白曉宇， 秘金衛(wèi)， 王雪嶺， 張廣亮， 喬永勝， 許紹帥， 張明義

(1.青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院， 青島 266033； 2.中鐵建恒誠(chéng)實(shí)業(yè)有限公司， 珠海 519030； 3.上海同是科技股份有限公司， 上海 201203； 4.青島中建聯(lián)合集團(tuán)有限公司， 青島 266100； 5.甘肅鐵道綜合工程勘察院有限公司， 蘭州 730000)

近10年，中國(guó)工程建設(shè)發(fā)展如火如荼。由于城市人口持續(xù)增長(zhǎng)，人類(lèi)活動(dòng)日益頻繁，地下空間相比于地上空間有更好的發(fā)展前景，21世紀(jì)被譽(yù)為城市地下空間開(kāi)發(fā)利用的年代。但開(kāi)發(fā)利用地下空間的同時(shí)，必須考慮地下水浮力的影響。地下水位的取值在抗浮工程中起到關(guān)鍵性的作用，不同地區(qū)的抗浮工程，地下水位的取值方式也有一定的差異[1]。若地下水位取值不當(dāng)，將導(dǎo)致建筑物因浮力發(fā)生破壞而影響使用，甚至造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等問(wèn)題[2-3]。地下抗浮方式主要有以下3種：配重抗浮、錨固抗浮、摩擦抗浮?？拱螛妒抢脴扼w自重和樁側(cè)摩阻力來(lái)提供抗拔(浮)力，與其他抗浮措施相比，具有抗拔力高、對(duì)樁周土體擾動(dòng)小、能夠充分發(fā)揮原狀土的強(qiáng)度、免開(kāi)挖基坑、施工便捷以及性價(jià)比高等特點(diǎn)，在地下抗浮工程中的利用率越來(lái)越高[4-7]。黃俊光等[8]對(duì)多種抗浮方案的優(yōu)缺點(diǎn)做了簡(jiǎn)要對(duì)比，結(jié)果表明主被動(dòng)組合抗浮法(抗拔樁+降低水位)與其他抗浮措施相比不僅節(jié)約了成本，而且保證了基坑工程的安全度。

隨著如今大型工程的基礎(chǔ)埋深不斷擴(kuò)展，地下工程抗浮問(wèn)題日益突出，傳統(tǒng)抗浮技術(shù)措施如壓重法、降排地下水等已不能滿足工程所需，而且從環(huán)境和成本上難以管控?？拱螛蹲鳛橐环N抗浮措施，包括等截面抗拔樁、擴(kuò)底抗拔樁、微型抗拔樁等，能夠滿足各類(lèi)復(fù)雜工程的抗浮要求。在微風(fēng)化及中風(fēng)化花崗巖地層中，抗拔樁施工工藝類(lèi)似于抗浮錨桿，但其抗拔力大于抗浮錨桿，證明了在某些地層中使用抗拔樁抗浮的優(yōu)越性[9-11]。在深基坑工程中，由于地層條件的限制，工程施工進(jìn)度的加快，同時(shí)要求提高基坑的穩(wěn)定性，抗拔樁往往在深基坑開(kāi)挖之前就預(yù)先施工[12-14]。許多新型施工技術(shù)的研發(fā)大大提高了施工效率，對(duì)抗浮工程也有一定的積極影響[15-17]?，F(xiàn)將對(duì)抗拔樁在抗浮工程中的研究進(jìn)展進(jìn)行論述。

1 抗拔樁作用機(jī)制

中國(guó)眾多學(xué)者和工程技術(shù)人員在近10年對(duì)抗拔樁應(yīng)用在地下工程抗浮中的研究開(kāi)展了一定的工作，但并沒(méi)有完全掌握影響抗拔樁承載力的規(guī)律，對(duì)抗拔樁的研究大多停留在經(jīng)驗(yàn)上，系統(tǒng)和深入的研究相對(duì)較少，還沒(méi)有趨于完善的理論研究成果。國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家學(xué)者主要將目光集中在抗拔樁的應(yīng)力傳遞規(guī)律、抗拔樁樁頂荷載與受荷后樁體位移間關(guān)系(U-s曲線)、破壞形態(tài)及其機(jī)理等方面，并對(duì)此開(kāi)展了大量的研究工作。

