某工程地下車庫抗拔樁偏位處理方案分析

戴志成 陸春華

本文針對某工程地下車庫抗拔樁整體偏位問題，采用承臺相應外擴，并在偏心方向設置附加暗梁的處理方案，補充分析了此方案在樁偏心后基礎的承載力驗算、沖切驗算及抗彎驗算，并采用有限元補充分析了柱墩受力，得出該處理方案技術可行，可為類似項目提供參考。

一、工程概況

本工程位于蘇州高新區，為某一住宅地下車庫。地下室總建筑面積為4.808萬㎡，為單層地下室，層高3.6m，與主體結構連為一個整體。其典型柱網為5.1×8.1m。地庫典型平面圖見圖1。

圖1 建筑平面圖

地下車庫±0.000m相當于1985國家高程4.150m，室內外高差0.150m。頂板上覆土厚1.2m。其剖面見圖2。

圖2 建筑剖面圖

二、基礎設計

1.地質情況

根據本工程巖土工程勘察報告，地下車庫淺層土層參數見下表1。

表1 土層地基承載力特征值

典型地質剖面如下圖3：

圖3 典型地質剖面圖

2.基礎設計

根據地勘資料，地庫抗壓以基底土層4-1號土黏土層和4-2號持力層為聯合持力層，取fak= 160kPa。

抗浮采用預應力實心方樁抗拔，樁邊長400mm，長10m，以5-2號粉砂為樁端持力層。根據前期試樁報告，本工程單樁抗拔承載力特征值Rua=360kN。

另外根據《建筑工程抗浮技術標準》及地勘報告，本工程洪水位取室外地坪以下0.5m，與地勘報告中本地最高洪水位2.63m之間的大值。

原設計時，根據洪水位下的柱底浮力大小，并考慮建筑工程抗浮穩定安全系數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 原設計柱墩平面圖

三、現場情況

由于后續放線原因，現樁場地庫樁整體樁水平偏位1.1m（左偏），如下圖5：

圖5 原設計柱墩與柱偏位示意圖

由上圖5可知，偏位帶來影響主要如下：

（1）樁形心和柱形心產生偏心，需復核現有偏心作用下，樁反力和基礎承載力是否滿足。

（2）柱墩沖切問題，現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

針對此樁偏位且偏位后樁仍基本在柱墩范圍內的情況，本工程考慮到經濟性，計算分析時僅按柱墩偏心方向外擴，滿足沖切及構造要求進行處理，并計算復核此方案可行性。相應柱墩外擴方案如圖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.分析計算結果

（1）抗壓工況下承載力驗算以及樁身驗算。

考慮樁實際偏位情況，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，補充驗算在樁偏位影響的豎向荷載作用下地庫樁的抗壓反力。根據土層參數并結合試樁報告得到的樁剛度，計算得出柱下樁反力如圖9，此工況下，樁反力均沒超樁身強度設計值?？梢?，在抗壓工況下，樁身處于彈性狀態，不會壓壞。

圖9 考慮樁剛度抗壓樁身反力圖

（2）抗浮工況下承載力驗算。

①在抗浮工況下，樁偏位時，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，板底配筋計算結果如下，原設計中配筋滿足要求：

圖11 板底X向配筋計算包絡值（cm2/m）

（3）柱墩抗沖切驗算

考慮目前電算軟件計算抗浮工況沖切有一定局限性，本工程對抗浮工況下柱墩沖切進行補充分析。如圖12所示，柱沖切主要是在A、B兩沖切面進行驗算，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，故驗算沖切時，其柱下總沖切力除柱下反力外，還需加上抗拔樁拉力。

經復核，考慮樁實際偏位情況下，上述兩個沖切面A、B位置均滿足抗沖切要求。

3.有限元補充分析。

為更準確反映抗浮工況下柱墩受力情況，本工程采用Ansys對柱墩及相關筏板范圍補充有限元分析，網格如下圖13所示。

圖13 有限元網格圖

分析時混凝土彈性模量取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，其有限元分析結果如圖14。

圖14 有限元分析柱墩X向應力分析結果（N/m2）

由上圖有限元分析結果可知，柱墩底部和跨中筏板的上部受拉，受拉最大位置在柱對應位置柱墩底部；柱墩邊緣和柱位處柱墩面受壓。通過截面范圍節點應力積分計算，得出柱墩范圍在柱右側基底彎矩最大，其最大彎矩為503kN·m。對照相依位置YJK結算結果（圖15），其基底最大彎矩為442kN·m?？梢娪邢拊治雠cYJK結果總趨勢是一致的，均為柱右側基底彎矩最大，其中有限元分析結果相對大一點，設計中以有限元結果作為設計依據,取基底柱邊彎矩M=510kPa。根據地基基礎設計規范8.2.12條，可知此時基礎配筋計算如下：為柱墩有效高度?？紤]到柱墩寬2.4m，所以每延米

圖15 YJK柱墩彎矩計算結果（kN·m/m）

4.處理方案

通過上述分析，此樁偏位處理方案可滿足沖切及承載力要求。

另外，為加強樁偏位方向整體協調，本工程在偏心方向增設通長構造暗梁一道，其整體處理方案見圖16。

圖16 樁偏位處理方案結構平面圖

五、結語

（1）針對本工程現場地庫樁偏位1.1m的實際情況，在保證現地基承載力滿足設計要求的前提下，本工程通過計算分析，得出此處理方案其抗彎、抗沖切均滿足要求。

（2）本處理方案技術可行且經濟性較好，可為類似工程處理提供參考。

（3）施工現場應加強管理，監理職能要發揮全周期作用，盡量避免工程質量事故。