力场中平均应力不断降低。2桩身材料泊松效应的影响,抗压桩桩身半径扩大,而抗拔桩桩身半径收缩,导致了桩周土中径向有效应力发生变化。3剪切应力的出现,使主应力方向发生了旋转。主应力方向转动的角度和荷载方向及残余应力场有关。

1.2桩端处土层的影响

图1,图2分别为抗压桩与抗拔桩受荷时桩侧平均摩阻力沿

桩身的分布图

。

从图1,图2中不难发现,在桩开始受荷时,抗拔桩与抗压桩沿桩身的侧摩阻力分布曲线相似,即桩侧阻都是从桩上部开始发挥并逐渐往下传递的。随着荷载的不断增大,抗拔桩桩身上部和

参考文献:

[1]沈细中.深基坑工程基本过程数值模拟及实时优化研究

[D ].武汉:武汉大学,2004.[2]赵志缙.简明深基坑工程设计施工手册[M ].北京:中国建

筑工业出版社,2003.[3]曹汉杰,王伟霞.基坑支护的综合应用[J ].山西建

筑,2020 ,

34(12:1312132.

[4]彭聚云.基础工程设计原理[M ].上海:同济大学出版社,

2004.

[5]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M ].北京:中国建筑出版

社,2001.

N umerical analysis of fou nd ation pit construction to the architecture in the neibourhood

ZHANG Fei 2jin L I X u 2w ei

Abstract :It takes 32D numerical differences analysis software to analyze the foundation pit of subway tunnel in open 2cut construction.It evalu 2ates the safety of architecture through the analysis of the sinking and inclination of architecture caused by foundation pit construction ,so as to offers technical support to the

controlling ,monitoring and surveying of construction process.K ey w ords :foundation pit construction ,architecture ,numerical analysis

・

811・第35卷第9期2020 年3月山西建筑SHANXI ARCHITECTURE

Vol.35No.9Mar.2020

端部的侧阻几乎没有变化,而桩身中部侧阻变化较大;抗压桩除桩上部侧阻达到极限外,中下部侧阻均快速增长

。

对于端阻的增强效应,前人已做了大量的工作。试验资料表

明,桩端土层强度越高,对桩侧阻力增强效果就越明显。同时,Vesic [7]试验表明,在其他条件相同情况下,桩越长,桩侧阻力的强化效应越明显。这说明,桩端阻对侧阻的强化作用还受到桩长的影响。

2等截面抗拔桩承载力的计算

考虑到抗拔桩为深厚黏土中的中长钻孔灌注桩,可采用复合

剪切面破坏形态[9]。为计算简便起见,采用桩土侧壁界面上发生土的圆柱体剪切破坏。

抗拔桩极限承载力P u 可以由以下两部分组成,即:桩侧摩阻力P s ,桩有效自重W p ,基本计算公式为:

P u =P s +W p

(2Kulhawy 等证实钻孔桩实际破坏面一般出现在界面以外附

近的土体内,因此只需知道土的抗剪强度即可。则抗拔桩侧阻P s

为:

P s =λ1

πd (∫

L

1

λ2q s d z +

∫L

L

1

q s

d z

(3

其中,d 为钻孔桩有效桩径;L 1为桩端侧阻影响区的长度

(由静载资料确定;L 为桩长;λ1为侧阻折减系数,取0.8;λ2为端阻对侧阻的影响系数,取

12~2

3

;q s 为单位极限侧摩阻力。3算例

下面取杭州某工程两根抗拔试桩来验证公式。

3.1试桩参数

工程中两试桩分别为:S 1:桩径800mm ,桩长26.82m ,充盈

系数1.16;S 2:桩径800mm ,桩长25.94m ,充盈系数1.18,则试桩有效桩径d 分别为928mm ,944mm 。

3.2试桩的桩身轴力

S 1试桩离桩端5.82m 处,轴力变化很小,S 2试桩离桩端

4.66m 处,轴力变化很小,则取L 1分别为

5.82m ,4.66m 。

3.3公式计算值与试验得出抗拔力的比较

根据静载试验可知,两试桩在加载到1700kN 时,上拔量分别为

6.23mm ,

7.12mm ,即两试桩极限承载力均不小于1700kN 。

实际计算中,取λ2=1/2,混凝土有效重度27N/cm 3

,综合试桩的各项参数,由承载力计算公式可得:

P s 1=0.8×3.14×0.928(

∫

5.82

0.5×q s d z +

q s d z

=1317.48kN 。P s 2=0.8×3.14×0.944(

∫

4.66

00.5×q s d z +

∫

q s d z

=1318.75kN 。

W p 1=27×(3.14/4×0.9282×26.82=489.54kN 。W p 2=27×(3.14/4×0.9442

×25.94=489.95kN 。P u 1=P s 1+W p 1=1317.48+489.54=1807.02kN 。P u 2=P s 2+W p 2=1318.75+489.95=1808.7kN 。

公式计算所得的极限承载力比测值大6.34%,6.35%,满足极限承载力不小于1700kN 的要求,可见公式具有很好的计算精度。

4结语

抗拔桩与抗压桩的荷载传递机理是有差异的,其主要影响因素为:1荷载的方向;2桩土界面间摩擦作用的剪胀性能;3桩体的泊松比;4主应力方向的旋转;5桩端阻的发挥。

抗拔桩与抗压桩桩周土体的应力路径在桩身部位和桩端部位是有很大不同的,在具体分析时应该分开来进行考虑。抗压桩桩端部位侧阻发生增强效应,而抗拔桩桩端侧阻发生退化效应。参考文献:[1]桩基工程手册编委会.桩基工程手册[M ].北京:中国建筑

工业出版社,1995.[2]黄锋,黄文峰,李广信,等.不同受载方式下桩侧阻的渗水

力模型试验研究[J ].岩土工程学报,1998,20(2:10214.[3]黄锋.单桩在压和拔荷载下桩侧摩阻力发展机理研究

[D ].北京:清华大学,1998.