抗拔樁在受到地下水浮力的作用時(shí)，依靠樁體的自重及樁與周邊土體的摩阻力提供抗拔力?？拱螛杜c樁周土共同組成樁-土系統(tǒng)內(nèi)相互作用共同完成荷載傳遞過(guò)程。隨著樁頂荷載的增加，樁體逐漸上移，帶動(dòng)樁周土體上移，進(jìn)而帶動(dòng)外圍土體向上移動(dòng)，這樣樁周土體間就會(huì)發(fā)生剪切變形。等截面抗拔樁抗拔時(shí)，主要以樁側(cè)摩阻力提供抗拔力，而變截面(擴(kuò)底)抗拔樁的抗拔力大部分由擴(kuò)大頭來(lái)提供，在樁側(cè)摩阻力達(dá)到極限值時(shí)，擴(kuò)大頭還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到極限值。有研究表明[18]，當(dāng)抗拔樁加載較小時(shí)，抗拔樁內(nèi)力分布和計(jì)算可以通過(guò)傳統(tǒng)計(jì)算理論得到，而當(dāng)加載量達(dá)到一定量級(jí)時(shí)，鋼筋和混凝土不再滿足變形協(xié)調(diào)條件，也就不再適用于抗拔樁的內(nèi)力計(jì)算。探究抗拔樁的應(yīng)力分布特性對(duì)研究抗拔樁在抗浮工程中的應(yīng)用普及有著舉足輕重的意義。

不同的地質(zhì)環(huán)境下可選擇不同類(lèi)型的抗拔樁，而隨著樁頂荷載的增加，不同類(lèi)型的抗拔樁的軸力變化也不盡相同。陳楊等[19]對(duì)鈣質(zhì)砂中鋁管樁樁身軸力的分布規(guī)律進(jìn)行了模型試驗(yàn)研究，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：模型樁樁頂處軸力最大，大小基本與所受的荷載一致，樁身的軸力隨深度增加而減小，并且減小的速率在逐漸增大，樁底處的軸力基本為0。楊柏等[20]對(duì)砂巖地質(zhì)下某一工程的擴(kuò)底抗拔樁進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)極限載荷試驗(yàn)，樁身軸力的分布曲線同樣滿足上述規(guī)律，并提出此時(shí)樁身軸力由鋼筋軸力和混凝土軸力組成，利用鋼筋計(jì)測(cè)得的不同斷面下的鋼筋應(yīng)力來(lái)計(jì)算。樁身相鄰兩斷面的側(cè)摩阻力合力值由兩個(gè)斷面的軸力差所決定。吳江斌等[21]采用雙套管技術(shù)分離樁身與周邊土體，對(duì)樁側(cè)注漿抗拔樁和擴(kuò)底抗拔樁的樁身軸力進(jìn)行了試驗(yàn)，研究表明，擴(kuò)底抗拔樁由于擴(kuò)大頭的存在，隨著樁頂試樁荷載的增大，擴(kuò)底抗拔樁距樁端附近的樁身軸力增長(zhǎng)幅度較大，而樁側(cè)注漿抗拔樁的樁身軸力增長(zhǎng)有限。

雖然抗拔樁在工程界已經(jīng)被認(rèn)為是一種可靠的抗浮措施，但是目前國(guó)內(nèi)外尚未有一套成熟的抗拔樁應(yīng)力傳遞機(jī)制，極大地限制了抗拔樁在巖土工程中的應(yīng)用。

2 等截面抗拔樁破壞形式

根據(jù)已有的研究表明，等截面單樁抗拔破壞形式主要有以下3種[22-26]：沿樁-土接觸界面的剪破；與樁長(zhǎng)等高倒圓錐臺(tái)剪破；復(fù)合剪切面剪破。如圖1所示。

圖1(a)所示破壞形式較為常見(jiàn)，其他兩種破壞形式只有在特定情況下才會(huì)出現(xiàn)。例如，只有在樁周土體為軟巖，并且樁體為粗短的灌注樁時(shí)，才會(huì)發(fā)生第二種倒錐體破壞。在硬黏土中的鉆孔灌注樁中則較多出現(xiàn)復(fù)合剪切面破壞，這是因?yàn)殂@孔灌注樁的側(cè)面非常粗糙，使得樁土能夠很好地黏結(jié)在一起，當(dāng)?shù)瑰F體土重不小于該界面樁-土之間的黏著力時(shí)，就會(huì)形成圖1(c)的破裂面。

