浅析地铁工程中结构抗拔桩的设计

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1、浅析地铁工程中结构抗拔桩的设计：我国地铁建设事业逐步兴起，地铁车站的抗浮是目前地铁工程建设中一个经常面临的问题，通常采用的措施是使用抗浮梁或者抗拔桩。本文通过对抗拔桩作用和设计原理探讨，分析了抗拔桩的设计步骤及设计过程中应注意的问题。关键词:抗拔桩极限承载力抗裂整体稳定性前言近年来，国民经济飞速发展，城市建设越加繁荣，独立的地下结构物如地铁工程如雨后春笋般开发。地下结构物的抗浮问题日益突出，抗拔桩的使用更加广泛，因此对抗拔桩的设计要求更加规范，要求具备更有效的抗浮作用。那么，在抗拔桩的设计过程中应遵循哪些步骤，注意哪些问题呢？本文在这里浅做分析，以期抛砖引玉。一、抗拔桩的作用原理和设计

2、原理作用原理：抗拔桩作为一种抗浮装置，是抵抗建筑物向上位移的一种桩型。上拔桩受上拔荷载时，主要通过桩周摩阻力来抵抗上拔荷载，所有桩身拉应力与桩侧摩阻力的方向相反，随着桩顶向上位移的增加，桩身拉应力逐渐向下扩展。当桩尖部位的桩相对滑移量到某一定值时，该处介面摩阻力已发挥出其极限值，抗拔能力逐渐丧失。设计原理：抗拔桩的设计基于承载力控制，因此设计抗拔桩承载力是核心部分。即根据抗拔桩的极限摩阻确定极限抗拔承载力，然后通过验算设计抗拔承载力设计群桩稳定性，并进行抗裂验算，最后设计桩身结构。图1抗拔桩侧阻沿桩身分布图图2抗拔桩抗浮方案二、设计步骤根据抗拔桩作用原理，抗拔桩在受力过程中，桩身在拉拔

3、荷载作用下常出现拉伸裂缝引起抗拔桩结构破坏，为减少破坏程度，在设计过程中，要求对抗拔极限承载力、群桩地基整体稳定性及抗裂验算严格规范。1、抗拔极限承载力验算抗拔极限承载力是指抗拔桩在竖向荷载作用下达到破坏极限状态前对应的最大荷载。即作用于桩的竖向上拔力设计值小于等于桩竖向抗拔承载力设计值。下面以单桩为例，抗拔极限承载力应满足下列公式：Rd=Up[Σ(λifaili)]/γs+Gp式中：Up桩截面周长(m);λi桩周第i层土的抗拔承载力系数fai桩周第i层土的极限摩擦阻力标准值(kPa);li桩周第i层土的厚度;γs桩的抗拔

4、承载力分项系数，一般取1.6;Gp桩的自重设计值(kN)。自重分项系数取1.0，地下水位以下应扣除浮力，浮力分项系数取1.2。2、设计群桩地基整体稳定性将桩和桩间土一起实为实体基础，其整体的稳定性应满足整个桩和桩间土构成的实体所受的总的上浮力应小于总的设计荷载，即满足：R+G≤N(D1)+N(D2)其中,R+G:表示实体所受的总的上浮力R：抗拔极限承载力，R＝Up[∑(λiFiLi)]/g+GpG：桩间土的浮重量，G=fv,其中f为桩间土的浮容重，v为桩间土的体积，N：总标准荷载D1、D2：表示第一、第二区域3、抗裂验算抗裂计算要根据使用环境和地下水腐蚀性确

5、定裂缝控制等级，随着地下水位波动，桩身易产生裂缝，从而引起抗拉筋腐蚀，造成抗拉筋拉力不足，在建筑物使用年限内失效。因此在计算中浮力大小应依据建筑物使用年限取历史最高水位进行抗裂验算。根据《混凝土结构设计规范》GBJ10-89，最大裂缝宽度为：ax=αcrγ式中：αcr为构件受力特征系数，对轴心受拉构件取2.7，σss纵向受拉钢筋应力();为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，，按规范当<0.4时，取=0.4；Es为纵向受拉钢筋弹性模量，c为钢筋保护层厚为钢筋保护层厚度，d为钢筋直径,为纵向受拉钢筋配筋率，γ为纵向受拉钢筋表

6、面特征系数。4、设计桩身结构桩身结构设计除满足有关建筑物设计规范外，还应满足：按地质勘察资料计算的极限抗拔承载力小于按钢筋强度标准值计算的桩身结构极限抗拉承载力。如果满足，则桩身结构设计无误；如果不满足，则可增强桩的配筋，予以增强桩身结构极限抗拉强度。因此在设计中，依据桩体应力分布原理，可采用不均一配筋法。桩体的配筋依据抗拔桩承载力极限标准值进行抗拉配筋，即抗拔桩下段由于其拉力相对较小，可适当将配筋量降低，底端依据混凝土抗拉强度的强弱，减小钢筋笼长度。三、设计过程中应注意的问题1、地下水位。抗浮水位高低是影响建筑物抗浮设计的重要因素，在设计过程中一般取建筑物使用年限内历史最高水位。同时

7、抗拔桩的设计不仅要考虑其在高水位下的抗浮作用，还应满足在低水位下桩基承载力的要求，这样才能够使结构在水位变化时保证安全。2、作为抗浮装置，抗拔桩的设计越来越精确，在确定其抗拔承载力的方法上，建议采用现场原位模拟静载试验法。进行单桩竖拨静载荷试验时应先进行试桩，一般情况下均应加载至桩身材料破坏或地基破坏，然后根据试桩结果对设计参数进行调整。3、根据中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2(X)3):桩顶上拨荷载达到钢筋强度