单桩竖向抗拔承载力设计计算规范对比研究

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1、单桩竖向抗拔承载力设计计算规范对比研究　　摘要：通过分析美国标准和中国标准在进行单桩抗拔极限承载力计算时，存在不同之处：抗拔时的桩侧阻力基本上都是基于抗压时的桩侧阻力进行折减得到，美国标准的折减系数一般取2/3~3/4，中国一般取0.5~0.8；美国标准中的安全系数一般取3~5；中国取2。关键词：极限承载力计算；设计标准；安全系数中图分类号：G353文献标识码：A1引言根据我国《建筑桩基技术规范》[1]，桩基设计计算的内容主要有：竖向抗压承载力计算、抗拔承载力计算、水平承载力计算、桩基沉降计算以及群桩的设计计算等。纵观文献[3]、[

2、4]、[5]、[6]等，在桩基设计计算的内容方面，美国标准和中国标准稍有不同。2单桩竖向抗拔承载力单桩竖向抗拔承载力计算时，一般包括单桩单桩抗拔极限承载力和单桩抗拔承载力的安全系数的计算。1.1单桩抗拔极限承载力1.1.1中国单桩抗拔极限承载力计算6中国《建筑桩基技术规范》规定，群桩基础及设计等级为丙级的建筑桩基基桩的抗拔极限承载力可按下列规定计算：群桩呈非整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值可按下式计算：（1）群桩呈整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值可按下式计算：（2）式中，：基桩抗拔极限承载力标准值；：桩身周长，对于等直径

3、桩取；：桩侧表面第层土的抗压极限侧阻力标准值，可按经验取值；：抗拔系数，可按经验取值，：桩群外围周长。1.1.2美国单桩抗拔极限承载力计算当单桩承受上拔荷载时，桩体相对于桩周土体向上运动，其抗拔承载力主要源于桩侧土体提供的摩擦力及桩端阻力（当为扩底桩时需考虑）。根据文献[2]及文献[3]，桩体的极限抗拔承载力可按下式估算：（3）（4）（5）（6）6式中，：极限抗拔承载力；：桩端抗拔面积；：第i个桩体单元的抗拔摩阻力；：桩端部的直径；：桩身直径；：桩身周长；：第i个桩体单元的长度；：桩体承受竖向抗压时的侧摩阻力；：桩体自重。在抗拔过程

4、中，由于桩周土压力的减小，桩体直径也将有所减小，因此，抗拔时桩土间的摩擦阻力将小于抗压时桩土间的摩擦力，根据美国工程师手册[2]，通常取抗压时桩土间摩擦力的2/3来估算抗拔时的桩土间摩擦力。FoundationDesign建议抗拔时的桩土间摩阻力取抗压时桩侧阻力的75%[3]。而GeotechnicalEngineering则根据土层条件考虑单桩抗拔承载力[4]：对粘土中的单桩，其抗拔承载力可按下式计算：（7）式中，：抗拔承载力；：桩体自重；：桩侧面积；：粘着系数；：平均不排水抗剪强度。对砂土中的单桩，建议其桩侧阻力取抗压时桩侧阻力

5、的2/3。2安全系数的取值2.1中国单桩抗拔承载力的安全系数中国《建筑桩基技术规范》规定：承受拔力的桩基，应按下列公式同时验算群桩基础呈整体破坏和呈非整体破坏时基桩的抗拔承载力：（8）6（9）式中，：按荷载效应标准组合计算的基桩拔力；：群桩呈整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值，可按式（2）确定；：群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值，可按式（1）确定；：群桩基础所包围体积的桩土总自重除以总桩数，地下水位以下取浮重度；：基桩自重，地下水位以下取浮重度，对于扩底桩应按表1确定桩、土柱体周长，计算桩、土自重。由此可见，我国规范在

6、确定基桩的抗拔承载力时，安全系数取为2。2.2美国单桩抗拔承载力的安全系数文献【3】一书中认为，较之抗压破坏，桩体的抗拔破坏发生得更加突然，后果更加严重，因此，抗拔时所使用的安全系数应比抗压时的大，一般应取抗压时安全系数的1.5~2.0倍以上，该书中计算单桩允许抗拔承载力时，采用的抗拔安全系数为5。而文献【4】则将抗拔安全系数统一取为3。美国规范规定，在运用被许可的分析方法确定抗拔承载力时，安全系数最小应取3。3对比分析及结论6（1）对比中美两国标准可知，在进行单桩抗拔极限承载力计算时，两国规范的处理较为相似，抗拔时的桩侧阻力基本上

7、都是基于抗压时的桩侧阻力进行折减得到，美国标准的折减系数一般取2/3~3/4，中国规范中的折减系数一般取0.5~0.8。在进行扩底桩的抗拔计算时，美国标准一般还考虑了桩端扩大头部分的抗拔阻力，中国规范则未予考虑（只考虑了扩底桩的侧面阻力）。（2）中美两国标准可知，对确定桩体抗拔承载力时所采用的安全系数，两国标准差异较大。美国标准中的安全系数一般取3~5；中国规范中的安全系数取2。（3）建议在类似桩基设计中应优先结合实际工程考虑，选择合理的桩基设计计算方法和参数。参考文献[1]《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）；[2]EM1

8、110-1-1905，DeepFoundations.[3]DonaldPCoduto，FoundationDesign：PrinciplesandPractices(2NDEdition).[4]V.N.SMurthy,Geotec