天津于家堡深大地下工程新型抗拔樁的研究與應用

1、吳江斌 王向軍 2015.04.24,天津于家堡深大地下工程 新型抗拔樁的研究與應用,EAST CHINA ARCHITECTURAL DESIGN & RESEARCH INSTITUTE CO.,LTD.,目錄 一、工程概況 二、新型抗拔樁適用性的試驗研究 三、新型抗拔樁的承載變形特性分析 四、擴底抗拔樁的工程應用,P 3,一、工程概況,天津于家堡金融區(qū)規(guī)劃圖鳥瞰,于家堡金融區(qū)占地面積3.86平方公里，規(guī)劃120個地塊，總的建筑面積達到950萬平方公里，建成后將是一個集市場會展、現(xiàn)代金融、城際車站、酒店會議中心、行政服務(wù)中心、濱河公園和中央大道等于一體的超大規(guī)模國際級的金融區(qū)。,P 5,于

2、家堡南北車庫是金融區(qū)起步區(qū)的先行開發(fā)的35個項目之一。建成后作為配套的綠地公園。 均為純地下結(jié)構(gòu)，整體設(shè)置4層地下室，單層面積均約2.8萬平米 基礎(chǔ)埋深約16.0m,工程概況 天津于家堡南、北地下車庫項目,北車庫,南車庫,普遍區(qū)域設(shè)置4層地下室,局部區(qū)域設(shè)置2層地下室,純地下結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深深，水浮力問題突出 抗拔樁的工程量大、造價高,7,常規(guī)等截面抗拔樁,擴底抗拔樁,樁側(cè)后注漿抗拔樁,常規(guī)等截面抗拔樁抗拔承載力有限 擴底抗拔樁以較小的材料增加獲取顯著的抗拔承載力提高 樁側(cè)后注漿抗拔樁改變樁身與樁周土的接觸界面特性，從而提高承載力,抗拔樁技術(shù)的發(fā)展,當前對擴底抗拔樁和樁側(cè)注漿抗拔樁的研究已經(jīng)開展

3、了不少的研究，其良好的承載特性已經(jīng)得到廣泛的關(guān)注。新型抗拔樁在背景工程中的應用是有一定理論基礎(chǔ)的。 新型抗拔樁在天津于家堡地區(qū)并無工程應用先例，開展新型抗拔樁的適用性試驗研究意義重大?？芍苯又笇П尘肮こ痰臉痘O(shè)計，也可為后續(xù)類似的項目提供參考。,二、新型抗拔樁適用性的試驗研究,試樁試驗方案 試樁施工,背景工程普遍地下4層區(qū)域，單樁抗拔承載力要求達到1800kN,樁徑為850mm, 等截面抗拔樁,有效樁長約30m。南北地下車庫共計設(shè)置抗拔樁超過4000根。工程量大，造價高。,工程規(guī)模大，采用新型抗拔樁以節(jié)省工程造價有現(xiàn)實需求。,初步估算，采用新樁型后，有效樁長僅需19m，可減短樁長11m。 開展

4、新型抗拔樁的適用性試驗研究意義重大,減短樁長約11m,30m,19m,試樁試驗方案,地下4層區(qū)域，量大面廣。擬開展擴底抗拔樁和樁側(cè)注漿抗拔樁兩種樁型的試樁試驗,地下2層區(qū)域范圍相對較小。擬僅開展擴底抗拔樁的試樁試驗,SBZ1A擴底抗拔樁 試樁數(shù)量3根 有效樁長19m 等截面段樁徑850mm 擴底直徑1500mm 擴大頭高度1.5m+0.75m,SBZ1B樁側(cè)注漿 試樁數(shù)量3根 有效樁長19m 樁徑850mm 樁側(cè)設(shè)置2道注漿斷面，每道注漿量0.8t,SBZ2擴底抗拔樁 試樁數(shù)量3根 有效樁長30m 等截面段樁徑850mm 擴底直徑1500mm 擴大頭高度1.5m+0.75m,雙套管,位移量測,

5、軸力測試,地下4層區(qū)域區(qū)域試樁平面布置圖,地下二層區(qū)域試樁平面布置圖,試樁施工,AM全液壓可視旋挖成孔工藝,擴大頭孔徑曲線,施工可行,試樁試驗結(jié)果,承載力滿足要求,三、新型抗拔樁承載變形特性的分析,荷載位移曲線及樁身變形 樁身軸力分布規(guī)律 樁側(cè)摩阻力發(fā)揮特性 擴大頭的承載機理,荷載位移曲線,擴底-19m,樁側(cè)注漿-19m,擴底-30m,P 21,擴底-19m,荷載位移曲線,樁頂、樁端同時發(fā)生較大的變形，試樁達到破壞狀態(tài)。,P 22,樁側(cè)注漿樁19m,擴底樁19m,擴底樁30m,荷載位移曲線,承載能力 抗變形能力,樁身軸力分布曲線規(guī)律,擴底-19m,樁側(cè)注漿-19m,當樁頂試樁荷載為1000kN

