抗拔兼抗压工程桩在地下室抗浮设计施工中的运用研究

抗拔兼抗压工程桩在地下室抗浮设计施工中的运用研究

胡文强、詹雄、赵欢、刘涛、辛远召、石博文

中建五局第三建设（深圳）有限公司

摘要：随着城市化进程的加快，高层建筑和地下空间的开发利用日益增多，地下室抗浮设计成为了一个重要问题。传统的抗浮设计方法，如增加自重法和降排截水法，虽在一定程度上能够解决抗浮问题，但在某些特殊地质条件和工程需求下存在局限性。抗拔兼抗压工程桩作为一种新型的基础工程技术，以其高承载能力和稳定性在地下室抗浮设计中展现出广阔的应用前景。本文通过分析抗拔兼抗压工程桩的力学特性和工作原理，探讨其在地下室抗浮设计施工中的运用，旨在为类似工程提供有益的参考。

关键词：抗拔兼抗压工程桩；地下室抗浮设计；施工运用；力学特性

引言：在高层建筑和地下空间的开发建设中，地下室结构需要承受巨大的浮力作用，这对地下室的稳定性和安全性构成了威胁。如何合理有效地解决地下室抗浮问题，一直是土木工程领域的重要研究方向。近年来，随着基础工程技术的不断发展，抗拔兼抗压工程桩作为一种新型的基础工程技术，在地下室抗浮设计中逐渐受到关注。本文旨在对抗拔兼抗压工程桩在地下室抗浮设计施工中的运用进行深入研究，以期为类似工程提供有益的技术参考。

一、抗拔兼抗压工程桩的力学特性和工作原理

抗拔兼抗压工程桩，一种创新的桩基础技术，以其独特设计兼顾抗拔与抗压性能。该结构利用在桩自身与土壤、岩石的侧摩阻力，同时满足抗压与抗拔的受力特性，在地下室遭遇地下水浮力挑战时，有效对抗浮力，确保地下室结构的稳固与安全。这一技术的运用，不仅解决了传统抗浮措施的局限，还能够适应复杂地质条件，降低地下室施工过程中的风险，提高工程的整体经济性和耐久性[1]。

二、抗拔兼抗压工程桩在地下室抗浮设计施工中的运用

在地下室抗浮设计施工中，抗拔兼抗压工程桩的运用主要包括以下几个方面

1.桩位布置

首先，桩位布置是地下室抗浮设计施工中的关键步骤，它需要综合地下室结构的几何特征、受力分布、地层条件以及预期的工程需求等多方面因素进行考量。对于地下室结构的分析，应特别关注其墙体布局、支撑系统以及层数等关键参数。这些参数将直接影响地下室结构的荷载分布和受力特性，从而影响桩位布置的策略。例如，墙体密集的区域可能需要更多的桩体来提供支撑，而支撑系统较弱的区域则需要桩体承担更大的荷载。在地质条件方面，应详细调查土层的类型、厚度、密实度、地下水位、水流状况以及地层的稳定性等。这些地质信息将直接影响桩体的稳定性、承载能力以及抗拔性能。特别是在软弱土层或含水砂层中，桩体可能面临更大的侧向压力和浮力，因此需要特别设计桩长和桩型，或采取其他措施来提高桩体的稳定性和承载能力。在桩位布置时，还需要考虑地震等自然灾害对桩体稳定性的影响。应确保桩体在地震作用下仍能保持良好的抗拔和抗压能力，以保障地下室结构的安全稳定。抗拔兼抗压工程桩的桩位布置应综合考虑地下室结构的特征、地质条件以及预期的工程需求等多方面因素。在具体实施时，应进行详细的分析和设计，确保桩体能够充分发挥其抗拔和抗压能力，为地下室结构提供稳定可靠的支撑[2]。

2.桩身设计

在设计抗拔兼抗压工程桩的桩身时，需精细化分析地下室结构的荷载分布和受力特点，确保桩身尺寸的合理性。考虑不同荷载工况，如永久荷载、可变荷载、地震荷载等，以及可能出现的非均匀沉降，进行桩身承载能力的计算。同时，要充分评估地质条件，包括土层的物理力学性质，如渗透性、压缩性、剪切强度等，以及地下水位的影响，以确保桩身在各种环境条件下都能保持稳定。桩身周边的地质特性，通过实验得出相应的侧摩阻力参数，是控制桩身承载力的关键。此外，考虑施工可行性，应设计出便于安装和施工的方案，减少对周围土体的扰动，避免降低桩的承载性能。在桩身结构设计中，需考虑土体-桩相互作用的复杂性，如桩侧摩阻力和桩端阻力的充分发挥。通过优化桩型，如选择螺旋肋、变截面或波纹型等，可以提高桩与土体间的摩擦力，增强桩身的稳定性。同时，要充分考虑桩顶和桩底的连接细节，确保在受力时能够有效传递荷载，防止应力集中和破坏。

