沈陽地區(qū)深基坑開挖條件下抗拔樁承載力檢測分析★

李洪嘉 王朝祥 張 超

(1.遼寧有色基礎(chǔ)工程公司，遼寧 沈陽 110000； 2.遼寧省有色地質(zhì)局勘察研究院，遼寧 沈陽 110013)

·巖土工程·地基基礎(chǔ)·

沈陽地區(qū)深基坑開挖條件下抗拔樁承載力檢測分析★

李洪嘉1，2王朝祥1，2張 超1，2

(1.遼寧有色基礎(chǔ)工程公司，遼寧 沈陽 110000； 2.遼寧省有色地質(zhì)局勘察研究院，遼寧 沈陽 110013)

以沈陽某商業(yè)樓為例，根據(jù)試驗(yàn)樁的實(shí)際檢測結(jié)果，對地面、坑底抗拔樁的極限承載力特點(diǎn)進(jìn)行了分析，指出單樁極限承載力的消弱可達(dá)19.2%，為今后沈陽地區(qū)埋頭樁的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

深基坑，抗拔樁，極限承載力

0 引言

近年來，隨著城市的快速發(fā)展，城市人口的增長和人類活動的增加，大型、超大型建筑越來越多，有限的地面空間已經(jīng)難以滿足人們的需求，這就要求人們更加迫切的開發(fā)利用地下空間，比如地鐵、地下商場、高層建筑的地下室等。受到地下水的影響，其地下構(gòu)筑物受到的上浮力是巨大的，為了平衡這種上浮力，必須進(jìn)行有效的措施，而抗浮力的抗拔樁就應(yīng)運(yùn)而生。

現(xiàn)在國內(nèi)比較通行的做法是先進(jìn)行基坑開挖，后進(jìn)行抗拔樁施工。而抗拔樁在基坑開挖之前就進(jìn)行施工，也就是所謂的“埋頭樁”，在國內(nèi)比較少見，成功的例子也比較鮮見[1]。雖然只是施工順序的改變，但是在工期進(jìn)度方面，效率的提高是很明顯的。這在城市建筑施工中，所產(chǎn)生的效益是不可估量的。

目前，國內(nèi)對于抗拔樁的理論研究比較少，一般而言，抗拔樁的承載力設(shè)計(jì)都是根據(jù)抗壓樁的理論及經(jīng)驗(yàn)，乘以一個(gè)折減系數(shù)。對于設(shè)計(jì)人員而言，為了保證建筑物的安全，往往會比較偏于安全的保守設(shè)計(jì)[2]。而埋頭樁的理論研究就更加少了，鮮有報(bào)道。尤其是開挖卸荷的過程當(dāng)中，其樁周土體圍壓減小，土體自然回彈對樁基產(chǎn)生正摩阻力，會一定程度上削弱其承載力，其影響程度會有多大，是我們需要研究的。本文以基坑設(shè)計(jì)深度16 m的沈陽某商業(yè)樓為例，通過對試驗(yàn)樁的實(shí)際檢測結(jié)果進(jìn)行分析，初步回答了這個(gè)問題，為今后在沈陽地區(qū)埋頭樁的設(shè)計(jì)提供了參考。

1 抗拔試驗(yàn)樁的設(shè)計(jì)

沈陽某商業(yè)樓，基坑設(shè)計(jì)開挖深度為16 m，抗拔樁采用等截面鉆孔灌注樁(壓灌樁)，樁直徑為400 mm。樁身鋼筋采用14Φ22，樁身混凝土強(qiáng)度采用C30，抗拔承載力特征值為480 kN，樁長為10 m。

抗拔樁試驗(yàn)樁共設(shè)置9根，其中有6根埋頭樁，3根工程樁。場地內(nèi)均勻分布，間距不小于20 m，樁有效長度均為10 m，上部埋頭長度為16 m，鋼筋露出地表1 m，以備靜載試驗(yàn)需要。樁基的工藝流程、鋼筋配比、混凝土型號完全相同，可視為同性狀體。

試驗(yàn)樁編號為SY1，SY2，SY3，SY4，SY5，SY6，工程樁編號為GC1，GC2，GC3。試驗(yàn)樁SY1，SY2和SY3，需要在地面上進(jìn)行靜載試驗(yàn)。試驗(yàn)樁的樁頂位于地面下約16 m處。如果在常規(guī)的開挖情況下，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，計(jì)算出開挖段的側(cè)摩阻力，然后將其從地面檢測樁的承載力值內(nèi)扣除，即可算出該樁的有效樁長范圍內(nèi)的承載力。然而，對于埋深較大的樁，這種算法顯然是不合理的，還有可能帶進(jìn)來很大的誤差，造成工程事故。那么，如何能夠扣除樁頂以上深埋段的土體側(cè)摩阻力，是首先要解決的問題。本次試驗(yàn)中，借鑒與上海某工程試驗(yàn)樁的做法，采用“雙鋼套管法”[3]，使樁頂部以上部分，實(shí)現(xiàn)樁土分離，這就完全消除了樁與樁頂上部分土體的接觸，可以較為準(zhǔn)確的測試出試驗(yàn)樁的單樁承載力。

試驗(yàn)樁SY4，SY5和SY6，是等待基坑完全開挖至坑底時(shí)，土體回彈力完全消散之后再進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)。