圖1 等截面單樁抗拔破壞形式[22-26]Fig.1 Failure modes of uplift single piles[22-26]

3 抗拔樁承載力的研究

3.1 荷載-位移曲線

在樁基設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐中，確定抗拔樁的極限承載力是非常重要的，目前，研究人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到的荷載-位移曲線，根據(jù)失效判定準(zhǔn)則來(lái)確定極限承載力較為常用。楊碧蓮等[27]提出了一種頂拉抗拔樁在軸向荷載作用下的荷載-位移曲線擬合方法，并通過(guò)兩個(gè)工程實(shí)例的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明這一方法是合理有效的。楊柏等[28]在西南山區(qū)某一場(chǎng)地對(duì)兩根不同樁長(zhǎng)的抗拔樁進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，探究抗拔樁嵌巖段抗拔承載特性，得出的荷載-位移曲線如圖2所示(其中TP1試樁樁徑0.8 m，嵌入中風(fēng)化砂巖2.4 m，TP2試樁樁徑0.8 m，嵌入中風(fēng)化砂巖4.1 m)，從圖2可明顯看出：兩根樁的荷載-位移曲線整體上相似，初始加載，樁頂位移隨著樁頂荷載增加而緩慢增加，基本呈線性增大，在達(dá)到最大荷載之后，樁頂位移急劇增加，可判斷樁已破壞。TP2與TP1相比，TP2所能承受的最大荷載約是TP1的1.8倍，而樁頂位移相差并不是特別大。上述研究表明，抗拔樁增加樁長(zhǎng)可以明顯地增加其抗拔承載力，而對(duì)樁頂位移的影響則是有限的。

圖2 樁頂上拔荷載與樁頂位移關(guān)系曲線[28]Fig.2 Relation curve between pile top pulling load and pile top displacement[28]

擴(kuò)底抗拔樁通過(guò)增加少量的混凝土，對(duì)抗拔樁承載力的提高非常明顯，被廣泛應(yīng)用于地下抗浮工程[29-30]。為研究擴(kuò)底抗拔樁的變形能力和受力機(jī)理，許多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[31-34]。唐黔等[35]對(duì)某國(guó)家電網(wǎng)項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)底抗拔樁實(shí)測(cè)荷載-位移曲線，并采用不同數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)采用歸一化荷載-位移曲線雙曲線模型得到的極限承載力安全系數(shù)高達(dá)95%。姜偉[36]認(rèn)為當(dāng)樁長(zhǎng)達(dá)到一定長(zhǎng)度后，樁頂荷載很難傳遞到擴(kuò)大頭，擴(kuò)大頭的作用很難發(fā)揮，所以擴(kuò)大頭不適合應(yīng)用在超長(zhǎng)樁中。吳江斌等[21]開(kāi)展了有效樁長(zhǎng)19 m的樁側(cè)注漿抗拔樁和擴(kuò)底抗拔樁的極限載荷試驗(yàn)，分析了樁側(cè)注漿抗拔樁及擴(kuò)底抗拔樁在受到荷載變化時(shí)，樁頂位移隨荷載水平的變化規(guī)律，如圖3所示，BSBZ1為擴(kuò)底抗拔樁，BSBZ2為樁側(cè)注漿抗拔樁，BSBZ1和BSBZ2的樁長(zhǎng)和樁徑均相同。研究表明，兩種抗拔樁的荷載-位移曲線的總體發(fā)展趨勢(shì)比較類(lèi)似，隨著樁頂荷載的增加，在相同樁頂荷載作用下，樁側(cè)注漿抗拔樁樁頂位移大于擴(kuò)底抗拔樁樁頂位移，說(shuō)明擴(kuò)底抗拔樁具有更好的控制變形能力。

圖3 兩種樁型樁頂?shù)暮奢d位移曲線[21]Fig.3 Load-displacement curves of two types test piles[21]

