陳 斌

(福建省華廈能源設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350003)

0 引言

隨著城市地下空間的開(kāi)發(fā)利用，地下工程的規(guī)模和深度也在不斷加大，其抗浮問(wèn)題日益突出，因受地下水浮力的影響發(fā)生地下室等地下工程結(jié)構(gòu)上浮，隆起，開(kāi)裂破壞的案例不在少數(shù)。因此，地下工程的抗浮問(wèn)題是工程設(shè)計(jì)中不容忽視的重點(diǎn)問(wèn)題，尤其在上部無(wú)建筑物的地下室或是高層裙房下的地下室抗浮問(wèn)題尤為突出。

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(PHC管樁)具備施工簡(jiǎn)便易控制、施工速度快，樁身強(qiáng)度高、質(zhì)量穩(wěn)定，基礎(chǔ)質(zhì)量有保證，基礎(chǔ)造價(jià)相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，在建筑工程中應(yīng)用廣泛。但PHC管樁作為抗浮樁時(shí)常存在不同意見(jiàn)，由于設(shè)計(jì)人員對(duì)PHC管樁的抗浮性能及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)控制不全面，原本可以采用PHC管樁作為抗拔樁的地下工程項(xiàng)目，最終沒(méi)有選擇PHC管樁，而選用造價(jià)更高的沖鉆孔灌注樁或其它措施來(lái)解決抗浮問(wèn)題。

本文結(jié)合某地下室工程實(shí)例，從樁身強(qiáng)度、接點(diǎn)強(qiáng)度及樁側(cè)抗拔力等方面，分析探討PHC管樁在地下工程中作為抗拔樁時(shí)對(duì)樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求、樁體連接處的強(qiáng)度驗(yàn)算及其它主要注意事項(xiàng)等，同時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)抗拔靜載荷試驗(yàn)以驗(yàn)證其可靠性，供相似地下工程抗浮設(shè)計(jì)參考借鑒。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

該工程位于福州市鼓樓區(qū)西二環(huán)路某新建住宅小區(qū)，小區(qū)擬建6棟28～30層住宅樓，住宅樓下及住宅樓之間設(shè)2層地下室，框剪結(jié)構(gòu)，室外地面設(shè)計(jì)標(biāo)高7.20m。地下室總埋深9.25m，底板標(biāo)高-2.05m，地下室頂板厚0.30m，底板厚0.25m，室內(nèi)建筑面層厚0.10m，頂板上覆土厚度1.00m，典型柱網(wǎng)7.90m×8.20m，地下室典型剖面如圖1所示。

擬建場(chǎng)地屬福州小盆地地貌單元，地形地貌開(kāi)闊平坦，最高地下水位標(biāo)高為6.20m，場(chǎng)地地下水及地基土對(duì)建筑材料具有弱腐蝕性。典型巖土層分布及巖土層參數(shù)如表1所示。

表1 巖土層參數(shù)

圖1 地下室典型剖面示意圖

1.2 抗拔樁選型及設(shè)計(jì)

該工程地下室底板位于③淤泥層中，該土層強(qiáng)度和變形均不能滿(mǎn)足高層住宅樓及地下室荷載的要求，經(jīng)多方案比較，該工程基礎(chǔ)選用了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)。

對(duì)于直接位于高層住宅樓下的地下室抗浮，主要是施工期間的臨時(shí)抗浮問(wèn)題，可通過(guò)施工期的臨時(shí)降排水措施解決。對(duì)于住宅樓之間的純地下室部分，則屬于永久性抗浮問(wèn)題，需通過(guò)抗浮驗(yàn)算，并采取相應(yīng)的抗浮措施。

綜合場(chǎng)地水、土對(duì)建筑材料的腐蝕性，結(jié)合住宅樓主樓的基礎(chǔ)型式，該工程純地下室地段選用工程樁作為抗拔樁，選用樁型PHC 500 AB 125-14，以⑨砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層作為樁端持力層，樁端進(jìn)入持力層4.0m，樁長(zhǎng)約27.95m，當(dāng)水位低、水浮力小時(shí)作為基礎(chǔ)承壓樁，當(dāng)水位高、水浮力大時(shí)作為抗拔樁，大大節(jié)省了基礎(chǔ)造價(jià)。

該工程地下室水壓力F浮=(9.25-1.00)×10=82.50kPa，地下室自重F抗=覆土1.00×18+砼梁板(0.30+0.25+0.25+0.30)×25+底板面層(0.10+0.10)×20=49.50kPa，F(xiàn)浮>F抗，依靠地下室的自身重量無(wú)法滿(mǎn)足抗浮要求。

