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某建筑修繕改造工程抗拔樁設計及討論

文檔作者：孫建邱洪興胡濤文檔來源：東南大學土木工程學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年11月01日
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施工技術
54 CONSTRUCTION TECHNOLOGY
2012年5月上
第41卷第364期
某建筑修繕改造工程抗拔樁設計及討論
孫建，邱洪興，胡濤
(東南大學土木工程學院，江蘇南京210096)
[摘要]南京某民國文物建筑原為2層磚混結構，無地下室，現(xiàn)因修繕改造需要，擬改為異形柱框架結構，且增設1
屢地下室，基底埋深為5．2—6．8m。出于她下水位較高，需考慮地下室的抗浮問題。結合該工程討論了抗拔樁數(shù)
量的確定、樁身配筋計算及裂縫寬度驗算等需要注意的問題，建議采用單樁安全系數(shù)法分區(qū)抗浮以及利用預留腐
蝕余量(增加縱筋直徑3ram)的方法代替裂縫寬度驗算等。
f關鍵詞】文物建筑；改造；抗拔樁；承載力；裂縫
【中圖分類號]TU746．3 [文獻標識碼]A [文章編號]1002—8498(2012)0943054--03
Design and Discussion of Uplift Piles in a Building’S Retrofitting
Sun Jian，Qiu Hongxing，Hu Tao
(School of Civil Engineering，Southeast University，Nanjing，Jiangsu 210096，China)
Abstract：A historic building bui[t during the Republic of China in Nanjing is a two—floor masonry
structure residence without basement．Now for the sake of repairing and reconstructing，it needs to be
changed into frame structure with specially shaped cG]Llmns，and single floor basement，whose foundation
base is buried to the depth of 5．2—6．8m，is to be added．For the water level underground is high，the
anti—floating design of the basement need to be considered．Combined with this project，some problems
about determination of the quantity of uplift pile，calculation of the reinforcement and checking of crack
width are discussed．11 is advised that designer USe factor of safety method of single pile and add 3 Inn to
bar diameter to ignore the checking of crack width and SO on．
Key words：historic buildings；modification；uplift pile；hearing capacity；crack
1工程概況
南京某民國文物住宅建筑，1932年建于頤和路
邊，總建筑面積486m2，無地下室。現(xiàn)擬改造為私人
住宅，地下1層，地上3層．總建筑面積907m2，其中
地下406m2，地上3層、門衛(wèi)用房及車庫共50lm2。
因地下建筑需要，基坑開挖平面16m x41m，開挖深
度為5．2—6．8m。考慮到地下水對地下箱體將產(chǎn)生
浮力，設計及施工時應考慮地下室的抗浮問題。
2土層情況
根據(jù)巖土工程勘察報告，土層的承載力特征值
正。與抗壓極限側阻力標準值g。如表l所示。
3地下室抗浮分區(qū)
依據(jù)上部結構及地下室形態(tài)把地下室分為A，，
A：，A，三個區(qū)，如圖l所示。A，區(qū)上方為主房，面
積272m2，基礎埋深5．2m，局部電梯井基坑埋深
[收藕日期】20|2．01．18
【作者簡介】孫建，東南大學上木工程學院博士研究牛，扭蘇省南
京市四牌樓2號東南大學沙螗圃3舍133室210096，電話：
15996295730，E-mail：sunjiancivil@163．corn
表1 各土層物理力學指標
Table l Physical and mechanical index of each soil layer
6．6m，面積4．2m2；A：區(qū)面積20Im2，基礎埋深
5．2m，設備問局部埋深6．2m，面積50m2；A，區(qū)主要
