陕西省建筑设计研究院有限责任公司 陕西西安 710018
摘要：本文首先介绍了西安群光广场项目概况、地质概况，阐明了选择预应力高强混凝土管桩的原因，讲解了抗浮桩设计的过程及其细部要求。
关键词：抗浮桩；单桩竖向承载力特征值；单桩竖向极限承载力标准值
一、工程简介
西安群光广场位于西安市东大街与南新街十字东北角，东临炭市街，总建筑面积约为214083.58m2，其中地上约109773.85m2，地下约104309.73m2。地上1～7层及地下1层为商业用房，地下2～5层为停车库（地下5层局部为常6核6人防物资库），建筑高度36m，结构形式为框架-剪力墙结构，其中地上1～7层及地下1层楼盖为梁板体系，地下2~5层采用无梁楼盖、局部采用梁板体系。本工程地基基础设计等级为甲级，建筑桩基设计等级为乙级。因地下水浮力大于结构自重，故应做抗浮设计，本工程采用预应力高强混凝土管桩抗浮。
二、地质概况
本工程场地地面下50m深度范围内，地基土主要由填土、黄土、古土壤、砂层及粉质粘土组成。根据钻探结果将地基土分为9层，现由上至下分层描述如下：①填土：场地北部以素填土为主，场地中南部主要为杂填土；②黄土：黄褐～褐黄色，饱和，软塑，针状孔隙发育，含铁锰质斑点及个别钙质结核，可见蜗牛壳碎片；③古土壤：红褐色～棕红色，可塑，局部软塑；④粉质粘土：黄褐色～褐黄色，可塑，含铁锰质斑点及个别钙质结核，偶见蜗牛壳碎片；⑤粉质粘土：灰黄色～黄褐色，上部局部灰黄色，硬塑～可塑，含铁锰质斑点及个别钙质结核，偶见蜗牛壳碎片；⑥中细砂：灰黄色，密实，饱和，颗粒纯净，矿物成分以长石、石英为主；⑦粉质粘土：黄褐色～褐黄色，硬塑，局部可塑，含铁锰质斑点及个别钙质结核，偶见蜗牛壳碎片；⑧中细砂：灰黄色，密实，饱和，颗粒纯净，矿物成分以长石、石英为主；⑨粉质粘土：黄褐～灰黄色，硬塑，局部可塑，含铁锰质斑点和钙质结核。勘察期间（2010年4月及2011年12月），实测场地地下水稳定水位埋深约在现地面下5.90～7.80m之间，相应标高397.81～399.57m，属潜水类型。本次勘察时所测的地下潜水位属年内季节性变化中的平水位期水位，地下水位年变化幅度按2.0m考虑。地下室抗浮设计水位按401.0m考虑。
根据地基土原位测试结果及土工试验结果，并参考场地附近相似地质条件桩基静载荷试验资料，各层土的桩侧阻力和桩端端阻力特征值按表1采用。
桩的侧阻力特征值和端阻力特征值建议值表 表1
注：抗浮桩的参数可按上表中参数乘以0.8的系数采用。
三、抗浮桩类型选择
抗浮桩可选择：①混凝土灌注桩；②预制管桩；③后插筋现浇混凝土桩。本工程经比选采用②预制管桩，其原因有如下几点：
1）施工周期短：管桩由厂家按设计要求可大批量生产，施工现场直接用于施工。大面积作业下成桩速度极快，节省工期效益明显。
2）经济效益好：首先预制管桩较其它两种方案，少了一部分人工成桩的费用；其次因为缩短工期，商业建筑运营可以较早开始，也是间接的节约了成本。
3）质量稳定、施工方便，场地污染及噪声较小。
四、抗浮桩设计
1）本工程正负零对应的绝对高程为406.70米，根据《岩土工程勘察报告》，地下水位抗浮设计时按照401.00米计算。本工程基础底标高为-22.35m（384.35m），抗浮水位高为401.0-384.35=16.65米，计算时抗浮水位取16.7米。抗浮桩由土层④进入土层○6，由于土层○6为砂土，最高标高为369.85m（绝对标高），砂土密实度比较高，打桩困难，因此，将桩打至土层○6之上，取有效桩长14米，桩外径500mm，内径250mm，桩间距≥2米。
2）建立用于抗浮设计的电算：抵抗浮力的荷载一般仅可虑结构构件自重，考虑到可能大规模重新装修，建筑装饰荷载（包括地面做法、后砌隔墙）、设备荷载不应考虑在内。结合甲方需求，本工程考虑了地下四层及地上一、二层楼面荷载，混凝土容重取25KN/m3。
3）基桩的抗拔承载力计算：
，取650KN为单桩承载力标准值；则设计值为：1.35×650=877.5KN
—单桩竖向承载力特征值；
Tuk—单桩竖向极限承载力标准值；
—《岩土工程勘察报告》给出的桩侧阻力特征值调整系数；
—桩周第i层土的极限侧阻力特征值；
—桩身周长；
—桩周第i层土的厚度；
—基桩自重，地下水位以下取浮重度。
因此，选用桩PHC 500 AB 125-14（高强混凝土管桩，采用C80混凝土）。
4）假设管桩轴心受拉，桩身受拉承载力验算：