[4]Roscoe ,K.H..Principal Axes Observed During Simple Shear of

a Sand.Proc.G eotech.Conf ,1967:2312237.[5]黄锋,李广信.土的剪胀性对桩侧摩阻力的影响[J ].地基

基础工程,1999,9(1:18223.[6]Lehane ,B.M..Mechanisms of Shaft Fricition in Sand from In 2

strumented Pile Tests [J ].Jou.of G eotech.Eng.,1993,119(1:19235.

[7] A.S.Vesic.桩与土体系中的荷载传递,地基与基础译文集,

桩基础[M ].洪毓康,译.北京:中国建筑工业出版社,1982:

69279.

[8]Touma.F.T.,Reese.L.C..Behavior of bored Piles in sand[J ].

Journal of the G eotechnical Engineering Division ,1974(7:31232.[9]刘祖德.抗拔桩基础[J ].地基处理,1995,6(4:1212.

Uplift pile and compressive pile mechanism analysis and loading capacity calculation

ZHANG Zheng 2yu YIN Ye

Abstract :According to analyze the differences of stress path between uplift pile and compressive pile ’s soil a round pile on pile body part and pile tip part ,the author analyzes the different loading transfer mechanism between uplift pile and compressive pile ,in the process of calculating uplift loading capacity of bored pile in clay foundation ,aiming at the differences of stress path between uplift pile and compressive pile ’s side 2friction on pile body part and pile tip part ,introduces two side 2friction reduction factors ,and verifies the formula ’s feasibility based on experi 2ment.

K ey w ords :uplift pile ,compressive pile ,side 2friction ,enhancement effect ,stress path

・

911・第35卷第9期2020 年3月

张正雨等:抗拔桩和抗压桩的机理分析及承载力计算

收稿日期 :2020-12-18

简介 :吴年斌 (1968 , 男 , 浙江杭州市人 , 工程师 , 从事工程项目管理工作。 ,

抗拔桩承载力不足对建筑物的影响分析

吴年斌 1

, 齐宇文

2

(1. 浙江新盛建筑工程 , 浙江杭州 310000; 2. 杭州市拱墅区城市建设发展中心 , 浙江杭州 310000

摘要 :对于土层地质条件较差的软土地区 , 如果采用抗拔桩来解决建筑物的抗浮问题 , 时常会产生由于抗浮桩的承载力不足而导致上部结构的开裂。在进行抗拔桩设计时 , 通常采用地质报告中给出的设防水位进行抗拔设计 , 而且设计方法也大多不考虑桩与上部结构的共同作用问题。本文运用 ANSYS 有限元软件 , 建立了上部结构、底板和桩基共同作用的三维有限元模型 , 对一栋受地下水影响而导致上部结构开裂的工程实例进行分析。揭示了建筑物周围局部地区地下水位高于设防水位的原因 , 建立了上部结构开裂与地下水位上升之间的关系 , 并给出了采用预应力锚杆的加固方法。

关键词 :抗拔桩 ; 承载力 ; 水浮力 ; 预应力锚杆 ; 共同作用

中图分类号 :TU473. 1 文献标识码 :B 文章编号 :1008-3707(2020 04-0022-03

在降雨丰富、地下水位较高的地区建造地下建筑物时 , 通常需要采用一定的抗浮措施。过去几年中 , 因地下水浮力的影响而导致上部结构开裂、地下室的破坏等事故时有发生。在这些事故中 , 有的地下室底板隆起 , 有的地下建筑物整体浮起 , 导致梁柱节点处以及墙体开裂。因此 , 地下建筑的抗浮问题引起了关注 [1]

。

分析抗拔桩承载力不足对建筑物的影响需要从以下几个方面着手 :根据当地的水文、地质以及气候条件 , 正确地确定地下水位高度 ; 参考抗拔试验成果 , 结合土层地质条件 , 合理选择抗拔桩与抗浮锚杆的承载力和刚度 ; 采用合理的分析方

法 , 分析桩、土、底板与上部结构的相互影响。本文借鉴结构设计中的基础与上部结构共同作用理念 , 运用 ANSYS 有限元软件 , 建立了上部结构、底板和桩基共同作用的三维有限元模型 , 对一栋受地下水影响而导致上部结构开裂的工程实例进行分析。揭示了建筑物周围局部地区地下水位高于设防水位的原因 , 建立了上部结构开裂与地下水位上升之间的关系 , 并给出采用预应力锚杆的加固方法。

1 地下水位对抗浮设计的影响

水浮力的影响是导致建筑物上浮的主要原因 , 如何正确地计算建筑物基础抗浮验算的水压力 , 是

建筑物抗浮设计的关键所在。由于对建筑设防水位 h 没有具体规定 , 带有人为的随意性 , 且对地下水压力认识不一 , 故造成水压力计算值的不准确[2]、 [3]、 [4]

。设计人员往往仅参考地质报告提供的地下水位资料来确定设防地下水位 , 对于地下结构 , 由于施工因素的影响 , 会在地下建筑物周围留下一圈透水性较好的回填土层 , 在填土外围是未受扰动、渗透性差的黏土。当遇到长时间的强降雨气候时 , 很容易在建筑物周围形成一个连通的水力通道 , 此时地下水位很有可能超过原设防地下水位 , 如图 1

