等截面与扩底抗拔桩的抗拔机理研究

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摘要：抗拔桩的抗拔机理是抗拔桩设计的重要研究方面。本文分别对等截面抗拔桩和扩底抗拔桩的抗拔机理进行分析，得出其不同的承载特性，所得结论对抗拔桩的工程应用有借鉴意义。

关键词：抗拔桩；抗拔机理；等截面；扩底

中图分类号：TU473 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）025-000-01

引言

随着经济的发展，建筑的施工工艺也在快速进步，在一些特殊的建筑场地，为了抵消建筑物的上拔力，锚板基础法、增加自重法和设置抗拔桩基础等基础施工方法成为人们所经常采用的抗拔措施[1]～[2]。抗拔桩与传统承受竖向压力的桩体不同，在承受竖向拉力的同时，如何保证桩体的稳定是该领域的研究问题之一。孙晓立（2006）通过对扩底抗拔桩的研究，利用荷载传递理论推导了计算扩底抗拔桩位移的一个迭代算法，对扩底抗拔桩的桩顶位移具有较好的预测[3]。

对抗拔桩性能的深入研究不仅具有一定的理论价值，还能给工程实践带来不可忽视的经济价值。文中对抗拔桩的抗拔机理进行详细分析，以为抗拔桩的设计及使用提供指导。

一、等截面抗拔桩

在上拔荷载作用下，等截面桩桩体将荷载传递到周围土体中的荷载传递规律与摩擦型抗压桩很相似，但又有所不同。抗压桩的承载力主要由侧摩阻力和桩端持力层提供的桩底的端部阻力组成，然而等截面抗拔桩在受上拔荷载时抗拔承载力主要由两部分组成，即桩体侧摩阻力和在上拔位移下桩底下部形成的真空吸力，在抗拔桩的后期加载过程中往往这部分真空吸力可能会慢慢消失，因此可靠性相对来说不高，且它在总的抗拔承载力所占的比例不太大，因此这部分真空吸力一般并不计入桩的抗拔承载力中[4]。

等截面抗拔桩在上拔过程中，当荷载较小时，抗拔桩开始与桩周土之间紧密接触，侧摩阻力开始发挥，却未达到极限值，等截面抗拔桩与桩周土体之间并无明显的相对位移，随着桩顶上拔位移不断增加，侧摩阻力发挥至极限，促使桩周土体也随之产生向上的位移，桩体侧摩阻力所承担的抗拔力通过桩身逐渐向桩端下部不断发展，直到桩端处桩土相对位移达到临界位移时，或者说当充分发挥桩体下部的侧摩阻力时引起抗拔力的增加速度，与桩体上部与土体发生滑移时桩侧摩阻力的降低速度相等时，整个抗拔桩的侧摩阻力将发挥到极限，此时的抗拔力可以看做是桩体的极限抗拔承载力。而当桩顶的上拔位移较大时，桩周土体的剪切变形均超过极限位移值时，此时桩土之间的相对位移就迅速增加，产生失稳破坏，桩的抗拔承载力也会急速下降并开始失去承载能力。

对于较为短粗的桩，在很小的上拔位移时就可以很快达到极限承载力值，这是由于抗拔桩本身的弹性伸长量相对来说并不大，因此桩体上下各部分土层的桩土之间相对位移差别不大，使得各部分桩体侧摩阻力同步发挥，进入类似软化阶段，上拔承载力就会迅速减少。对于较长的桩，在上拔荷载的作用过程中，由于桩体的弹性变形的影响，抗拔桩的侧摩阻力在桩体的上部得到发挥，随着上拔荷载的增加，抗拔桩的侧摩阻力逐渐沿桩体向下移动并最终在桩体的全长上得到发挥。有研究表明，判断桩体上某点侧摩阻力是否达到极限值，就在于桩土界面上某一点的桩土之间相对位移是否达到6-10mm，此时整个桩体的总摩阻力也已经达到甚至超过了峰值，其后抗拔桩的抗拔总侧摩阻力就将逐渐下降。

二、扩底抗拔桩

扩底抗拔桩的抗拔承载力的计算一般来说包括四方面：扩大头上部桩土破坏界面间的侧摩阻力、扩大头端部阻力、破坏面以内土体容重和桩体自重以及桩底以下桩周土体对抗拔桩桩端的真空吸力[5]。

在施加荷载的初期，扩底抗拔桩上部桩体与土体间侧摩阻力首先开始发挥作用，此时桩顶上拔位移主要由桩体弹性变形引起，扩底端的扩大头阻力基本不发挥；随着桩顶位移量的增大，桩身侧摩阻力随之增大并先达到极限，此后，随着桩顶荷载的增大，桩土间的侧摩阻力几乎不再增加，而桩端扩大头会上移从而挤压土体，这时土体对扩大头产生向下的反作用力，且该反作用力会随着上拔位移的增加而增加，扩底桩端阻力也会随着逐渐增加，此时桩顶荷载的增加就完全开始由桩端扩大头的端阻力所承担，产生上拔位移增量为扩大头上部的土体受挤压所产生的位移，直到达到扩底抗拔桩的承载力极限值，桩周土体继而产生明显的破裂面，使土体发生整体失稳破坏。

三、总结

等截面抗拔桩的抗拔承载力主要由桩体侧摩阻力提供。受荷过程中，桩体的弹性拉伸变形对桩侧的摩阻力影响较大，因此等截面抗拔桩长度的变化对其抗拔承载力有较为明显的影响。

扩底抗拔桩的抗拔承载力主要由扩大头上部桩土破坏界面间的侧摩阻力、扩大头端部阻力、破坏面以内土体容重和桩体自重提供，桩端部阻力明显大于等截面抗拔桩，这种桩型施工较困难，但承载力要比等截面桩大得多。

参考文献：

[1]姜伟.用于地下工程中抗上拔荷载的桩锚技术综述.地下空间.No.2，2002.6.

[2]刘祖德.抗拔桩基础，桩基工程技术[M].中国建材工业出版社.1996.8.

[3]孙晓立.抗拔桩承载力和变形计算方法研究[D].博士学位论文.同济大学，2007.

[4]李嘉，凌辉.黏性土抗拔桩工作机理分析[J].工业建筑，2006，36：707-709.

[5]朱碧堂，杨敏.抗拔桩变形和极限承载力计算[J].建筑结构学报，2006，27（3）：120-129.

作者简介：马露（1988-），男，汉族，硕士研究生，助教，研究方向：地基基础工程。

基金项目：安徽科技学院高层次人才科研启动项目 复杂荷载条件下桩土相互作用机理的研究（NO.ZRC2014464）。