抗拔載體樁[37]是一種抗拔承載力比較高的抗拔樁，與擴(kuò)底抗拔樁的主要區(qū)別在于承載力提高的原因不同。擴(kuò)底抗拔樁承載力大是由于樁側(cè)摩阻力隨著樁身直徑增大而顯著增加和擴(kuò)大段上部端承力等兩個(gè)部分。而抗拔載體樁承載力高的原因在于一是在成孔時(shí)樁側(cè)土受到擠壓，提高了樁側(cè)摩阻力，二是由于載體的錨固作用。

3.2 極限承載力研究

圖4 抗拔試驗(yàn)裝置示意圖[40]Fig.4 Schematic diagram of pull-out test device[40]

研究抗拔樁承載力時(shí)效性的發(fā)揮，對(duì)實(shí)際工程具有十分重大的意義[38-39]。張明義等[40]在青島東部沿海地區(qū)，采用慢速荷載法，利用自行設(shè)計(jì)的抗拔試驗(yàn)裝置(圖4)對(duì)砂土-風(fēng)化巖地基中鉆孔灌注樁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)靜荷載抗拔試驗(yàn)，研究鉆孔灌注樁的承載力隨休止期的變化。符合現(xiàn)行《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2018)[41]和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)[42]的有關(guān)規(guī)定，試驗(yàn)結(jié)果表明，抗拔承載力在休止期較短時(shí)，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)水平，當(dāng)休止期超過(guò)76 d后，抗拔承載力超過(guò)設(shè)計(jì)承載力約30%。研究結(jié)果與黃鋒等[43]研究的飽和黏性土地基中鉆孔灌注樁的承載力提高30%以上相吻合，由此猜測(cè)鉆孔灌注樁在兩種地基中均具有顯著的時(shí)效性。同時(shí)文獻(xiàn)[40]還比較了不同休止期抗拔樁的平均側(cè)摩阻力，發(fā)現(xiàn)抗拔樁的側(cè)摩阻力隨著休止期延長(zhǎng)而增加，且后期增長(zhǎng)低于前期。

針對(duì)抗拔樁極限承載力的理論研究，還沒(méi)有一套成熟的設(shè)計(jì)計(jì)算理論，大多停留在經(jīng)驗(yàn)性的基礎(chǔ)上。穆銳等[44]在靜力平衡原理的基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)值模擬，假設(shè)抗拔樁破壞模型是組合圓錐-復(fù)合型破壞模型，考慮了土巖組合地基中嵌巖端巖石風(fēng)化程度、巖石性質(zhì)、嵌巖深度等因素對(duì)抗拔樁極限承載力的影響，提出了一種土巖組合地層中抗拔樁極限承載力計(jì)算方法，該方法考慮了不同樁長(zhǎng)、不同土層厚度、不同嵌巖深度對(duì)抗拔樁極限承載力的影響。

穆銳模型樁極限承載力計(jì)算式為

(1)

抗拔樁的抗拔力依賴于樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮，擴(kuò)底抗拔樁往往比等截面抗拔樁更晚達(dá)到極限摩阻力。楊柏等[20]依據(jù)常林越等[45]的試驗(yàn)研究得出擴(kuò)頭段自重、擴(kuò)頭段側(cè)摩阻力豎向分量與擴(kuò)頭段法向應(yīng)力豎向分量之和即為擴(kuò)底抗拔樁擴(kuò)頭段的抗拔力的結(jié)論，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，建立了擴(kuò)底抗拔樁基樁受力模式，如圖5所示。

圖5 擴(kuò)底樁受力示意[20]Fig.5 The schematic diagram of forces on belled piles[20]

根據(jù)力的平衡原理得到了一種擴(kuò)底抗拔樁極限承載力的計(jì)算式為

Pu=PS+PB+WC=∑πDiLifsi+AfB+γCV

(2)

式(2)中：PS為等截面樁身提供的抗拔力；PB為擴(kuò)大頭段提供的抗拔力；WC為擴(kuò)底抗拔樁的自重；Di為等截面樁身的樁徑；Li為第i層巖土層厚度；fsi為等截面某第i巖土層極限側(cè)阻力值；A為擴(kuò)大頭圓錐臺(tái)側(cè)表面積；fB為錐形圓臺(tái)樁身豎向極限側(cè)阻力值；γC為樁身重度；V為樁身體積。式中fsi和fB通過(guò)Mohr-Coulomb強(qiáng)度理論計(jì)算。