所示。

图 1 填土对地下水位影响的示意图

对于抗拔桩与抗拔锚杆受力性能的确定主要依靠单桩抗拔试验 , 忽视了抗拔桩或锚杆的刚度问题 , 以及地下水位上升对抗拔构件的承载力影响 [5]、[6]、 [7]。对于土层地质条件较差的地区 , 特别是在地层中有暗浜、暗沟、暗塘、暗谷的地段 , 在这些地质中存在大量变形性能极高的淤泥 , 使得桩与锚

浙江建筑第 24卷第 4期 2020年 4月

杆的变形量增大、刚度变低 , 同时由于地下水的上升 , 土体有效应力降低 , 导致桩与锚杆的刚度和承载力进一步下降。

2 工程实例

某商业广场 , 总建筑面积为 39778. 6m 2

, 其中地上 28959. 8m 2

, 地下 10818. 8m 2

, 地上为 3层高、地下 1层。本工程为钢筋混凝土框架结构 , 设四条伸缩缝兼抗震缝 , 将结构平面分为五个单元。基础为预压法预应力管桩 , 单桩竖向抗压设计极限承载力标准值为 2200kN, 单桩竖向抗拔承载力设计值为 630kN 。地下室与下沉式广场为钢筋混凝土整体连接底板 , 在主体地下室板设置混凝土后浇带。

2020年 1月 26日发现商铺间 ALC 砌块墙体出现裂缝 , 下沉式广场楼梯出现裂缝。 2020年 2月 20日发现 :在原有裂缝相应部位的下沉式广场及地下室底板发生斜向裂缝 , 裂缝部位主要集中在下沉式广场的四角对角线方向向主体内侧延伸。根据现场和设计、施工的情况 , 初步判断裂缝为水浮力所引起。

3 建模

材料参数按设计规范取值。混凝土材料为 C40混凝土 , 弹性模量 E =3. 25! 1010

N /m2

, 泊松比 =

0. 2, 混凝土材料密度 =2500kg /m3

; 墙体为加气混凝土砌块 , 弹性模量 E =4. 0! 109

N /m2

, 泊松比 =0. 25, 密度 =650kg /m3

。按桩基抗拔与抗压试验结果取弹性刚度系数分别为 :

K 拔 =抗拔试验极限值 /上拔量 , K 拔 =1. 3! 108

N /m

K 压 =抗压试验极限值 /沉降量 , K 压 =2. 7! 108

N /m按设计图纸中的构件尺寸及位置建立结构的有限元计算模型如图 2

所示。

图 2 有限元计算模型

4 整体结构受力分析

根据现场和设计、施工的情况 , 初步判断裂缝为水浮力所引起。计算荷载为现有上部结构的自重以及水浮力、覆土自重 (均为标准值 , 重力加速度 g =9. 8m /s2

。上部结构自重考虑为恒载 , 根据水浮力的变化 , 分 8种工况对结构进行受力分析 , 如表 1所示。

表 1 8种工况下的水浮力计算值

工况

1

2

3

4

5

6

78

地下水位高度 (m -5. 3-4. 1-2. 9-1. 7-1. 3-0. 7

(扣除

覆土重下沉式广场底板板底水浮力 /kN/m2

21

33

45

49

57

6243

(扣除

覆土重

4. 1 沉降及上浮量计算结果

建筑物底板变形最大值计算结果如图 3、图 4所示 , 从图 3中可以看出 :随着水浮力的增加 , 底板由下沉转变为上浮 , 上浮量随着水浮力的增加而增

大。由此也可以看出 , 下沉式广场的覆土能有效的

减小底板的上浮量。

图 3

底板变形与水浮力的关系

图 4 工况 7, 底板变形 (最大值为 12. 1mm, 上浮4. 2 桩顶反力计算结果

桩顶反力结果如图 5所示 , 从图 5中可以看出 :

随着水浮力的增加 , 底桩顶反力由受压转为受拉 , 单桩上拔力随着水浮力的增加而增大 ; 当地下水位高于 -1. 7m 时 , 下沉式广场底板板底水浮力超过 45kN /m2

, 部分桩的上拔力就超过了桩基抗拔力承载力设计值 6. 3! 105

N; 下沉式广场的覆土能缓解桩的上拔力 ,

但仍有部分桩的抗拔力不足。

抗拔桩计算公式

抗拔桩计算公式 Nk≤Tuk/2+Gp Nk = 330kN Tuk = Σλiqsikuili = 4×0.4×(0.68×35×2.4+0.68×40×2.5+0.72×50×3.5+0.72×72×5.6) = 866.28kN Gp = 0.4×0.4×14×(25-10) = 33.6kN Tuk/2+Gp = 1129.32/2+39.58 = 466.74kN＞330kN 满足 ·群桩竖向抗拔承载力《建筑桩基技术规范》 5.4.5-1 Nk≤Tgk/2+Ggp Nk = 330kN n = 3 Tgk = ulΣλiqsikli /n= 5.2×(0.68×35×2.4+0.68×40×2.5+0.72×50×3.5+0.72×72×5.6) = 938.47kN Ggp = 1.68×14×(20-10)/3 = 78.4kN Tgk/2+Ggp = 938.47/2+78.4 = 547.14kN＞330kN 满足 ·桩身受拉承载力《建筑桩基技术规范》5.8.7 拉力全部由钢筋提供，已知桩所受轴向拉力N = 330kN。钢筋等级为HRB400。预应力筋抗拉强度设计值为1000MPa，用4根直径为9mm的预应力筋 N≤fyAs+fpyAps

Aps = 4×64 = 256mm² As = (N-fpyAps)/fy = (330×1000-1000×256)/360 = 206mm²根据《先张法部分预应力方桩》第5页 非预应力筋主筋直径不应小于14mm，A组桩最小配筋率不小于0.6% 根据最小配筋率则所需要钢筋截面面积至少为 As+Aps = A×0.6% = 960mm² 所需非预应力筋的钢筋截面面积为 As = 960-256 = 754mm² 配4根16的钢筋，实配面积As = 804mm² 此时桩身受拉承载力fyAs+fpyAps = 360×804+1000×256 = 545.44kN。

