關(guān)于上海中心大廈大直徑超長灌注樁現(xiàn)場試驗(yàn)研究的討論

1、第34卷第6期巖土工程學(xué)報(bào)Vol.34 No.6 2012年 .6月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering June 2012 關(guān)于“上海中心大廈大直徑超長灌注樁現(xiàn)場試驗(yàn)研究”的討論劉滔1,劉明振2(1. 長安大學(xué)公路學(xué)院,陜西西安 710064;2. 西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院,陜西西安 710055中圖分類號:TU473.1 文獻(xiàn)標(biāo)示碼:A 文章編號:10004548(201206116602作者簡介:劉滔(1977,男,河南襄城人,工學(xué)博士,從事隧道工程、地下工程防災(zāi)減災(zāi)研究工作。E-mail: liutaocv。Discussion

2、on “Field loading tests on large-diameter and super-long bored pilesof Shanghai Center Tower”LIU Tao1, LIU Ming-zhen2(1. School of Highway, Changan University, Xian 710064, China; 2. School of Civil Engineering, Xian University of Architecture andTechnology, Xian 710055, China筆者認(rèn)真拜讀了王衛(wèi)東等在巖土工程學(xué)報(bào)第33卷第

3、12期上發(fā)表的上海中心大廈大直徑超長灌注樁現(xiàn)場試驗(yàn)研究一文(以下簡稱“原文”,豐富的測試數(shù)據(jù)、詳盡的理論分析使筆者受益匪淺。筆者在處理工程問題的過程中多次遇到與“原文”類似的現(xiàn)象:由于基坑太深,如果試樁前就將基坑開挖到設(shè)計(jì)深度,不僅使基坑長期暴露,產(chǎn)生大量工程問題,增加降水時(shí)間和費(fèi)用,而且也常常會導(dǎo)致意想不到的環(huán)境問題。為避免這些問題的發(fā)生,常采取下述兩種辦法:與“原文”的方法相同,試樁過程在開挖前進(jìn)行,在天然地面上成樁,并在天然地面上進(jìn)行載荷試驗(yàn),采取隔離措施,以消除設(shè)計(jì)承臺底面以上樁體與土體間的側(cè)摩阻力(以下稱“情況1”;先施工試樁,再開挖基坑到設(shè)計(jì)標(biāo)高后進(jìn)行載荷試驗(yàn)(以下稱“情況2”。還

4、有一種做法是:開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,在基坑內(nèi)成樁并進(jìn)行載荷試驗(yàn)(以下稱“情況3”。如果說“情況3”更接近工程樁的實(shí)際受力狀態(tài)的話,那么我們不得不看到,前兩種做法所存在的問題:其測試結(jié)果都與“情況3”有一定的出入。下面予以討論:“情況1”,即“原文”試樁SYZA02、SYZB01和SYZC01的做法,盡管這種做法隔離了上部(約25 m樁段的側(cè)摩阻力,但這段土體的重量仍然存在,它的存在使土中自重應(yīng)力與開挖后不同,這種差異必然造成樁側(cè)摩阻力和端阻力的不同,因?yàn)闃秱?cè)摩阻力和端阻力的大小、分布以及發(fā)揮程度不僅與土層的工程性質(zhì)有關(guān),而且還與土層中的應(yīng)力狀態(tài),或者說所處的深度有關(guān)。這一點(diǎn)不僅從理論分析中得到解釋

5、,也可以從實(shí)際測試結(jié)果得到驗(yàn)證1。另外“原文”的測試數(shù)據(jù)也可以說明這一點(diǎn):在“原文”的圖5(a和(b中,各找到一條曲線,它們在樁頂下25 m處軸力相近,對比發(fā)現(xiàn)著兩條曲線的斜率在埋深為25 m至52 m這一段的明顯不同,其中圖(a是試樁SYZA01的,該試樁隔離鋼套管失效,其曲線斜率大,圖(b是試樁SYZA02的,該樁套管發(fā)揮了隔離作用,曲線斜率比較小,也就是說,在這一樁段,前者的側(cè)摩阻力遠(yuǎn)大于后者。同樣的方法對比樁端阻力,也會得到類似的結(jié)果。這種差異是如何產(chǎn)生的?筆者認(rèn)為是因?yàn)樵嚇禨YZA01在025 m樁段的樁側(cè)阻力傳遞到下部土層中,引起土層中應(yīng)力增加所致。鑒于以上分析對比,筆者認(rèn)為“原文

6、”的結(jié)論“(2采用雙層鋼套管隔離基坑開挖段樁土接觸以模擬工程樁實(shí)際受荷狀態(tài),能夠較真實(shí)地反映有效樁長范圍內(nèi)樁側(cè)摩阻力發(fā)揮與分布形狀,為研究工程樁承載特性提供條件。”的提法不夠合理,上覆壓力的存在增大了樁的極限承載力,改變了側(cè)摩阻力和端阻力的大小及樁側(cè)摩阻力的分布,對工程來說是偏于不安全的,25m厚的上覆土層壓力不是一個(gè)可以忽略的數(shù)字。因此筆者才提出這一問題同“原文”作者進(jìn)行探討。由于“原文”所涉及的超長樁承載力特別高,這一問題也許不至于影響到本工程的安全,但對那些基坑開挖深度相對較大、樁長較短的樁基來說,就不能不考慮這種影響了,它造成的后果可能是致命的。筆者在處理某工程事故中已經(jīng)遇到了類似問題