通过上述精细化设计，抗拔兼抗压工程桩不仅能承受地下室结构的垂直荷载，还能有效抵抗地下水浮力，确保地下室在各种工况下的安全性与稳定性。

3.施工工艺

抗拔兼抗压工程桩的施工工艺精细且严谨，涵盖了一系列关键技术环节。首先，钻孔阶段至关重要，需采用先进的钻孔设备，精确控制孔径、深度和垂直度，以确保桩孔的几何精度。钻孔过程中，要避免孔壁坍塌，必要时可采用泥浆护壁，提高钻孔稳定性。钻孔完成后，进行孔底清理，确保无浮渣和杂物。其次，钢筋笼的制作与安装需严格遵循设计要求，保证其尺寸精度和结构完整性。钢筋笼的主筋应准确连接，焊接质量要高，以确保荷载有效传递。同时，要确保钢筋在桩身内的合理分布，以充分发挥其抗拔作用。接下来是混凝土浇注，选用自密实混凝土，保证其强度和耐久性。浇注过程中应防止混凝土离析，确保其均匀密实，采用分层浇筑，使混凝土与桩孔壁充分接触，提升桩身与土体的结合强度。施工过程中，实时监测钻孔、钢筋笼安装和混凝土浇注的各个环节，通过严格的质量控制，确保抗拔兼抗压工程桩的施工质量。在施工完成后，对桩身进行无损检测，如声波透射法或低应变法，以检验桩身的完整性。此外，进行静载试验，评估桩的承载性能，包括抗压和抗拔能力，确保其达到设计要求，满足地下室抗浮设计的施工标准

[3]。

4.质量检测

施工完成后，抗拔兼抗压工程桩的质量检测是确保其性能与安全性的关键环节。这一过程包括对桩身的全面检查，以验证其结构完整性和力学性能。抗压试验旨在检测桩身在承受垂直荷载时的承载能力，通过模拟实际工况下的压力，评估桩体在受压状态下的稳定性。试验结果将直接影响地下室结构的长期安全性，因此必须严格遵循相关标准和规范。抗拔试验则是对桩体抗拔性能的检验，它模拟地下水位上升导致的浮力作用，以测定桩身抵抗拔出的能力。通过精确测量桩体在受拉状态下的变形和承载力，可以评估其在抗浮设计中的可靠性。这一环节对于确保地下室在地下水位变化时的稳定性至关重要。此外，摩擦力试验是检测桩身与周围土体接触界面摩擦力的关键步骤。通过对桩身施加侧向荷载，测量桩体与土体间的摩擦阻力，以验证桩的抗侧滑性能。这关系到桩体在地震或地下水位变化时能否有效地阻止地下室结构的侧向位移，从而维持结构的稳定性。这些质量检测不仅是对施工工艺的检验，也是对设计理论的验证。通过科学的试验手段，可以发现并及时解决潜在问题，提高地下室抗浮设计的可靠性，确保整个工程的安全与耐久。

三、结论

抗拔兼抗压工程桩作为一种新型的基础工程技术，在地下室抗浮设计施工中展现出广阔的应用前景。其通过同时具备抗拔和抗压能力，有效解决了地下室结构受到浮力作用时的稳定性问题。本文对抗拔兼抗压工程桩在地下室抗浮设计施工中的运用进行了深入研究，结果表明抗拔兼抗压工程桩在提高地下室结构稳定性和安全性方面具有重要的作用。然而，抗拔兼抗压工程桩的施工难度和造价相对较高，需要在工程设计和施工过程中进行综合考虑。未来，随着基础工程技术的不断发展，相信抗拔兼抗压工程桩在地下室抗浮设计施工中将得到更广泛的应用。

参考文献

[1]地下室局部整体抗浮水头计算方法研究[J].杨淑娟;张同波;刘德海.施工技术,2022

[2]地下室抗浮问题分析及处理措施研究[J].杨淑娟;张同波;吕天启;刘汉进;王胜.建筑技术,2023

[3]地下结构抗浮设计中抗拔桩的应用研究[D].吴竞.南昌大学,2022