張繼紅等[46]提出了一種抗拔樁樁側(cè)阻力的極限平衡方程，建立該方程的原理是將側(cè)阻力分成兩部分，一是摩擦力，二是樁-土黏結(jié)強(qiáng)度。以此方程為基礎(chǔ)，計(jì)算了東海風(fēng)電場(chǎng)某一抗拔樁的樁側(cè)阻力，與按照上海市《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[47]和《港口工程樁基規(guī)范》[48]兩種規(guī)范的計(jì)算結(jié)果相比更接近于實(shí)測(cè)值，很大程度上提高了計(jì)算精度。周同和等[49]為研究下部擴(kuò)大段復(fù)合樁抗拔承載力，建立了圖6的破壞模型假定，認(rèn)為當(dāng)擴(kuò)大段樁徑與非擴(kuò)大段樁徑比值較大時(shí)，可以忽略非擴(kuò)大段的摩阻力，基于此建立了單樁抗拔承載力計(jì)算公式，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了公式的合理性，正是由于擴(kuò)大段由于上端阻力的存在，增強(qiáng)了擴(kuò)大段摩阻力的發(fā)揮，減弱了非擴(kuò)大段摩阻力的發(fā)揮。

θ為假定錨桿上部滑裂面與豎向的夾角圖6 下部擴(kuò)大段復(fù)合樁破壞模型假定[49]Fig.6 Hypothesis of failure model for composite piles with enlarged section at lower part[49]

影響抗拔樁承載能力的因素有很多[50]，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員從樁樁身材料、樁長(zhǎng)、長(zhǎng)徑比等方面開(kāi)展了大量的研究。Emirler等[51]通過(guò)分析理論計(jì)算的結(jié)果，得出了樁的長(zhǎng)徑比、樁身材料和砂土的相對(duì)密實(shí)度等因素對(duì)抗拔樁承載性能的影響規(guī)律。在此之前，Kranthikumar等[52]采用相同的方法，得出了錨桿樁的長(zhǎng)徑比對(duì)其抗拔性能的影響規(guī)律。Gaaver[53]為探究樁長(zhǎng)對(duì)抗拔樁承載力的影響，進(jìn)行了抗拔荷載作用下的模型試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明，隨著樁身埋深的增加，抗拔樁的承載力顯著增加。陳楊等[19]進(jìn)行了鈣質(zhì)砂中單樁豎向的抗拔模型試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)了Gaaver模型試驗(yàn)得出的結(jié)論，并指出抗拔樁是摩擦樁，隨著埋深的增加，增加了樁和土的接觸面積，提供了更大的樁側(cè)摩阻力，從而使抗拔樁的承載力顯著增加。在實(shí)際抗浮工程中，部分抗拔樁不僅受到軸向荷載的作用，水平荷載也不可忽視，兩者的合力屬于傾斜荷載，徐海龍等[54]對(duì)在傾斜荷載作用下的抗拔樁的受力和變形特性進(jìn)行了總結(jié)，指出了存在的問(wèn)題及未來(lái)研究的重點(diǎn)。

4 數(shù)值模擬研究進(jìn)展

巖土體具有變異性、不連續(xù)性和多相性，模型的邊界條件、參數(shù)選用有一定的模糊性。數(shù)值模擬以其不可比擬的優(yōu)勢(shì)，極大地豐富了巖土工程問(wèn)題的處理方法。通過(guò)數(shù)值模擬的手段可以更全面更深入研究抗拔樁的變形性能和承載機(jī)制，部分學(xué)者依托實(shí)際工程進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到一些對(duì)工程有參考價(jià)值的結(jié)論[55-58]。陳旭等[59]結(jié)合工程實(shí)例和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，運(yùn)用FLAC3D軟件對(duì)嵌巖抗拔樁的極限承載力進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了施加第一級(jí)荷載到最后一級(jí)荷載的模擬結(jié)果。周鵬等[60]運(yùn)用FLAC3D有限差分軟件，對(duì)普通抗拔樁和擴(kuò)底抗拔樁在樁身軸力及樁側(cè)摩阻力的分布差異進(jìn)行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)由于兩者荷載作用點(diǎn)不同，樁身軸力沿深度分布規(guī)律相反，且前者受拉后者受壓，這一結(jié)果驗(yàn)證了文獻(xiàn)[61]得出的結(jié)論。杜明芳等[62]針對(duì)鄭州某一工程，通過(guò)分析ABAQUS有限元軟件建立的原樁土模型和注漿后的樁土模型，發(fā)現(xiàn)樁端樁側(cè)復(fù)式后注漿可彌補(bǔ)抗拔樁承載力不足的問(wèn)題。徐亞萍等[63]為研究自錨試樁荷載-位移曲線向傳統(tǒng)試樁荷載-位移曲線的轉(zhuǎn)換，將室內(nèi)模型試驗(yàn)的結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相互驗(yàn)證，得到了兩者之間的轉(zhuǎn)換公式。于丹等[64]通過(guò)對(duì)抗拔樁進(jìn)行加載模擬發(fā)現(xiàn)，得到的荷載傳遞特性符合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到的結(jié)果。