抗拔桩和抗压桩静载试验及结果分析

抗拔桩和抗压桩静载试验及结果分析 随着我国城市建设和施工技术的发展，各种高层建筑和大型地下工程迅猛发展，鉴于竖向承载和变形的要求，桩基础成为工程上首选的深基础形式。近年对于桩基础中抗压桩的受力性能已有较多研究，而抗拔桩的受力性能更多的是参考抗压桩经验，文中通过理论知识及实验分析，对试桩分别进行单桩竖向抗压与抗拔静载试验，从而分析对比两种桩型的受力情况及其差异性，得出了不同的荷載作用机理。成果可作设计施工参考。 标签：抗压桩；抗拔桩；载荷试验；受力性状；异同性 建筑物基础中采用的抗拔桩和抗压桩虽然荷载传递过程相似，但荷载的作用方向则相反，抗压桩指向岩土体，抗拔桩背离岩土体，这就使得抗拔桩与抗压桩在承载力构成、参数取值和破坏性质等方面均存在差异。相对于抗压桩，抗拔桩的研究尚不够深入。迄今为止，抗拔桩设计方法仍处于借鉴抗压桩设计方法阶段，即引入一个经验抗拔系数进行设计，使得抗拔桩的理论研究远远落后于工程实践。因此，研究抗压桩和抗拔桩的受力性状是十分重要的，剖析二者存在的差异性，才能更好地指导桩基设计和施工。 1、单桩竖向抗压静载试验 单桩竖向静载试验是指将竖向荷载均匀的传至建筑物基桩上，通过实测单桩在不同荷载作用下的桩顶沉降，得到静载试验的曲线或等曲线，然后根据曲线推求单桩竖向抗压承载力特征值等参数。目前，绝大多数静载试验是为工程验收提供依据，大多数为工程验收提供依据的静载试验，可按设计要求确定最大加载量，不进行破坏试验，即加载至预定最大试验荷载后终止加载。 目前大多数试验采用压重平台反力装置，将大于最大试验荷载的荷重在试验开始前一次性加上平台，试验时采用油压千斤顶分级加载，堆载则采用混凝土块作荷重，压重宜在检测前一次加足，并均匀稳固地放置于平台上，如图 1 所示。 试验加载采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载达到稳定标准后施加下一级荷载，直至达到最大试验荷载，然后分级卸载至零，若桩身破坏则试验结束。 2、单桩竖向抗拔静载试验 根据设计与规范要求，最大试验荷载3000kN，场地地基承载力较小，不满足反力条件，故需要在试验桩两侧各补1根反力桩，试验前需要进行主梁的刚度计算，确保满足最大试验荷载要求，加载方式为慢速法。 3、结果分析方法研究

抗拔桩承载力计算书

单桩承载力计算书 一、设计资料 1.单桩设计参数 桩类型编号1 桩型及成桩工艺：泥浆护壁灌注桩 桩身直径d = 0.500m 桩身长度l = 13.00m 桩顶标高81.00m 2.土层性能 3.勘探孔 天然地面标高96.00m 地下水位标高92.00m 注：标高均指绝对标高。 4.设计依据 《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008 二、竖向抗压承载力 单桩极限承载力标准值： Q uk = u∑q sik l i + q pk A p = 1.57 × (60 × 2.50 + 38 × 4.00 + 65 × 6.50) + 0 × 0.20 = 1138kN

单桩竖向承载力特征值R a = Q uk / 2 = 569kN 三、竖向抗拔承载力 基桩抗拔极限承载力标准值： T uk = ∑λi q sik u i l i = 0.75 × 60 × 1.57 × 2.50 + 0.72 × 38 × 1.57 × 4.00 + 0.55 × 65 × 1.57 × 6.50 = 714kN 四、基桩抗拔力特征值 R tu=T uk/2+G p=714/2+0.5x0.5x3.14x13x25x1.35=612Kn

桩身强度计算书 一、设计资料 1.基本设计参数 桩身受力形式：轴心抗拔桩 轴向拉力设计值：N' = 750.00 KN 轴向力准永久值：N q = 560.00 KN 不考虑地震作用效应 主筋：HRB400 f y = 360 N/mm 2 E s = 2.0×105 N/mm 2 箍筋：HRB400 钢筋类别：带肋钢筋 桩身截面直径：D = 500.00 mm 纵筋合力点至近边距离：a s = 35.00 mm 混凝土：C30 f tk = 2.01 N/mm 2 最大裂缝宽度限值：ωlim = 0.3000 mm 2.设计依据 《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008 《混凝土结构设计规范》GB 50010--2010 二、计算结果 1.计算主筋截面面积 根据《混凝土结构设计规范》式（6.2.22） N' ≤ f y A s + f py A py 因为不考虑预应力，所以式中f py 及A py 均为0 A s = N' f y = 750.000×103360 = 2083.33 mm 2 2.主筋配置 根据《建筑桩基技术规范》第4.1.1条第1款 取最小配筋率 ρmin = 0.597%

