某工程地下車庫(kù)抗拔樁偏位處理方案分析

戴志成 陸春華

本文針對(duì)某工程地下車庫(kù)抗拔樁整體偏位問(wèn)題，采用承臺(tái)相應(yīng)外擴(kuò)，并在偏心方向設(shè)置附加暗梁的處理方案，補(bǔ)充分析了此方案在樁偏心后基礎(chǔ)的承載力驗(yàn)算、沖切驗(yàn)算及抗彎驗(yàn)算，并采用有限元補(bǔ)充分析了柱墩受力，得出該處理方案技術(shù)可行，可為類似項(xiàng)目提供參考。

一、工程概況

本工程位于蘇州高新區(qū)，為某一住宅地下車庫(kù)。地下室總建筑面積為4.808萬(wàn)㎡，為單層地下室，層高3.6m，與主體結(jié)構(gòu)連為一個(gè)整體。其典型柱網(wǎng)為5.1×8.1m。地庫(kù)典型平面圖見圖1。

圖1 建筑平面圖

地下車庫(kù)±0.000m相當(dāng)于1985國(guó)家高程4.150m，室內(nèi)外高差0.150m。頂板上覆土厚1.2m。其剖面見圖2。

圖2 建筑剖面圖

二、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1.地質(zhì)情況

根據(jù)本工程巖土工程勘察報(bào)告，地下車庫(kù)淺層土層參數(shù)見下表1。

表1 土層地基承載力特征值

典型地質(zhì)剖面如下圖3：

圖3 典型地質(zhì)剖面圖

2.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)地勘資料，地庫(kù)抗壓以基底土層4-1號(hào)土黏土層和4-2號(hào)持力層為聯(lián)合持力層，取fak= 160kPa。

抗浮采用預(yù)應(yīng)力實(shí)心方樁抗拔，樁邊長(zhǎng)400mm，長(zhǎng)10m，以5-2號(hào)粉砂為樁端持力層。根據(jù)前期試樁報(bào)告，本工程單樁抗拔承載力特征值Rua=360kN。

另外根據(jù)《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》及地勘報(bào)告，本工程洪水位取室外地坪以下0.5m，與地勘報(bào)告中本地最高洪水位2.63m之間的大值。

原設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)洪水位下的柱底浮力大小，并考慮建筑工程抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)1.1，典型柱下布置均為一柱兩樁，如圖4所示，其中柱墩尺寸為2.4×2.4m，厚度750mm。

圖4 原設(shè)計(jì)柱墩平面圖

三、現(xiàn)場(chǎng)情況

由于后續(xù)放線原因，現(xiàn)樁場(chǎng)地庫(kù)樁整體樁水平偏位1.1m（左偏），如下圖5：

圖5 原設(shè)計(jì)柱墩與柱偏位示意圖

由上圖5可知，偏位帶來(lái)影響主要如下：

（1）樁形心和柱形心產(chǎn)生偏心，需復(fù)核現(xiàn)有偏心作用下，樁反力和基礎(chǔ)承載力是否滿足。

（2）柱墩沖切問(wèn)題，現(xiàn)有柱墩能否滿足柱沖切要求。

四、處理方案及分析

1.處理基本原則

針對(duì)此樁偏位且偏位后樁仍基本在柱墩范圍內(nèi)的情況，本工程考慮到經(jīng)濟(jì)性，計(jì)算分析時(shí)僅按柱墩偏心方向外擴(kuò)，滿足沖切及構(gòu)造要求進(jìn)行處理，并計(jì)算復(fù)核此方案可行性。相應(yīng)柱墩外擴(kuò)方案如圖6和圖7：

圖6 樁偏位處理方案柱墩平面圖

圖7 樁偏位處理方案柱墩剖面示意圖

2.分析計(jì)算結(jié)果

（1）抗壓工況下承載力驗(yàn)算以及樁身驗(yàn)算。

考慮樁實(shí)際偏位情況，在抗壓工況下，本工程底板反力在60～70kPa之間，如圖8所示?？梢?，基底反力均小于地基承載力特征值160kPa，滿足規(guī)范要求。

圖8 基底反力圖（kPa）

考慮到抗拔樁本身有一定剛度，為保證抗壓工況下其樁身處于彈性狀態(tài)，補(bǔ)充驗(yàn)算在樁偏位影響的豎向荷載作用下地庫(kù)樁的抗壓反力。根據(jù)土層參數(shù)并結(jié)合試樁報(bào)告得到的樁剛度，計(jì)算得出柱下樁反力如圖9，此工況下，樁反力均沒超樁身強(qiáng)度設(shè)計(jì)值?？梢姡诳箟汗r下，樁身處于彈性狀態(tài)，不會(huì)壓壞。