陳亞?wèn)|等[65]研究了樁徑、樁土截面摩擦角、樁頂加載速度以及土體孔隙率等因素對(duì)抗拔樁承載力的影響規(guī)律，根據(jù)室內(nèi)模型試驗(yàn)的結(jié)果，基于離散單元法構(gòu)建數(shù)值分析模型，經(jīng)過(guò)分析得到如下結(jié)論。

(1)抗拔樁承載力隨著樁徑增大而顯著增加，這是由于增加了樁土接觸面積，樁側(cè)摩阻力變大。

(2)抗拔樁承載力與樁土摩擦特性呈近線性關(guān)系。

(3)存在一個(gè)最優(yōu)樁頂加載速度，使得樁側(cè)摩阻力可充分發(fā)揮。

(4)處于松砂中的抗拔樁承載力要小于密砂。

王斌等[66]利用有限元分析軟件研究了不同距徑比對(duì)注漿成型螺紋樁的抗拔性能和變形的影響，圖7是在樁頂位移為50 mm時(shí)，不同距徑比螺紋樁樁周土的塑性應(yīng)變?cè)茍D。

圖7 樁頂位移為50 mm時(shí)土體塑性應(yīng)變?cè)茍D[66]Fig.7 Plastic strain nephogram of soil when pile fop (displacement of 50 mm)[66]

通過(guò)對(duì)以上3個(gè)具有代表性的應(yīng)變?cè)茍D分析，當(dāng)距徑比為0.5時(shí)，樁周土的塑性區(qū)主要集中在螺紋附近，沒(méi)有向四周開(kāi)展或開(kāi)展很??；當(dāng)距徑比為1.0時(shí)，樁周土的塑性區(qū)呈現(xiàn)拱形并向四周擴(kuò)展，且相鄰兩個(gè)螺紋的塑性區(qū)相連通，樁側(cè)摩阻力得以提高，致使螺紋樁的抗拔承載力大幅提高；當(dāng)距徑比為3.0時(shí)，樁周土塑性區(qū)開(kāi)展范圍更大，但由于相鄰螺紋相距較遠(yuǎn)，塑性區(qū)難以連通，而且樁長(zhǎng)一定時(shí)，螺紋數(shù)量相對(duì)較少，螺紋附近樁周土塑性變形量減小，單樁抗拔承載力降低。

5 結(jié)論

抗拔樁作為一種重要的基礎(chǔ)形式，以其經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)、出色的力學(xué)性能、適用性廣、施工方便、高性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)在中國(guó)抗浮工程中日益受到重視，被廣泛采用。對(duì)抗拔樁在國(guó)內(nèi)外抗浮工程中的應(yīng)用研究進(jìn)行了以下總結(jié)。

(1)回顧了國(guó)內(nèi)外抗拔樁在抗浮工程中的作用機(jī)制、破壞形式等方面的試驗(yàn)進(jìn)展，并根據(jù)當(dāng)前存在的不足和行業(yè)現(xiàn)狀提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

(2)歸納分析了抗拔樁的荷載-位移變化特征，以及不同截面形式的抗拔樁在考慮樁身和圍巖條件下承載力的計(jì)算公式，總結(jié)了樁長(zhǎng)、樁徑、圍巖性質(zhì)、施工工藝等因素對(duì)抗拔樁承載力的影響規(guī)律。

(3)梳理了抗拔樁在抗浮工程中的數(shù)值模擬研究進(jìn)展，通過(guò)數(shù)值分析方法結(jié)合室內(nèi)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，能夠?qū)Σ煌刭|(zhì)條件下的抗拔樁的受力特性和位移特征進(jìn)行精細(xì)化分析，推動(dòng)抗拔樁在抗浮工程乃至整個(gè)巖土工程中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