抗拔桩和抗压桩的机理分析及承载力计算

抗拔桩和抗压桩的机理分析及 承载力计算

文章编号:100926825(2020 092020 8202 抗拔桩和抗压桩的机理分析及承载力计算 收稿日期:2020 211223 简介:张正雨(19822,男,硕士,国家一级注册结构工程师,浙江大学建筑设计研究院,浙江杭州310027 尹晔(19822,男,工程师,杭州市高速公路管理局,浙江杭州310016 张正雨尹晔 摘要:通过分析抗拔桩与抗压桩桩周土在桩身部位及桩端部位应力路径的不同,阐述了抗拔桩和抗压桩不同的荷载传 递机理,在计算黏土地基中钻孔灌注桩的抗拔承载力时,针对抗压桩和抗拔桩侧阻在桩身部位和桩端部位土体应力的不同,引入了两个侧阻折减系数,并通过实例验证了公式的可行性。关键词:抗拔桩,抗压桩,侧阻,增强效应,应力路径中图分类 号:TU473.1文献标识码:A 现今,随着高层建筑和基础工程的大量涌现,桩基的使用越 来越多。对于抗压桩的荷载传递机理及承载力的计算,前人已做了大量的研究[1]。大量的文献证明[2,3],抗拔桩和抗压桩的荷载作用机理是有所不同的,它们的桩侧摩阻力也是有所差异的。深入研究抗拔桩的受力性状,剖析它与抗压桩之间存在的差异,能更好的指导抗拔桩的施工和设计,这是本文研究的意义所在。 1土的应力路径与桩的荷载传递机理1.1桩身部分土层的应力路径 无论是抗拔桩还是抗压桩,土体单元在受到剪切后,水平有效应力都不再是主应力,主应力的方向发生了旋转。剪应力越大,旋转角就越大。Roscoe (年[4]提出,在排水剪中:

τ σ′v =K ・tg φ(1其中,τ为施加的剪应力;σ′v 为竖向有效应力;K 为材料的 常数;φ为σv ′ 和大主应力之间的夹角。水平有效应力σ′r 的变化取决于土的应力应变性能,室内三轴试验证明[5]:一定密度的砂土,围压越小,剪胀越明显。当围压渐增到一定值时,砂土则表现为常体积,当围压增大时,则表现为剪缩。对于一定密度的正常固结黏土,三轴剪切试验中都表现为剪缩,且围压越大,剪缩越明显。不过,无论是抗压桩还是抗拔桩,如果土体剪缩,水平有效应力将减小,反之,则水平有效应力将增大。 Lehane 等(1993年[6]进行了松~中密石英砂中的桩静载试验,并测量了有效应力。并指出,荷载引起了土中径向有效应力的变化及桩土接触面处剪胀现象的产生。同时试验表明,在桩破坏时,抗压桩试验中的σ′v 大于抗拔桩试验的σ′v ,使抗拔桩侧阻小于抗压桩侧阻。 总结前人的研究,笔者认为造成抗拔桩侧阻不同于抗压桩侧阻的机理是:1荷载方向的不同,导致桩周土应力场有所不同。抗压桩桩周土应力场中平均应力不断提高,抗拔桩应力场中平均应力不断降低。2桩身材料泊松效应的影响,抗压桩桩身半径扩大,而抗拔桩桩身半径收缩,导致了桩周土中径向有效应力发生变化。3剪切应力的出现,使主应力方向发生了旋转。主应力方向转动的角度和荷载方向及残余应力场有关。 1.2桩端处土层的影响 图1,图2分别为抗压桩与抗拔桩受荷时桩侧平均摩阻力沿 桩身的分布图

抗拔桩

抗拔桩的研究与应用概述 摘要 近年来，随着高层建筑的不断涌现，基础的埋置越来越深，地下结构抗浮问题日益突出，在我国沿海地区曾出现过多起因地下室浮力而导致地下室破坏的事故。地下结构抗浮措施主要有：增加自重法、降排截水法、抗拔桩和抗浮锚杆以及新型的抗浮技术措施挤扩支盘桩等。不同的抗浮技术措施都各有其适用性，而合理的选择抗浮技术措施也越加重要。本文阐述了抗拔桩的研究背景和现状，以及几种常见的抗拔桩的破坏形态，最后根据抗拔桩的受力机理总结了抗拔桩的设计原理和施工工艺。 关键字：抗拔桩；破坏形态；成桩工艺；承载力 第1章绪论 1.1研究背景 我国人口基数庞大，随着城市化建设的大规模发展，人居矛盾日益突出。因此，合理开发、提高土地利用率成为了房建者愈加关注的热点，也必然要求土木研究人员不断完善理论体系，针对现实存在的问题做出相应的解决方案。21世纪以来，随着我国经济建设的快速发展，地下空间的利用成为了新的发展方向，也越来越多地受到人们的重视。但在我国沿海地区，地下水位普遍较高，在高水位土层中的地下建筑物、构筑物往往会承受较大的水浮力，这就给地下建筑物、构筑物的施工带来一定的难度。为减小水浮力对地下建筑的影响，通常需采取一定的措施。目前，地下工程的抗拔措施一般有锚板基础法、增加自重法和设置抗拔桩基础等。而采用抗拔桩基础已成为地下建筑物、构筑物抵抗地下水浮力的最主要措施之一。抗拔桩基础在沿海软土地区的应用非常广泛，地下广场、地下变电站、地下商场以及地铁等地下工程中很多都采用抗拔桩基础,高耸的塔式建筑物，如高压输电塔、电视塔以及通讯塔等一般都设置抗拔桩基础,承受水平荷载的建筑物、构筑物，如高桩码头因船舶停靠和系泊也需设置抗拔桩来承受水平力，抗拔桩广泛应用于大型地下室抗浮、高耸建筑物抗拔、海上码头平台抗拔、悬索