6、時，兩種樁型樁身軸力分布曲線較接近。,樁頂荷載1000kN,樁身軸力分布曲線規(guī)律,當樁頂試樁荷載為1000kN時，兩種樁型樁身軸力分布曲線較接近。,樁頂荷載2000kN,樁身軸力分布曲線規(guī)律,當樁頂上拔荷載大于3000kN時，兩種樁型樁身軸力分布曲線差異明顯。,樁頂荷載3000kN,樁身軸力分布曲線規(guī)律,隨著樁頂試樁荷載的增大，樁側(cè)注漿抗拔樁距樁端附近的樁身軸力增長有限。而擴底抗拔樁相應位置處的樁身軸力增長幅度較大。,樁頂荷載4000kN,樁身軸力分布曲線規(guī)律,隨著樁頂試樁荷載的增大，樁側(cè)注漿抗拔樁距樁端附近的樁身軸力增長有限。而擴底抗拔樁相應位置處的樁身軸力增長幅度較大。,樁頂荷載5000k

7、N,樁身軸力分布曲線規(guī)律,樁側(cè)摩阻力發(fā)揮特性,擴底-19m,樁側(cè)注漿-19m,當試樁荷載較小時，兩種樁型均依靠樁側(cè)摩阻力抵抗上拔荷載。,樁頂荷載1000kN,樁側(cè)摩阻力發(fā)揮特性,擴底,側(cè)注漿,當樁頂荷載逐漸增大時，淺部土層，樁側(cè)注漿抗拔樁的側(cè)摩阻力明顯比擴底抗拔樁相應區(qū)域的樁側(cè)摩阻力大 深部土層，兩種樁型側(cè)摩阻力的發(fā)揮差異不大。,樁頂荷載3000kN,樁側(cè)摩阻力發(fā)揮特性,擴底,側(cè)注漿,當試樁達到較高水平時，對于樁側(cè)注漿抗拔樁來說，全樁長范圍內(nèi)的側(cè)摩阻力得到進一步的增強，特別是深部土層側(cè)摩阻力的增長幅度較大。 擴底抗拔樁全樁長范圍的側(cè)摩阻力亦有增長，但增長幅度有限。,樁頂荷載5000kN,樁側(cè)摩

8、阻力發(fā)揮特性,擴底,側(cè)注漿,樁側(cè)注漿增強系數(shù),擴底抗拔樁,擴大頭抗力的發(fā)揮特性,擴底-19m,樁側(cè)注漿-19m,擴大頭抗力,等截面段樁側(cè)摩阻力,擴大頭抗力的發(fā)揮特性,極限狀態(tài)下，擴大頭提供的抗拔承載力可占總承載力的50%以上,擴大頭的承載機理,試樁試驗的數(shù)值擬合,Q=3000 kN Q=4000 kN,Q=5000 kN Q=5500 kN,擴大頭的承載機理,擴大頭與周邊土體的相互作用,根據(jù)擴頭段法向應力分布，計算得到擴頭段的抗拔擴頭段法向應力豎向分力提供了擴頭段的主要抗拔力，占擴頭段總抗拔力約70%。,擴大頭的承載機理,擴底抗拔樁的承載力由樁側(cè)摩阻力與擴大頭抗力共同組成，兩者承載力的發(fā)揮是一

9、個異步的過程 首先由等截面段樁土側(cè)摩阻力提供抗拔力；當上拔荷載進一步增大后，擴大頭開始逐漸發(fā)揮作用，并且擴大頭抗力占試樁總荷載的比例逐步上升 當?shù)冉孛娑螛秱?cè)摩阻力達到極限狀態(tài)后，擴大頭可繼續(xù)提供抗拔承載力，甚至超過樁側(cè)摩阻力提供的抗拔承載力 擴大頭周邊土體隨樁頂加載增加，受到擴大頭的擠壓力逐漸增大，逐漸進入塑性狀態(tài)，并最終貫穿整個擴大頭區(qū)域，周邊土體受壓達到極限狀態(tài)后，擴底抗拔樁發(fā)生整體向上的變形，達到破壞狀態(tài)。,擴大頭的承載機理,擴底抗拔樁極限承載力計算方法,假定極限破裂面,荷載傳遞法,被動土壓力折減系數(shù),為被動土壓力折減系數(shù)取值表,極限狀態(tài)下法向壓力計算值,擴大頭位置被動土壓力值,計算單樁承載力值與試驗值比較,三、擴底抗拔樁的工程設(shè)計,南車庫擴底抗拔樁平面布置圖 共設(shè)置有效樁長19m的擴底抗拔樁約960根，有效樁長為30m的擴底抗拔樁約700根。,北車庫擴底抗拔樁平面布置圖 共