6 研究展望

將抗拔樁應(yīng)用于地下室抗浮、構(gòu)筑物抗浮以及海上平臺(tái)抗浮等工程中，不僅可以充分發(fā)揮原狀土的強(qiáng)度和變形特征，而且抗拔樁可同時(shí)起到抗拔和抗壓的作用。在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上考慮，雖然抗拔樁在增加有限造價(jià)的情況下，被認(rèn)為是一種可靠的抗浮措施，但是中國(guó)針對(duì)抗拔樁在抗浮工程中的研究起步相對(duì)較晚，研究還不夠全面，仍然存在如下待完善之處。

(1)對(duì)于抗拔樁的研究，沒(méi)有成熟的設(shè)計(jì)計(jì)算理論，大多都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或借助抗壓樁來(lái)計(jì)算，應(yīng)繼續(xù)完善或修改《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2018)中抗拔樁在抗浮工程中的相關(guān)規(guī)定。

(2)在實(shí)際工程中因現(xiàn)場(chǎng)圍巖性質(zhì)、樁本身的參數(shù)及施工要求，樁土相互作用效果也存在差異，所以不同工程的抗拔樁其極限承載力應(yīng)采用不同的計(jì)算方式，應(yīng)對(duì)抗拔樁承載力計(jì)算公式進(jìn)行相應(yīng)的修訂。

(3)目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)抗拔樁的研究主要集中在其破壞形態(tài)上，尤其是嵌巖樁，還無(wú)法系統(tǒng)深入地揭示抗拔樁的荷載傳遞機(jī)理。

(4)對(duì)抗拔樁在抗浮工程中服役期的變形研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，應(yīng)考慮抗拔樁在長(zhǎng)期地下水的浮力(長(zhǎng)期循環(huán)荷載)作用下，出現(xiàn)的樁身開(kāi)裂、鋼筋在侵蝕介質(zhì)作用下發(fā)生銹蝕以及樁身力學(xué)性能演化特性等問(wèn)題。

考慮到中國(guó)未來(lái)對(duì)城市地下空間開(kāi)發(fā)利用中結(jié)構(gòu)抗浮的必要性、施工技術(shù)的發(fā)展以及實(shí)際工程中抗浮的具體需求，結(jié)合以往發(fā)生的抗浮工程事故，對(duì)抗拔樁在抗浮工程中的應(yīng)用提出以下幾點(diǎn)思考。

(1)研發(fā)異形抗拔樁。例如擴(kuò)底抗拔樁，相比于等截面抗拔樁，擴(kuò)底抗拔樁由于擴(kuò)大頭的存在會(huì)顯著提高抗拔樁的極限承載力，開(kāi)發(fā)出更合理的截面形式，完善補(bǔ)充擴(kuò)底抗拔樁的設(shè)計(jì)計(jì)算理論。

(2)結(jié)合圍巖性質(zhì)調(diào)整樁身構(gòu)造、樁土接觸面形式，從而增加樁土接觸面積，增大樁側(cè)摩阻力，探究抗拔樁與樁周巖土體的最佳接觸狀態(tài)。

(3)結(jié)合最新的數(shù)值模擬方法以及滲流理論，按力學(xué)參數(shù)劃分圍巖土層，進(jìn)而計(jì)算抗拔樁的極限抗拔承載力，揭示抗拔樁在不同地質(zhì)條件下的力學(xué)性能及荷載傳遞規(guī)律。

(4)結(jié)合先進(jìn)的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試技術(shù)，對(duì)服役期的抗拔樁進(jìn)行跟蹤測(cè)試，完善抗拔樁的應(yīng)力演化機(jī)制，確?？拱螛妒褂眠^(guò)程中的安全性。

(5)創(chuàng)新抗浮工程中的單一抗浮措施，開(kāi)發(fā)新的抗浮技術(shù)，如用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋代替鋼筋，一方面解決永久性工程中鋼筋的銹蝕問(wèn)題，另一方面纖維增強(qiáng)復(fù)合材料屬于綠色材料、低碳環(huán)保、從而推動(dòng)綠色發(fā)展，實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。