抗浮桩抗拔桩的抗压承载力计算

抗浮桩抗拔桩的抗压承载力计算抗浮桩和抗拔桩是土木工程领域中重要的抗压承载力计算问题。 本文将详细介绍这两种桩的概念、计算方法以及相关指导意义，旨在 帮助工程师和学生更好地理解和应用这些知识。 抗浮桩是指在水下工程中，为了抵抗水流或地下水的浮力作用而 设计和施工的桩基础。水的浮力对桩基础产生的压力可以是极大的， 如果不采取适当的措施，可能会导致桩基础浮起，损害工程的稳定性。因此，正确计算抗浮桩的抗压承载力非常重要。 对于抗浮桩的抗压承载力计算，一般采用经验公式或理论公式进行。其中，经验公式主要根据历史工程经验总结得出，适用于一定范 围的工程。而理论公式则基于力学原理和土力学理论，通过对土体和 水的力学特性进行分析和计算，得出更为精确的结果。 抗浮桩的抗压承载力计算主要涉及以下几个因素。首先是桩的净 侧阻力，即土体对桩身产生的抵抗力。其次是桩的端阻力，即桩端与 土体之间的摩擦力。此外，还需要考虑桩体的自重和水流对桩身的冲 刷力。 对于抗拔桩的抗压承载力计算，主要考虑桩的净侧阻力和桩的端 阻力。净侧阻力是土体对桩身产生的阻力，其大小取决于土壤类型和 桩身的变形。端阻力则是桩端与土体之间的摩擦力，也受土壤类型和 桩身变形的影响。因此，对于抗拔桩的抗压承载力计算，需要准确评 估土壤的性质和桩身变形情况。

在进行抗浮桩和抗拔桩的抗压承载力计算时，工程师需要掌握土力学和结构力学等方面的知识，能够准确评估土体的力学特性，并使用适当的公式和方法进行计算。此外，还需要合理选择桩的尺寸和布置方式，以及采取合理的加固措施，确保桩基础的稳定性和安全性。 总之，抗浮桩和抗拔桩的抗压承载力计算是土木工程领域中非常重要的问题。正确计算和评估桩基础的抗压承载力，能够为工程的设计和施工提供指导，确保工程的稳定性和安全性。因此，工程师和学生需要深入研究和理解相关知识，并灵活应用于实际工程中。通过不断探索和实践，我们将能够更好地应对和解决相关问题，为社会发展做出贡献。

抗拔桩荷载取值计算公式

抗拔桩荷载取值计算公式 引言。 在土木工程中，抗拔桩是一种常见的地基工程结构，它可以用来支撑建筑物或其他工程结构。在设计抗拔桩时，需要计算桩的荷载承载能力，以确保其能够承受设计荷载。本文将介绍抗拔桩荷载取值计算公式，以帮助工程师更好地设计和评估抗拔桩的承载能力。 抗拔桩荷载取值计算公式。 抗拔桩的荷载承载能力可以通过以下公式进行计算： Q = A σc + π D L τ。 其中，Q表示桩的荷载承载能力，A表示桩的横截面积，σc表示桩材料的抗压强度，D表示桩的直径，L表示桩的长度，τ表示土的抗剪强度。 该公式的第一部分A σc表示桩的端部承载能力，即桩材料的抗压强度乘以桩的横截面积。而第二部分π D L τ表示桩的侧面承载能力，即土的抗剪强度乘以桩的侧面积π D L。 在实际工程中，桩的荷载承载能力还需要考虑其他因素，如桩的安全系数、土的压缩性、桩与土的侧摩擦力等。因此，在使用该公式进行计算时，需要综合考虑这些因素，并根据实际情况进行修正。 应用举例。 为了更好地理解抗拔桩荷载取值计算公式的应用，我们举一个简单的例子来说明。 假设有一根直径为1m，长度为10m的抗拔桩，其材料抗压强度为10MPa，土的抗剪强度为5kPa。我们可以使用上述公式来计算该桩的荷载承载能力。

首先，计算桩的横截面积A： A = π (D/2)^2 = 3.14 (1/2)^2 = 0.785m^2。 然后，代入公式计算桩的荷载承载能力Q： Q = A σc + π D L τ。 = 0.785 10 + 3.14 1 10 5。 = 7.85MPa + 157kN。 = 7.85MPa + 157kN。 因此，该抗拔桩的荷载承载能力为7.85MPa + 157kN。 结论。 抗拔桩荷载取值计算公式是设计和评估抗拔桩承载能力的重要工具。通过该公式，工程师可以快速、准确地计算桩的荷载承载能力，从而为工程设计和施工提供重要的参考依据。然而，需要注意的是，在实际工程中，桩的荷载承载能力还需要考虑其他因素，如安全系数、土的压缩性等，因此在使用该公式时需要进行修正和综合考虑。希望本文对抗拔桩设计和评估工作有所帮助。

单桩竖向极限承载力和抗拔承载力计算书

塔吊基础计算书 一、计算参数如下： 非工作状态工作状态基础所受的水平力H：66.2KN22.5KN 基础所受的竖向力P：434KN513KN 基础所受的倾覆力矩M：1683KN.m1211KN.m 基础所受的扭矩Mk：067KN.m 取塔吊基础的最大荷载进行计算,即 F=513KN M=1683KN.m 二、钻孔灌注桩单桩承受荷载： 根据公式: （注：n为桩根数,a为塔身宽） 带入数据得 单桩最大压力:Qik压＝872.04KN 单桩最大拔力：Qik拔＝-615.54KN 三、钻孔灌注桩承载力计算 1、土层分布情况： 层号 土层名称 土层厚度（m） 侧阻qsia（Kpa） 端阻qpa（Kpa） 抗拔系数λi 4 粉质粘土 0.95 22 / 0.75 5 粉质粘土 4.6 13 / 0.75 7 粉质粘土 5.6 16 /

