斜桩在周口市体育场中的应用

摘要：采用斜桩是有效的抵抗水平力的方法，其实质是将直桩所承受的水平剪力及弯矩，转换为承受轴向拉力或轴向压力的形式[1]，使桩的受力更为合理,同时减小了桩的截面尺寸，混凝土和钢筋的用量也相应减少。因此斜桩在近年来的工程设计中得到普遍的推广应用。本文以周口体育场斜桩为例，介绍斜桩的受力性能和设计方法。为斜桩的工程应用提供一定借鉴。

关键词：斜桩水平承载力 设计方法 工程应用

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

斜桩在桥梁、码头、送电铁塔等工程桩基中经常使用，但在一般工业与民用建筑中则很少采用，目前大跨度屋盖结构已广泛应用于机场、体育场馆、文体活动中心等公共建筑，其屋盖往往采用曲面桁架结构，在风荷载的作用下支座处会产生很大的水平推力和拉力，仅仅依靠承台埋深无法解决[2]。而一般竖直桩，单桩水平承载力相对较小，桩数多，费用高，因此采用斜桩既经济又安全。

一、工程概况

周口市体育场位于周口市沙颖河北岸庆丰路与东十一路交叉处之东南侧, 北临周口市体育馆。下部看台为框架结构，上部罩棚为双曲面网壳结构，图1为体育场立面图，图2为周口体育场支座布置平面图，其中左右两侧的支座为落地支座，中间的支座落在下部混凝土结构柱子上。网壳从落地处至最高点高差达46m，结构纵向最大跨度达255 m，结构最大悬挑尺寸为37 m。由于该网壳结构跨度大、悬挑大、落差大，在组合工况作用下落地支座的水平推力比较大，从而给基础设计带来难题。

图1 周口体育场立面图

图2 周口体育场支座布置平面图

二、斜桩分析及设计

2.1落地支座反力计算结果分析

罩棚为轻钢屋面，对风荷载作用比较敏感，由于双曲线屋面的风荷载体型系数无法通过现行的荷载规范确定，因此该工程通过风洞试验确定了风荷载体型系数，落地支座为固定铰支座，采用MST和MIDAS GEN分别计算得出支座反力，其包络值如下表1所示

表1支座反力

由表可知，网架在支座位置产生较大水平力，其中落地支座X方向的水平力较大，最大值约为13800KN，Y方向的水平力也比较大，最大值约为2635.2KN，竖向也会产生向上的拉力，其中竖向力和Y方向水平力可以通过筏板基础以及竖向钻孔灌注桩来承受，但竖向钻孔灌注的水平力承载力比较低，而斜桩在同样的外荷载作用下所受的轴向力比竖桩大，横向力比竖桩小，横向力减小，桩内弯矩降低对桩的受力是有利的，因此本工程采用斜桩来抵抗X方向的水平拉力和压力。

2.3 斜桩设计

根据工程地质条件和落地支座反力的的特点，支座落在地下室剪力墙上，地下室顶板厚1.2m既能保持支座变形的整体性，又可以有效的抵抗支座水平力，基础采用桩筏基础，筏板厚度为2.5m，混凝土等级为C30，竖直桩采用大直径的钻孔灌注桩，以第⑤层为粉砂持力层，由于X方向的支座反力比较大，因此筏板的周边采用水泥搅拌桩进行地基处理，减少基础的水平变形和位移。但仅依靠地下室剪力墙、筏板和竖直桩来抵抗水平力是远远不够的，因此在X方向设置一定数量的斜桩来抵抗X方向的水平推力和拉力。

斜桩采用φ=200mm，有效桩长21m，钢绞线采用1860级，抗拉强度设计值不小于1320N/mm。

2.3.1斜桩抗拉承载力设计

根据桩基规范[3]式5.4.6-1

侧阻考虑二次注浆，按1.3倍灌注桩，抗拔系数λ=0.7

1）整体计算

每组（1#+2#+3#+4#）桩抗拔力水平分量（特征值）

(592xCOS30°+541xCOS35°+571xCOS40°+420xCOS45°)/2=845KN

斜桩在每排钻孔桩之间布1排4根，共16排

总水平抗拔力=845x16=13520 KN>14420/1.3=11093 KN

2）对局部受力较大处增设0#和5#各5根桩进行局部计算

每组（0#1#+2#+3#+4#+5#）桩抗拔力水平分量（特征值）为1370KN

斜桩在每排钻孔桩之间布1排6根，共5排

总水平抗拔力=1370x5=6850 KN>5762/1.3=4432KN

2.3.2斜桩抗压承载力设计

斜桩采用φ=200mm，侧阻选用灌注桩系数。

根据《建筑地基基础设计规范》[5]公式8.5.11

根据《桩基规范》JGJ 94-2008公式5.3.5

1) 整体计算

每组（1#+2#+3#+4#）总水平抗推力9516 KN

水平内压力设计值9158KN,标准值9158/1.3=7045KN

2) 对局部受力较大处增设0#和5#各5根桩进行局部计算，考虑斜桩长细比较大，按桩身稳定性系数考虑折减，取ψ=0.65，总水平抗推力为4495 KN

局部三个点水平内压力设计值4287KN,标准值4287/1.3=3297 KN。

斜桩完全能够抵抗水平内推力。

三、结语

目前周口体育场已正式投入使用，桩基检测报告表明，锚杆桩的抗水平承载力完全能够满足设计要求，实践证明，锚杆斜桩完全能够承受支座处较大的水平力，且经济性能良好，施工方便，是一种良好的抵抗水平力体系。

[1]建筑桩基抵抗水平力分体系的概念设计[J]. 建筑结构，2009，39（11）:90-92

[2]杭州大剧院斜桩设计与施工[J] 建筑技术，2004，35（3）:190-191

[3]JGJ94-2008建筑桩基技术规范[S].中国建筑工业出版社，2008.

[4]CECS22-2005土层锚杆（索）技术规范[S].中国建筑工业出版社，2008

[5]GB50007 2002建筑地基基础设计规范[S].北京:国建筑工业出版社，2002.