為地下游泳池，面積183m2，基礎埋深6．8m。根據(jù)
巖土工程勘察報告，抗浮設防水位按設計室外地面
下0．50m考慮。經(jīng)計算，各區(qū)浮力標準值(F。)與
自重標準值(G。，不包括抗拔樁自重)如表2所示。
因現(xiàn)場施工空間及施工條件限制，擬選用人工挖孔
等直徑樁，樁徑l 000mm，樁長8m。
萬方數(shù)據(jù)
孫建等：某建筑修繕改造工程抗拔樁設計及討論
A．=201m2
Al=272m2
A．；183m2
55
圖1地下室抗浮分區(qū)
Fig．1 Anti-floating partition for basement
表2各區(qū)浮力與自重標準值
Table 2 Standard values of floating force and
self-weight of every part kN
4抗拔樁數(shù)量的確定及討論
4．1分項系數(shù)表達式
荷載規(guī)范?規(guī)定對于基本組合，永久荷載的分
項系數(shù)取值如下：當其效應對結構不利時，對由可
變荷載效應控制的組合，應取1．2，對由永久荷載效
應控制的組合，應取1．35；當其效應對結構有利時，
應取1．0。因為地下水位比較穩(wěn)定，故認為浮力與
重力均為永久荷載。由’，。S≤R，并取y。=1．1得：
1．1×[1．2Fm一1．0(G k+nG。)]≤nT(1)
1，l x[1．35Ffk一1．0(c k+nG。)]≤nT(2)
式中：F。為相應于抗浮設計水位的水浮力標準值；
G。為基礎和上部建筑物的自重標準值，地下水位以
下部分取浮重度；G。為基樁自重標準值，地下水位
以下取浮重度，對A，，A：，A，區(qū)，G。=94kN；T為基
樁的抗拔承載力設計值T=九／1．67，對A，，A：區(qū)，
T=812kN；對A，區(qū)，T=848kN；n為抗拔樁數(shù)。顯
然，采用該組計算公式時，是由永久荷載效應控制
的，即由式(2)控制。
4．2單樁安全系數(shù)表達式
根據(jù)樁基規(guī)范”j，對于抗拔樁，應按下列公式
同時驗算群樁基礎呈整體破壞和呈非整體破壞時
基樁的抗拔承載力：
Nk≤Tgk／2+Ggp
Nk≤r畦／2+G。
式中：Ⅳ。為按荷載效應標準組合計算的基樁拔力，
N。=(F。一G。)／n；t。為群樁呈整體破壞時基樁的
抗拔極限承載力標準值；G；，為群樁基礎所包國體積
的樁土總自重除以總樁數(shù)，地下水位以下取浮重
度；T。為群樁呈非整體破壞時基樁的抗拔極限承載
力標準值，對A。，A2區(qū)，T。k=l 356kN；對A3區(qū)，r。L
=1 416kN。
現(xiàn)假設樁基呈非整體破壞，于是有：
(Fn—Gk)／n≤T。k／2+G。(3)
4．3總安全系數(shù)表達式
文獻[3]中考慮水浮力F。是作用力，結構自重
G。是抗力，基樁的抗拔極限承載力r。。也是抗力，本
文此處認為基樁自重G。也是抗力的一部分，因此修
正文獻[3]中總安全系數(shù)的設計計算公式為：
1
F“≤F1‘(G+nG，+nLk) (4)
n。f x，：墜掣攀(5)
，Jk
并建議按下式校驗；
1 Fm—Gk—nO．P≤去n。T。k (6)
式中：墨為抗浮總安全系數(shù)，文獻[3]認為，在勘察
單位總結當?shù)氐目垢≡O計水位的條件下，抗浮設計
的總安全系數(shù)可定為I．05。
實際上，只有當浮力大于結構自重，當抗拔樁
與周圍土體之間產(chǎn)生相對位移時，樁的抗拔承載力
才能逐步發(fā)揮出來。也就是說，結構白重與樁的抗
拔能力是先后發(fā)揮作用的。因此單樁的安全系數(shù)
可按下式計算：
， r“ ，1、
。r 2寸■巧■而‘7)
現(xiàn)討論上述3種方法的單樁安全系數(shù)；①對于
式(1)，(2)，單樁安全系數(shù)是變量，不確定；②對于
式(3)，可轉化為k，≥2，即單樁安全系數(shù)≥2；③對
于式(4)要求控制總安全系數(shù)K，≥1．05，式(6)可轉
化為后，≥1．5，即同時要求控制單樁安全系數(shù)≥1．5。
4．4 比較各公式計算結果
假設群樁呈非整體破壞，現(xiàn)用上述式(1)，(2)，
(3)，(4)分別計算A。，A：，A，區(qū)所需抗拔樁數(shù)，按式
(6)校驗式(4)計算結果，并按照式(5)，(7)分別計
算其總安全系數(shù)和單樁安全系數(shù)，計算結果如表3
所示。由計算結果可以看出，不同的計算公式，計
算結果相差可達到兩倍以上：按式(2)所需抗拔樁
數(shù)最多，單樁安全系數(shù)最高，抗拔時極限承載力僅
發(fā)揮20％一25％，兇此存在一定程度的浪費；按式
(3)計算，其單樁安全系數(shù)略>2，抗拔時極限承載
力發(fā)揮45％一50％；按式(4)且取抗浮總安全系數(shù)
K，=1．05時，所需抗拔樁數(shù)量最少、最經(jīng)濟，但單樁
安全系數(shù)偏低，略>1．5。因此宜取用式(3)計算結
果，即A，，A：，A，區(qū)抗拔樁數(shù)量分別為0，4，6。
4．5關于群樁基礎破壞方式的討論
假設抗拔樁為等直徑樁，在一矩形平面內(nèi)，縱
橫向分別設m，n根抗拔樁，樁中心距為D，樁直徑
為d，抗拔樁長為f，則根據(jù)樁基規(guī)范舊1：當群樁呈非