0.75 8-1 砾砂 7.3 38 1000 0.6 8-2 粉质粘土 8.9 25 500 0.75 8-3 粗砂 4.68 30 600 0.6 8-4a 粉质粘土 4.05 32 750 0.75 桩顶标高取至基坑底标高，取至场地下10m处，从4号土层开始。 2、单桩极限承载力标准值计算： 钻孔灌注桩直径取Ф800，试取桩长为30.0米，进入8-3层 根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）8.5.5条： 单桩竖向承载力特征值计算公式： 式中：Ra---单桩竖向承载力特征值； qpa,qsia---桩端端阻力，桩侧阻力特征值； Ap---桩底端横截面面积； up---桩身周边长度； li---第i层岩土层的厚度。 经计算： Ra=0.5024×600+2.512×（22×0.95+13×4.6+16×5.6+38×7.3+25×8.9+30×2.65）＝2184.69KN>872.04KN满足要求。 单桩竖向抗拔承载力特征值计算公式： 式中：Ra，---单桩竖向承载力特征值； λi---桩周i层土抗拔承载力系数； Gpk ---单桩自重标准值（扣除地下水浮力）

单桩竖向抗拔承载力计算及桩抗拔验算_secret

单桩竖向抗拔承载力计算及桩抗拔验算 一、设计依据 本工程地下一层，±0.000相当于黄海高程14.500m ，室外地坪标高为－1.500m ，地下室底板厚350mm ，地下室底板底标高为-5.600m 。根据中机工程勘察设计研究院提供的《xx 市xx 区国税局综合业务楼岩土工程勘察报告书》，抗浮设计的最高地下水位按设计地坪标高以下0.5m 考虑，即黄海高程为12.500m ，即相对标高为-2.000m ，水头H=5.60-2.0=3.60m 。 据地勘报告，砂质粘土的极限摩阻力标准值为60kPa ，抗拔系数0.70；可塑火山凝灰岩残积粘性土的极限摩阻力标准值为50kPa ，抗拔系数0.70；硬塑火山凝灰岩残积粘性土的极限摩阻力标准值为60kPa ，抗拔系数0.70。 二、单桩竖向抗拔承载力计算 1、根据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-94) 第5.2.18.2条， 对于二、三级建筑桩基，基桩抗拔极限承载力标准值可按下式计算： ∑⋅⋅⋅=i i sik i k l u q U λ 其中，k U -------- 基桩抗拔极限承载力标准值； i u -------- 破坏表面周长； sik q -------- 桩侧表面第i 层土的抗压极限侧阻力标准值； i λ -------- 抗拔系数。 单桩抗拔承载力设计值 s k U T γ=1，s γ---桩基竖向承载力抗力分项系数，取1.65 本工程场地土分布及土层厚度相对较为均匀，以zk7为例，假设桩长12m ，桩径 d = 500mm ，基桩抗拔极限承载力标准值 )70.08.56070.06.45070.06.160(5.0⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=∑πλi i sik i k l u q U ＋Gp = 740kN 单桩竖向抗拔承载力设计值为 ===60.1/740/s k U R γ462kN

抗拔桩设计原理及运用

抗拔桩设计原理及运用 引言： 抗拔桩是一种通过钢筋与土壤相互作用来防止基础结构发生抗拔的一种工程技术手段。抗拔桩的设计原理和运用十分重要，对于土建工程的安全稳定具有重要意义。本文将详细介绍抗拔桩的设计原理以及在工程中的运用。 一、设计原理 1.土壤规定涌出限制：土壤在应力作用下会出现流动，由于涌出现象产生的反作用力能够增大桩的抗拔能力。 2.桩身规定液化限制：土壤中的水分弥散于结构中，形成负反馈力，使得桩体成为液化状态，从而增加桩的抗风能力。 3.桩底规定下沉限制：桩身深入地下，挤压土壤，产生与上升方向相反的反向力，使得桩体具有抗下沉能力。 4.桩身规定旋转限制：桩身在受到外力作用时，产生一个与外力方向相反的旋转力，增加桩的抗旋力。 5.土壤规定推拔限制：挤压土壤，使得土壤充分密实，增加了桩的抗拔能力。 二、运用 1.多点抗拔桩设计：在桩群布置的位置上设置多个抗拔桩，使得整个结构的抗拔能力得到加强。多点抗拔桩的主要应用在软土地区和地震频繁的地区，能有效增加整体的抗震能力。

2.高抗拔桩施工技术：通过改善桩身内部的结构，增加钢筋和混凝土的密实度和强度，提高桩的抗拔能力。高抗拔桩适用于特别要求基础结构抗拔能力的工程，如高层建筑、大型桥梁等。 3.基础结构变形调控技术：通过改变基础结构的变形形态和控制变形速度，增加抗拔能力。包括土压平抗拔技术、楔块抗拔技术、沉桩式抗拔技术等。该技术适用于地质条件复杂的地区，能够减小地面沉降和变形。 4.整体化耐震技术：结合抗拔桩技术与其他抗震技术，综合提升基础结构整体的抗震能力。整体化耐震技术常应用于高压电力设施、核电站等重大工程中，能够保证结构的安全稳定。 三、工程案例 1.上海中心大厦：采用了多点抗拔桩设计，桩底设置了涌出限制，整个结构的抗拔能力得到加强，保证了建筑的安全稳定。 2.温州大桥：采用了特殊施工技术，通过提高桩身内部的钢筋和混凝土的密实度和强度，增加了桩的抗拔能力，确保了大桥的安全运行。 3.北京奥运会主体育场：采用了整体化耐震设计，结合了抗拔桩技术和其他抗震技术，使得整个体育场具有良好的抗震能力，能够在地震发生时保证观众的安全。 结论： 抗拔桩设计原理和运用是土建工程中的重要一环。通过合理的设计和适当的运用，能够增加基础结构的抗拔能力，保证工程的安全稳定。各种不同的抗拔桩设计和施工技术可以根据具体的工程需求进行选择和应用，以达到最佳的防护效果。

