基础工程学：单桩竖向抗拔承载力

工程中的海洋石油平台及系泊系统、高压输电塔、电视塔等高耸结构物桩基；受巨大浮托力作用的地下油罐、船坞底板、地下室等地下建筑物桩基；码头、桥台、挡土墙上的斜桩；承受地震荷载的桩基以及膨胀土及冻胀土区建筑物桩基，均不同程度地承受上拔荷载。处于这类情况下的桩基，必须验算其抗拔承载力。

桩的抗拔承载力取决于桩身材料（包括桩在承台中的嵌固）强度及桩土间的抗拔侧阻力。

桩的抗拔承载力由桩侧阻力、桩身重力及上拔形成的桩端真空吸力组成。由于后者所占比例不大，且可靠性不高，所以可不考虑。

桩基在上拔力作用下，桩截面对土体产生向上的位移，土体对桩身侧面产生向下的摩阻力，当摩阻力发挥至极限状态时，抗拔桩即处于破坏状态，此时地面土产生隆起现象。

抗拔桩极限承载力的计算方法一般可分为两类。一类是先假定不同的桩基破坏模式，以土的抗剪强度及侧压力系数等主要参数按理论公式计算出桩的抗拔极限承载力。由于抗拔剪切破坏面的假定各有不同，以及设置桩的方法对桩周土强度指标的影响，给抗拔极限承载力的确定带来不确定性及复杂性，使用起来较困难。工程中一般不采用此方法。另一类方法是以试桩资料为基础，建立起桩的抗拔侧阻力与抗压侧阻力之间的关系及抗拔破坏模式，并得出相应的经验公式，以该经验公式确定抗拔极限承载力。目前，工程实践中多采用此方法。

由于经验公式中的计算参数仍有其局限性，为慎重起见，对设计等级为甲级和乙级的建（构）筑物抗拔桩基，应通过现场单桩上拔静载试验确定基桩抗拔极限承载力标准值。对设计等级为丙级的建（构）筑物的抗拔桩基，当单桩或群桩呈非整体破坏时，基桩抗拔承载力的计算如无当地经验，可按以下经验公式计算：

式中：Tuk——基桩抗拔极限承载力标准值（kN）；

qsik——可按表4-7取值；

ui——破坏表面周长（m），等直径桩u=πd；扩底桩按表4-13取值；

λ——抗拔系数，按表4-14取值。

表4-13　扩底桩破坏表面周长ui（单位：m）

注：li对于软土取低值，对于卵石、砾石取高值；li取值按内摩擦角增大而增加。

表4-14　抗拔系数λ(www.xing528.com)

注：桩长l与桩径d之比小于20时，λ取小值。

式（4-17a）是利用桩抗压时的极限摩阻力求抗拔极限承载力的经验公式，虽然桩的抗拔侧阻力与抗压侧阻力有相似之处，但当桩承受上拔荷载后，随着上拔量的增加，桩周土层会松动，桩受侧阻力的面积相应减少，使抗拔侧阻力低于抗压侧阻力，故经验公式中引入拔压限侧阻力比例系数，即抗拔系数λ。

当群桩呈整体破坏时（详见本章第四节），基桩的抗拔极限承载力标准值可按下式计算：

式中：Tgk——群桩呈整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值（kN）；

ul——群桩外围周长（m）；

n——桩数。

对于承受拔力的桩基，还应按式（4-17c、d）同时验算群桩基础呈整体破坏和非整体破坏时基桩的抗拔承载力，并按现行《混凝土结构设计规范》验算基桩材料的受拉承载力。即

式中：Nk——按荷载效应标准组合计算的基桩拔力（kN）；

Ggp——群桩基础所包围体积的桩土总自重（kN）除以总桩数，地下水位以下取浮重度；

Gp——基桩自重（kN），地下水位以下取浮重度，对扩底桩，按表4-13确定桩、土柱体周长，计算桩土自重。

对于膨胀土及冻胀土区建筑物桩基的抗拔承载力计算，请参考有关规范。