整體破壞時，基樁的抗拔極限承載力標準值為：
凡k=丌d乏：Aiqm z．，Nk≤Tuk／2+Gp：
(1TdΣA。‰z．)／2+Y'c,rrd2f／4
萬方數(shù)據(jù)
56 施工技術第4l卷
表3不同計算公式計算結果的比較
Table 3 Comparison of calculation result for different
caiculaiion fomula
當群樁呈整體破壞時，基樁的抗拔極限承載力
標準值為：
Tt 2 m1--n-[2(m+n一2)o+4d]ΣA。q。m z。
l
Nk≤rsk／2+Ggp 2志[m+n一2)D+2 cf]‘
ΣAiq。zj+D2璣
式中：7’。為樁身浮重度，7’。為土體浮重度，一般情
況下，抗浮設計水位均高于樁頂，因此，對于樁身及
土體均取浮重度。
可見，當("lTdΣ．]Liqmz。)／2+y’。霄d2l／4<
土[(m+n一2)D+2d]ΣA：gmt+口2ty’。時，抗拔mn o_ 一
樁基由非整體破壞控制。經(jīng)驗算本工程抗拔樁由
非整體破壞控制。
5樁身配筋設計
抗拔樁的樁身設計～般將它看作是混凝土軸
心受拉構件進行計算，樁頂軸向拉力標準值可按式
N。=(R—G。)／n計算，然后乘以l，25成為設計
值。應注意該式括號中不應減去nG。，因為樁受到
周圍土體的約束作用，樁周的側阻力及樁身自重使
樁身所承受的軸向拉力隨深度的加大而逐步遞減，
故抗拔樁頂部承受拔力最大，應以此部位計算縱
筋。對于A2區(qū)，Nk=717kN，N=896kN，對于A，
區(qū)，』vl=737kN，N=995kN。
根據(jù)樁基規(guī)范¨1，如無當?shù)亟?jīng)驗時，群樁基礎
及設計等級為丙級建筑樁基，基樁的抗拔極限承載
力可由樁周側阻力按公式計算確定。對于這種情
況，本文認為除滿足規(guī)范要求外，尚應按由地質(zhì)勘
察資料計算的樁極限承載力驗算配筋，使抗拔樁在
達到極限承載力之前不會發(fā)生鋼筋受拉屈服而破
壞，即滿足公式工。A。≥T。。+G。。于是對于A：，A，區(qū)
抗拔樁，縱筋均選IO盤22，A。=3 80lmm2。
6樁身裂縫驗算
樁身抗拉設計中，構件裂縫寬度計算和鋼筋銹
蝕影響是重要問題，有兩類處理方法：第1類是計算
并限制裂縫寬度；第2類是給鋼筋預留腐蝕余量。
根據(jù)樁基規(guī)范口3，對于允許出現(xiàn)裂縫的三級裂
縫控制等級基樁，按荷載效應標準組合計算的最大
裂縫寬度應符合∞?≤∞。。式中：∞?為按荷載效
應標準組合計算的最大裂縫寬度，可按現(xiàn)行混凝土
規(guī)范一1計算；∞。為最大裂縫寬度，可按樁基規(guī)范舊。
表3．5．3取用，本工程中取為0．2ram。經(jīng)計算A：
區(qū)甜?=o．28ram，A】區(qū)抗拔樁裂縫甜?=0，30ram，
均>0．2mm，不滿足要求。
新版《高層建筑筏形與箱形基礎技術規(guī)范》
jGj6—20ll不要求進行復雜的裂縫驗算，只要考慮
給鋼筋預留腐蝕余量(將配筋直徑加大3ram)，以此
作為抗拔樁配筋設計的主要方法一1。現(xiàn)假設給鋼
筋預留3mm前腐蝕余量，即將配筋直徑加大3ram，
取配筋為10業(yè)25，再驗算裂縫得，A：區(qū)∞。。=
0．12ram，A，區(qū)抗拔樁裂縫甜?=0．14ram。可見對
于本案例，預留3ram腐蝕余量的同時，若進行抗裂
計算，裂縫也可以滿足要求。
7結語
1)地下建筑考慮抗浮設計時，宜按基礎與上部
結構形態(tài)劃分抗浮分區(qū)，然后分別計算各區(qū)抗浮；
確定抗拔樁數(shù)量時，建議采用單樁安全系數(shù)法計
算，保證單樁安全系數(shù)≥2．0，此外尚應驗算群樁基
礎呈整體破壞時的承載力。
2)抗拔樁樁身縱筋按軸心受拉計算，除按荷載
效應基本組合下樁頂軸向拉力設計值計算縱筋外，
尚需按公式f。A。≥T。。+G。驗算縱筋，使抗拔樁在
達到極限承載力之前不發(fā)生鋼筋受拉屈服而破壞。
3)鑒于混凝土規(guī)范中有關結構構件最大裂縫
寬度計算的公式不適用于圓形截面，且參照新版
《高層建筑筏形與箱形基礎技術規(guī)范》，建議不進行
復雜的裂縫驗算，只要考慮給縱筋預留一定的腐蝕
余量，將計算直徑加大3mm即可。
4)地下室抗浮設計中，一般不考慮地下窒側面
土體對側板的摩阻力及地下室底板外挑部分上覆
土體白重，因此偏于安全。
參考文獻：
[1] 中國建筑科學研究院．GB50009--2001建筑結構荷載規(guī)范
(2006年版)[s]北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006．
f 2] 中國建筑科學研究院，JGJ94--2008建筑樁基技術規(guī)范[S]
北京：中國建筑t業(yè)出版社，2008
[3] 裴捷．關于抗拔樁設計的討論[J]．巖土工程學報，2006，32
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(4 J 中同建筑科學研究院．G黜io～z母iu渦疆土結拇沒計靚范
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