抗拔桩设计原理及运用

抗拔桩设计原理及运用 摘要：桩已广泛地用于各类工业与民用建筑物、构筑物的基础工程中，对于地下建筑物、自重比较轻而水平荷载又比较大的高耸构筑物、高宽比较大的高层建筑地下室承受巨大的水浮力作用而自重或压重不够时，桩就需要承受一个上拔荷载作用，桩的设计就涉及到一个“抗拔”问题。 关键词：桩；设计；承载力 Abstract: the pile is widely used in all kinds of industrial and civil buildings, structures foundation engineering, for the underground building, dead weight is light and horizontal load of the big and tall buildings, high wide of the big high-rise building basement bear huge water buoyancy effect and self-respect or pressure heavy enough, the pile would need to bear a pull on the load, the design of pile is involved a “resistance to pull out” problem. Keywords: pile; Design; Bearing capacity 与普通抗压桩相比，抗拔桩在设计要求（满足承载能力极限状态要求和正常使用极限状态要求)、设计方法(用分项系数表达的以概率理论为基础的极限状态设计方法、施工工艺(静压、振动、锤击、钻孔、人工挖孔、夯扩)等方面基本相同，但在受力特点、破坏机理、桩体设计和构造、单桩承载力的确定和测试、基础承台的设计和构造等方面却存在着较大的差异。本文主要从设计的角度出发，结合工程实践，对采用钢筋混凝土抗拔桩的基础设计需要考虑的一些问题进行综述，以供同行参考。 1 受力特点和破坏机理 对于一般工程桩来说抗拔力主要由桩侧摩阻力提供。当竖向拉力施加于桩顶时，上部桩身首先受到拉伸产生相对于土体的向上位移趋势，于是桩周土在桩侧界面上产生一个向下的摩阻力；荷载沿桩身向下传递过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程，上部的位移总是大于下部，因此上部的摩阻总是先于下部发挥出来。当桩侧总摩阻力达到极限时，桩便发生急剧的、不停滞的上拔而破坏。当承台下桩数较少、桩距较大时，抗拔桩的破坏形式常呈现非整体性－单桩拔出破坏；但当承台下桩数较多桩距较小时，桩和土常作为一个整体上拔而破坏－群桩整体破坏。 2 选型与设计 桩型选择：原则上讲能够承受轴向拉力的桩，都可以作为抗拔桩。但预制桩尤其是预应力混凝土管桩由于桩顶与承台之间连接、桩段之间连接的抗拉力得不到有效保证，致使不少工程事故发生，因此工程中抗拔桩多选用灌注桩，同时只要条件允许，桩端一般嵌入坚硬而埋深较浅的基岩中，如果基岩上覆土较厚，常在桩端设置扩大头或采用挤扩支盘桩等形式以提高抗拔力。

抗拔管桩的承载力及结构构造

抗拔管桩的承载力及结构构造 王离 (广东省土木建筑学会，广州510160) 摘要：结合广东省标准《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》的修订，对抗拔管桩单桩竖向抗拔承载力的确定以及抗拔管桩的结构构造包括桩身结构、接头、桩头与承台的连接作了较详细的介绍，提出了具体的质保措施，可供抗拔管桩的制作、设计、施工、监理和检测等人员参考。 关键词：抗拔管桩；单桩竖向抗拔承载力特征值；电焊接头；机械啮合接头；桩顶填芯混凝土 中图分类号：TU525 文献标识码：A 文章编号：1000-4637【2008)04—32—05 0 前言 在建筑工程中尤其是无上部结构的地下室以及地下停车场、污水处理池、深井泵房、船坞、人防和地铁工程；高耸结构如输电线铁塔、电视塔、烟囱的基础；锚锭基础以及在水平力作用下出现上拔力的建(构)筑物基础，如码头、挡土墙等，都有可能遇到工程结构的抗浮抗拔问题。 抗浮抗拔措施视具体情况而定，型式种类多样，最常见的是设置锚杆和抗拔桩。常用的抗拔桩型式主要有钻(冲)孔灌注桩、预制方桩和预应力管桩等。

抗拔管桩在广东乃至全国可说方兴未艾。据统计，广东现有管桩生产厂约55家，近五年来，每年生产销售管桩总量均在7000万延米以上，2007年多达9748万延米。建筑工程中用得最多的是4()0和5()0管桩，约占总销售量的75％左右。目前管桩基础90％以上是承受压力为主的承压桩，抗拔桩的数量不到总应用量的10％。但抗拔管桩只要在质量保证的前提下，会显示出其施工方便、工期短、造价便宜等许多优点，大有发展前途。可以预计，随着人们对抗拔管桩认识的不断加深，其应用量会逐年增多。本文重点对抗拔管桩的承载力计算及其结构构造，结合修订广东省标准《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》(以下简称新广东规程)的体会，作一些介绍和探讨。 1 抗拔管桩的单桩竖向抗拔承载力 抗拔管桩竖向抗拔承载力应根据桩身与桩周岩土的总抗拔摩阻力以及桩身抗拉强度的大小来确定，取两者中较小者。 1．1抗拔管桩竖向抗拔承载力特征值 其确定方法有以下3种：通过现场竖向抗拔静载试验确定；通过经验公式进行计算；通过高应变动测法进行估算。 1．1．1 通过现场抗拔静载试验确定 重要的工程或经验不足、地质条件复杂的地区，单桩竖向抗拔承载力特征值应通过现场抗拔静载试验确定，抗拔试验桩的数量，试验的开始时间、试验加载方法、加载终止条件等，各种地基基础设计规范或桩基检测技术规范都有规定，可按要求进行操作。 广东各地近几年来做了许多根管桩的抗拔静载试验，下面列出某