該工程取純地下室地段典型柱網(wǎng)7.90m×8.20m位置進(jìn)行比較分析，單柱上浮力Fk=(82.50×1.05-49.50)×7.90×8.20=2405kN。查表[1]，PHC 500 AB 125樁身軸心受拉承載力設(shè)計(jì)值[N]=918kN，該工程樁身軸心受拉承載力特征值取680kN，2405kN/680kN=3.54，地下室單柱下設(shè)置4樁可滿(mǎn)足抗拔要求。單柱4樁按樁中心距2m矩形布置。

1.3 抗拔承載力驗(yàn)算

在上拔力的作用下，抗拔樁的破壞模式主要包括兩大類(lèi)：一種是樁身材料強(qiáng)度不足，出現(xiàn)樁身混凝土或鋼筋被拔斷破壞以及樁接點(diǎn)破壞等；一種是樁體從巖土中拔出的破壞，包括單樁樁體被拔出的破壞，以及群樁連帶群樁所包圍的巖土體整體被拔出的破壞，即非整體破壞模式及整體破壞模式。

1.3.1樁身及接點(diǎn)強(qiáng)度

(1)樁基按樁身軸心受拉承載力布置，滿(mǎn)足樁身強(qiáng)度抗拔要求。

(2)根據(jù)福建省管樁技術(shù)規(guī)程[1]，Qct=680kN<(σpc+ft)A=(6.02+2.22)×1000×[3.14×(0.252-0.1252)]=1213kN，樁身強(qiáng)度滿(mǎn)足抗裂要求。

1.3.2樁體拔出破壞

單樁樁體被拔出的破壞和群樁連帶群樁所包圍的巖土體整體被拔出的破壞，對(duì)該類(lèi)破壞的樁基承載力驗(yàn)算按樁基規(guī)范[2]公式進(jìn)行：

Nk≤Tuk/2+Gp，Tuk=∑λisikuili；

(1)非整體破壞

Tuk=∑λisikuili=3.14×0.5×(0.70×6.55×12+0.70×2.10×50+0.70×7.30×15+0.60×3.50×70+0.70×2.00×70+0.70×2.50×90+0.65×4.0×120)=1443.8kN；

Gp=3.83×27.95-3.14×0.252×27.95×10=52.2kN；

Nk=680kN

(2)整體破壞

Ggp=(樁重208.8+土重1210.8)/4=355kN；

Nk=680kN

2 單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)

為了驗(yàn)證該工程PHC管樁的抗拔性能，確保安全，施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范[2-3]及設(shè)計(jì)要求，選取了3根工程樁進(jìn)行單樁豎向抗拔靜載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程采用慢速維持荷載法，單樁最大上拔荷載取1360kN，最終最大上拔量為13.69mm，試驗(yàn)全過(guò)程均滿(mǎn)足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)結(jié)果

由此可見(jiàn)，該工程PHC管樁單樁豎向抗拔極限承載力不小于1360kN，與上述分析計(jì)算的結(jié)果吻合，能滿(mǎn)足擬建地下室的抗拔承載力要求。

3 結(jié)論

在一定條件下，PHC管樁作為抗拔樁完全能滿(mǎn)足要求，技術(shù)上可行，是一種經(jīng)濟(jì)效益明顯的抗拔樁樁型。

PHC管樁作為抗拔樁，抗拔承載力主要由樁身、樁接頭以及樁側(cè)等部位的抗拉力綜合確定，其抗拔承載力直接受樁體最薄弱的部位控制，各部位強(qiáng)度及驗(yàn)算均需滿(mǎn)足抗拔承載力要求，缺一不可。用管樁內(nèi)孔填芯混凝土中的鋼筋作為抗拔樁的受力鋼筋時(shí)，填芯混凝土的灌注深度及質(zhì)量直接影響到抗拔力的傳遞，設(shè)計(jì)及施工時(shí)應(yīng)慎重處理，必要時(shí)應(yīng)通過(guò)抗拔試驗(yàn)確定。另外，作為抗拔樁，對(duì)樁體質(zhì)量的要求極高，從生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工沉樁等各個(gè)環(huán)節(jié)必須確保樁體質(zhì)量滿(mǎn)足要求以及不受破壞。

[1] DBJ13-86-2007 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程[S].福州：福建省建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)辦公室，2007.

[2] JGJ 94-2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[3] JGJ 106-2014 建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[4] 10G409 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

[5] 楊振仲．預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁抗拔承載力分析[J]．福建建筑，2016(7).

[6] 李宏偉．淺析預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土抗拔管樁的連接接頭方式[J]．福建建筑，2013(3).