工程樁GC1，GC2和GC3，是等待基坑完全開挖至坑底時(shí)，土體回彈完全消散后，打設(shè)的抗拔樁。

2 試驗(yàn)樁的檢測結(jié)果與分析

1)抗拔樁的規(guī)格和特性見表1。

表1 抗拔樁的規(guī)格和特性

2)靜載荷試驗(yàn)方法。

抗拔樁靜載試驗(yàn)采用慢速維荷載法，利用加固后的天然地基做反力，利用RS-JYB型樁基靜載荷測試分析儀，通過200 t電動油壓千斤頂加壓，荷載通過100 MPa壓力表量測，用兩塊大行程百分表監(jiān)測樁頂上拔位移量。加載量每級50 kN，靜載荷試驗(yàn)加載至試驗(yàn)樁達(dá)到破壞為止。

3)試驗(yàn)結(jié)果與分析。

各試驗(yàn)樁的檢測結(jié)果見表2，表2的數(shù)據(jù)結(jié)果表明：

a.同等條件下，在地面上測試的樁的極限承載力最大，為1 300 kN，大于預(yù)估單樁抗拔極限承載力[4]，這是由于樁頂上部荷載起到壓實(shí)的作用，使得其樁身的側(cè)摩阻力增大?；哟竺娣e開挖卸荷至坑底，使得樁身周圍土體壓力降低，必然會降低樁的承載力，根據(jù)測試結(jié)果，此時(shí)的極限承載力值為1 050 kN，小于地面試樁的極限承載力值，而且也小于預(yù)估單樁抗拔極限承載力值，影響程度達(dá)到19.2%，可見，基坑開挖條件對于抗拔樁承載力的消弱是不可忽視的。而在坑底后打設(shè)的試驗(yàn)樁檢測結(jié)果表明，極限承載力值為1 100 kN，滿足設(shè)計(jì)要求，由于不受基坑開挖的影響，其承載力反映抗拔樁的真實(shí)抗拔能力。

表2 試驗(yàn)樁檢測結(jié)果匯總表

b.由于本工程的抗拔樁設(shè)計(jì)方案是先開挖后施工，檢測結(jié)果也表明抗拔樁承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為1 100 kN。但同時(shí)不可忽視的是，受到基坑開挖的影響，本來應(yīng)該達(dá)到設(shè)計(jì)要求的抗拔樁，也出現(xiàn)了問題。這就說明，如果以后要設(shè)計(jì)埋頭樁，就不能簡單的按照基坑開挖之后的抗拔樁施工方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，而是要留出一定的安全儲備系數(shù)。

3 結(jié)語

1)在試驗(yàn)樁檢測過程當(dāng)中，為了克服埋頭樁頂土體的側(cè)摩阻力影響，首次在沈陽地區(qū)采用了“雙鋼套管法”，實(shí)現(xiàn)了對抗拔樁上部側(cè)摩阻力的扣除，增加了實(shí)驗(yàn)的可靠性。

2)埋頭樁在原始地表測試，極限承載力值要大于基坑開挖之后的值。這是由于基坑開挖的過程中，土體的回彈隆起消弱了抗拔樁的承載能力。而基坑開挖之后打設(shè)的試驗(yàn)樁的極限承載力介于兩者之間，也證實(shí)了深層地下基坑開挖對抗拔樁產(chǎn)生了較大的影響。排除外界因素及施工的復(fù)雜性，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對于等截面樁，由于土體回彈隆起而對抗拔樁的消弱能力可達(dá)19.2%，因此，設(shè)計(jì)人員就能夠在保證工程安全的前提下，盡可能的減少抗拔樁的數(shù)量，達(dá)到經(jīng)濟(jì)性、合理性。

3)由于本次只對單樁進(jìn)行試驗(yàn)，并未考慮樁與樁之間的影響，因而，本次結(jié)論也具有一定的局限性。應(yīng)該采用適當(dāng)?shù)姆椒?，考慮群樁的情況下，研究其承載力的影響程度。數(shù)值模擬方法是經(jīng)濟(jì)有效的方法，但是考慮到實(shí)際地層、施工的復(fù)雜性，完全依靠理論性的數(shù)值模擬，往往會存在不可預(yù)見的誤差或錯(cuò)誤。最佳的方法還是數(shù)值模擬試驗(yàn)結(jié)合實(shí)際檢測結(jié)果進(jìn)行綜合研究，通常使用有限元法進(jìn)行分析。

[1] 朱火根,孫加平.上海地區(qū)深基坑開挖坑底土體回彈對工程樁的影響[J].巖土工程界，2006,8(3):43- 46.

[2] 原俊杰.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工中的安全度和變形控制[J].山西建筑，2013,39(5):51-53.

[3] 王衛(wèi)東,翁其平,吳江斌.上海世博500 kV地下變電站超深抗拔樁的設(shè)計(jì)與分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2007,37(5)：107-110.

[4] 徐 和,劉云云.樁的抗拔承載力預(yù)估[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，22(3):385-389.

Testing analysis on uplift pile bearing capacity under deep foundation conditions in Shenyang region★

Li Hongjia1,2Wang Chaoxiang1,2Zhang Chao1,2

(1.LiaoningNonferrousFoundationEngineeringCompany,Shenyang110000,China； 2.LiaoningAcademyofNonferrousGeologyBureauSurvey,Shenyang110013,China)

Taking the commercial building in Shenyang as an example, according to actual testing pile detection results, the paper analyzes ultimate bearing capacity features of ground surface and bottom foundation uplift pile, and points out that: the ultimate bearing capacity of single pile can be reduced by 19.2%, which has provided some guidance for embedded pile design in Shenyang region.

deep foundation, uplift pile, ultimate bearing capacity

1009-6825(2015)07- 0041- 03

2014-12-26 ★：沈陽市科技計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：F13-165-9- 00)

李洪嘉(1980- )，男，工程師

TU473.11

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