圖9 考慮樁剛度抗壓樁身反力圖

（2）抗浮工況下承載力驗(yàn)算。

①在抗浮工況下，樁偏位時(shí)，其樁抗拔反力如下圖10，抗剪單樁抗拔反力均滿足單樁抗拔承載力要求。

圖10 抗浮工況下樁反力圖（kN）

②在抗浮工況下，板底配筋計(jì)算結(jié)果如下，原設(shè)計(jì)中配筋滿足要求：

圖11 板底X向配筋計(jì)算包絡(luò)值（cm2/m）

（3）柱墩抗沖切驗(yàn)算

考慮目前電算軟件計(jì)算抗浮工況沖切有一定局限性，本工程對(duì)抗浮工況下柱墩沖切進(jìn)行補(bǔ)充分析。如圖12所示，柱沖切主要是在A、B兩沖切面進(jìn)行驗(yàn)算，即柱墩沖切面A和柱墩筏板變厚度沖切面B。

圖12 抗浮工況下柱墩沖切示意圖

由于抗浮工況下，抗拔樁受拉，故驗(yàn)算沖切時(shí)，其柱下總沖切力除柱下反力外，還需加上抗拔樁拉力。

經(jīng)復(fù)核，考慮樁實(shí)際偏位情況下，上述兩個(gè)沖切面A、B位置均滿足抗沖切要求。

3.有限元補(bǔ)充分析。

為更準(zhǔn)確反映抗浮工況下柱墩受力情況，本工程采用Ansys對(duì)柱墩及相關(guān)筏板范圍補(bǔ)充有限元分析，網(wǎng)格如下圖13所示。

圖13 有限元網(wǎng)格圖

分析時(shí)混凝土彈性模量取3.15×104N/mm2，泊松比按0.2， 邊界條件和荷載取值均同YJK電算整體模型，其有限元分析結(jié)果如圖14。

圖14 有限元分析柱墩X向應(yīng)力分析結(jié)果（N/m2）

由上圖有限元分析結(jié)果可知，柱墩底部和跨中筏板的上部受拉，受拉最大位置在柱對(duì)應(yīng)位置柱墩底部；柱墩邊緣和柱位處柱墩面受壓。通過(guò)截面范圍節(jié)點(diǎn)應(yīng)力積分計(jì)算，得出柱墩范圍在柱右側(cè)基底彎矩最大，其最大彎矩為503kN·m。對(duì)照相依位置YJK結(jié)算結(jié)果（圖15），其基底最大彎矩為442kN·m?？梢娪邢拊治雠cYJK結(jié)果總趨勢(shì)是一致的，均為柱右側(cè)基底彎矩最大，其中有限元分析結(jié)果相對(duì)大一點(diǎn)，設(shè)計(jì)中以有限元結(jié)果作為設(shè)計(jì)依據(jù),取基底柱邊彎矩M=510kPa。根據(jù)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范8.2.12條，可知此時(shí)基礎(chǔ)配筋計(jì)算如下：為柱墩有效高度?？紤]到柱墩寬2.4m，所以每延米

圖15 YJK柱墩彎矩計(jì)算結(jié)果（kN·m/m）

4.處理方案

通過(guò)上述分析，此樁偏位處理方案可滿足沖切及承載力要求。

另外，為加強(qiáng)樁偏位方向整體協(xié)調(diào)，本工程在偏心方向增設(shè)通長(zhǎng)構(gòu)造暗梁一道，其整體處理方案見圖16。

圖16 樁偏位處理方案結(jié)構(gòu)平面圖

五、結(jié)語(yǔ)

（1）針對(duì)本工程現(xiàn)場(chǎng)地庫(kù)樁偏位1.1m的實(shí)際情況，在保證現(xiàn)地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，本工程通過(guò)計(jì)算分析，得出此處理方案其抗彎、抗沖切均滿足要求。

（2）本處理方案技術(shù)可行且經(jīng)濟(jì)性較好，可為類似工程處理提供參考。

（3）施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)加強(qiáng)管理，監(jiān)理職能要發(fā)揮全周期作用，盡量避免工程質(zhì)量事故。