a、由《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）5.8.7可知，钢筋混凝土抗拔桩的轴心受拉承载力
；其中由《预应力混凝土管桩》（10G409）取
=1000Mpa。
b、由《预应力混凝土管桩》（10G409）第16页表查得PHC 500 AB 125-14混凝土有效预压应力 
，C80混凝土ftk=3.11，管桩裂缝控制等级为二级，管桩桩身不开裂可承受拉力为：
=（6.18+3.11）×3.14×（0.52-0.252）/4=1368.07 KN
因此，单桩抗拔承载力取650KN满足桩身不开裂的要求。
5）抗浮桩根数计算（设计时水浮力放大1.05倍）
建筑基础底面积为A=20772m2；
上部结构总重为G1=2380034.25 KN（由电算读取）；
基础筏板（厚度0.9m）重：G2=25x0.9x20772=467370KN；
柱墩（平面尺寸2.2m×2.2m，高度0.4m，共277个）重：
G3=25×2.2×2.2×0.4×277=13406.8KN；
抗浮计算水浮力F=16.7×10×20772×1.05=3642370.2KN
a、对于整栋建筑需要的抗浮桩总根数n计算：
n=（F- G1- G2- G3）/650
=（3642370.2-2380034.25-467370-13406.8）/650
=1202.40根，取1203根。
b、每根柱下抗浮桩根数n1计算：局部验算时利用JCCAD将基础筏板划分为有限元，计算出基底反力f，每一根柱下面积A1范围内承受的浮力为：
F1=16.7×10×1.05×A1=175.35×A1
需要的抗浮桩根数n1=（175.35-f）×A1/单桩抗拔承载力，据此计算每个柱网内的桩数。
6）桩身受压承载力验算
当上部结构施工完毕，水位降低在基础以下，水浮力为零，此时桩承受压力最大
对PHC 500 AB 125-14，fc=35.9 N/mm2
桩身承受压力设计值N：
考虑一层施工活荷载5KN/m2
G4=5×20772=103860 KN
N=（G1+G2+G3+G4）×1.35/1203
=（2380034.25+467370+13406.8+103860）×1.35/1203
=3326.94KN N<R，满足受压承载力要求.
7）群桩基础呈整体破坏时的抗拔承载力验算
经过布桩知柱下最常见情况为柱下六桩
布桩示意图（□示意柱，○示意抗浮桩）
由布桩示意图知六桩桩群外围周长ul=14m，桩群外围面积为11.25m2
=970.67 KN
Tgk=2Ra=2×970.67=1941.33 KN
V总=14×11.25=157.5m3
V桩=3.14×（0.52-0.252）×6×14=49.455 m3
V土=V总-V桩=157.5-49.455=108.045 m3
Ggp=[108.045×（18-10）+49.455×（25-10）]/6=267.7KN
Nk= Tgk/2+Ggp=1941.33/2+267.7=1238.37KN>650KN
五、满足整体破坏要求。
特别注意事项
1）降水时限：抗浮桩的设计是结合甲方需求，并综合本工程独自特殊性完成设计的，故要求本工程的工程降水必须在主体全部完成且地下四层及地上一、二层楼面荷载全部施工完毕后方可停止。
2）因设计抗浮桩时已考虑地下室及地上二层装修荷载，故在建筑使用阶段，不得随意进行大面积装修。当需要多楼层同时装修时，应通知设计进行抗浮桩复核。
3）因抗浮桩设计与本工程结构自重有直接关系，故要求在将来无论甲方业态如何调整，结构构件自重均不可变小，即结构构件尺寸只能增大不能减小。
4）抗浮桩为预制管桩，故要求施工时实际完成标高与设计桩顶标高只能产生负差，不得截桩头。
5）抗浮桩填芯混凝土高度为桩顶下3m内，填芯混凝土内掺微膨胀剂，填芯区混凝土与管桩内壁粘结强度设计值应大于0.518MPa。
六、结束语
抗浮桩在设计期间，甲方进行了多次的修改，由一种桩型改为多种桩型，由灌注桩改为预应力混凝土管桩，花费了大量的时间与精力去修改、优化、完善，能够取得今天这些成果，我感到很欣慰！
论文作者:郭稳娟,王翊辉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/24
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