擴底抗拔鉆孔灌注樁的設計與應用

摘要：結合工程實例介紹了擴底抗拔鉆孔灌注樁在河南地區某工程中的應用情況。實踐表明，擴底抗拔鉆孔灌注樁應用情況良好，其經濟性較常規鉆孔灌注樁好，且根據現有施工隊伍的施工能力，擴底鉆孔灌注樁的施工質量可以得到有效保證，值得在工程中推廣應用

關鍵詞：擴底鉆孔灌注樁；抗拔樁；單樁承載力；施工技術

一 抗拔樁作為常規抗浮措施之一

抗拔樁為解決抗浮的常用方法之一，其有鋼筋混凝土預制方樁、預應力混凝土管樁、鉆孔灌注樁等形式。因此，國內工程當中多采用設置抗拔樁的方法解決水浮力問題。

二 擴底抗拔灌注樁設計問題

所謂擴底抗拔鉆孔灌注樁，即在常規鉆孔灌注樁底端設置擴大端頭，端頭直徑比樁身略大，設置在較好的土層當中，因其具有一定長度，從而充分發揮擴大端頭的作用。在施工過程中，成孔采用機械直接鉆孔取土，在擴大端頭部位改用伸縮切刀片頭在深部擴孔（也可采用其他方法進行擴孔），再行取土，經測量擴大頭滿足設計要求后，沉入鋼筋籠、澆筑混凝土。其基本工作原理為：當上拔力較小時，樁位移較少，上段等截面樁身側摩阻力起作用；隨著上拔力增加，側摩阻力增加并逐漸達到峰值；隨著位移再增加，鉆孔灌注樁擴大端頭將向上擠壓上部土體，上部土體和擴大端頭周邊的土體將對端頭產生反作用力，以阻止其上拔；隨著位移不斷增加，端頭產生的抗拔力不斷增大，直至擴大端頭上部一定范圍內的土體產生破壞失去抗力。擴大頭附近土體形成倒梨形塑性變形區，根據經驗，一般情況下，擴大頭產生的抗拔力約占總抗拔力的50%左右，效果十分明顯。鑒于擴底抗拔灌注樁目前應用較少，且應用過程中有許多問題尚未解決，筆者將這些問題總結如下。

（1）樁型選擇問題

對于河南等軟土地區，應盡量采用長細比較大的樁型，同時確保擴大頭位于土性較好的土層當中。樁徑一般采用600mm～800mm，擴大頭直徑一般采用900mm ～1200mm，擴大頭長度一般取2m左右為宜。

（2）承載力計算公式問題

無論是抗壓樁還是抗拔樁，承載力計算公式一直是巖土工程界人士不斷探討的問題。目前，計算方法多種多樣，包括：有限單元法，彈性理論法，荷載傳遞法，剪切位移法等等。而國家行業標準《 建筑樁基技術規范》提供的抗拔計算公式，考慮到了抗拔樁帶有擴大頭的情況，但沒有考慮擴大頭實際長度問題，也沒有考慮擴大頭對上方土體作用而引起的樁周摩阻力的變化問題。因此筆者認為，任何一個承載力計算公式，無論公式推導多么嚴謹、參數設置多么科學，如果計算參數選取不當，都無法很好地解決工程實際問題；同時對于工程設計應用來說，計算公式越簡單越好，這樣可以方便廣大設計人員熟練掌握、運用，而如何科學合理地選擇計算參數才是關鍵。故建議采用工程建設規范《地基基礎設計規范》的公式進行估算。

（3）樁身極限摩阻力標準值確定

常規工程設計中，樁身極限摩阻力標準值均采用勘察單位提供的數據，不同單位、技術人員提交的設計參數會有較大差異，該差異會直接對單樁抗拔力造成較大影響。鄭州地區大量的工程實測結果表明，根據勘察報告計算所得的 抗拔力通常小于根據靜載荷試驗確定的抗拔力，有時實測數據比理論計算數據提高 50%。因此，作為工程設計人員應能夠根據勘察報告提供的原位測試數據獨立確定樁基計算參數，而不是簡單套用勘察報告數據。建議采用上海市工程建設規范《巖土工程勘察規范》中的方法確定，公式如下： 對于黏性土：PS≤1000kPa，fS=PS/20； PS>1000 kPa，fS=0.02PS+25；對于粉性土以及砂土fS= PS/50

（4）抗拔系數確定

樁的抗拔側阻力與抗壓側阻力有相似處，但隨著上拔量的增加，其側阻力會因土層松動等原因而低于抗壓側阻力。故抗拔側阻力=抗壓側阻力×λ，其中λ為抗拔系數。《巖土工程勘察規范》給出砂土λ=0.5，黏土、粉土λ為=0.6；《建筑樁基技術規范》給出砂性土抗拔系數λ一般可達到0.5～0.7，黏性土和粉性土則可達到0.7～0.8。從大量的鉆孔灌注樁試樁結果分析看來，砂性土抗拔系數λ一般可達0.85，黏性土和粉性土則可達0.9，可見，目前河南地區所采用的抗拔系數普遍偏小。因此，應根據工程實際情況，確定合理的抗拔系數，并盡可能通過試樁確定。

（5）裂縫（配筋）驗算

對于水下抗拔樁，需根據樁身抗拔力進行裂縫驗算。根據規范要求，水下裂縫應控制在0.2 mm。對于抗拔力較大的樁，樁身配筋主要由抗裂縫計算決定，如采用樁身極限承載力進行驗算，則會造成樁身配筋偏大，故采用承載力設計值或特征值比較合理。

三 某擴底抗拔樁工程應用實例

某擬建建筑物由地上4層及地下2層組成，由于地下水位較高，需設置抗拔樁。該工程原設計方案采用φ500mm常規鉆孔灌注樁作為抗拔樁，樁長20m，單樁抗拔承載力設計值600kN，總樁數1120根。根據地層特點，引入擴底抗拔樁設計概念，將樁長加大到25m，同時將樁端2m 范圍內直徑擴大到800mm。經計算，單樁豎向抗拔承載力設計值采用1400kN，總樁數480根。現場成孔檢測45根，均滿足設計要求。靜載荷試驗表明，單樁豎向抗拔承載力設計值滿足設計要求。本工程樁身配筋按抗裂縫0.2mm控制。經計算，方案調整前后所用鋼筋總量不變，方案優化后節約混凝土總量3300m3，僅為原方案的50%；原方案中每1000 kN承載力所需混凝土9.40m3。現方案中每1000kN承載力所需混凝土5.30 m3，僅為原方案為56.6%：單根樁混凝土用量增35.8%，承載力增加138.1%，經濟性良好。

四 結語

在抗拔樁設計中，應結合工程實際情況確定合理的樁型，科學、合理的設計建立在理論和實踐相結合的基礎上。在一些等軟土地區，擴底鉆孔灌注樁在施工質量上是可以得到保證的，可以在工程中進行應用。實踐表明，擴底鉆孔灌注樁作為抗拔樁，其經濟性優于常規鉆孔灌注樁。

參考文獻

[1] 中國建筑科學研究院.JGJ94—2008.建筑樁基技術規范.北京：中國建筑工業出版社2008.