7、。某工程天然地面以下31 m 處有一砂層,樁端進(jìn)入該砂層1.8 m,基坑開挖深度15 m,采用與“原文”類似的方法用套管隔離上面15 m土層與試樁間的接觸,進(jìn)行3根試樁的靜載荷試驗(yàn)結(jié)果是單樁極限承載力都不低于2100 kN,工程樁是在開挖到14.5 m的基坑中施工的,工程樁靜載荷試驗(yàn)結(jié)果表明,大部分的單樁極限承載力分布在17002000 kN之間,說明承載力偏低的問題不是個(gè)案。分析認(rèn)為出現(xiàn)問題的主要原因之一是與試樁和工程樁所在土層的討論稿收稿日期:20120202答復(fù)稿收稿日期:20120328第6期討論1167應(yīng)力狀態(tài)不同有關(guān)。對于“情況2”,原文并未涉及,在這里列出來是因?yàn)樗c情況1屬于同

8、類問題,筆者想借此機(jī)會把這種情況與大家交流。由于成樁后進(jìn)行基坑開挖,卸荷使樁周土回彈,樁土之間的相對位移使樁體受拉,側(cè)摩阻力在上段為正,下段為負(fù),甚至影響到樁端與樁底土的接觸,這種初始受力狀態(tài)與”情況3”的差別必然會影響到樁的承載力及其側(cè)摩阻力和端阻力的分布及發(fā)揮。筆者還曾遇到某工程預(yù)制樁接頭被拔斷,上段樁體浮起的現(xiàn)象。對于“情況1”筆者采用的方法是視土層、埋深、樁長等情況,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在總承載力內(nèi)扣掉一部分,這肯定具有一定的局限性、隨意性和盲目性。對于“情況2”,還沒有很好的解決辦法,因此拿出來和大家討論。參考文獻(xiàn):1 趙春風(fēng), 魯嘉, 孫其超, 等. 大直徑深長鉆孔灌注樁分層荷載傳遞特性試驗(yàn)研

9、究J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2009, 28(5: 10201026. (ZHAO Chun-feng, LU Jia, SUN Qi-chao, et al. Experimental study of load transmissaion propersity of large-diameter bored cast-in-situ deep and long pile in different soil layersJ. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2009, 28(5: 10201026. (in Chinese對“上海中

10、心大廈大直徑超長灌注樁現(xiàn)場試驗(yàn)研究”討論的答復(fù)王衛(wèi)東1,2,李永輝1,吳江斌2(1. 同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系,上海 200092;2. 華東建筑設(shè)計(jì)研究院地基基礎(chǔ)與地下工程設(shè)計(jì)研究所,上海 200002中圖分類號:TU473.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:10004548(201206116702作者簡介:王衛(wèi)東(1969,男,遼寧遼陽人,工學(xué)博士,教授級高級工程師,博士生導(dǎo)師,從事地下工程、深基坑工程、高層建筑地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與分析。E-mail: weidong _wang 。Reply to discussion on “Field loading tests on large-diam

11、eter and super-long boredpiles of Shanghai Center Tower”WANG Wei-dong1,2, LI Yong-hui1, WU Jiang-bin2(1. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Department of Underground structure &Geotechnical Engineering, East China Architectural Design & Research Ins

12、titute, Shanghai 200002, China非常感謝劉韜、劉明振兩位學(xué)者對“上海中心大廈大直徑超長灌注樁現(xiàn)場試驗(yàn)研究”的關(guān)注和討論(以下簡稱“討論文”。現(xiàn)就討論的問題進(jìn)行答復(fù)與進(jìn)一步探討。在軟土地區(qū),基坑支護(hù)設(shè)計(jì)通常采用圍護(hù)墻結(jié)合內(nèi)支撐系統(tǒng),加之工程場地土質(zhì)較為軟弱,在基坑開挖之后,在坑內(nèi)進(jìn)行試樁和工程樁施工且進(jìn)行載荷試驗(yàn)是難以實(shí)施的。當(dāng)樁基現(xiàn)場試驗(yàn)在自然地面完成時(shí),試樁與工程樁在承載性狀方面存在差異,筆者認(rèn)為這種差異主要受以下因素影響:基坑開挖段樁側(cè)摩阻力。與工程樁相比,試樁不僅增加了該段側(cè)摩阻力發(fā)揮量,而且該段側(cè)摩阻力的發(fā)揮影響基坑底面以下一定深度土層側(cè)摩阻力發(fā)揮性狀?；?/p>

13、開挖段土體自重應(yīng)力。該段土體自重應(yīng)力影響基坑底面以下樁側(cè)法向應(yīng)力及樁端處土層豎向應(yīng)力水平,導(dǎo)致試樁與工程樁樁側(cè)摩阻力及樁端阻力發(fā)揮水平存在差異。基坑開挖后,基坑底面以下土體回彈效應(yīng)。工程樁在坑底土體回彈效應(yīng)影響下,產(chǎn)生負(fù)摩阻力,且導(dǎo)致樁側(cè)法向應(yīng)力發(fā)生變化,使得樁側(cè)摩阻力發(fā)揮性狀與試樁有所不同。應(yīng)用于超高層建筑的大直徑超長灌注樁通常伴隨著較大的基坑挖深,以上因素對試樁與工程樁承載性狀差異的影響更為突出。對于抗拔灌注樁,應(yīng)更加重視上述因素的影響,筆者也在工程設(shè)計(jì)中較早考慮了這方面問題,并結(jié)合上海世博500 kV 地下變電站工程進(jìn)行了相關(guān)的研究1-2。上海世博500 kV地下變電站抗拔樁樁端埋深82

14、.3 m,基坑開挖深度34 m,且開挖面積大,開挖土方量達(dá)450000 m3,如此大的基坑開挖深度,當(dāng)試樁載荷試驗(yàn)在自然地面進(jìn)行時(shí),必將使得試樁與工程樁在承載性狀上存在較大的差異。該工程抗拔樁載荷試驗(yàn)采用雙層鋼套管隔離技術(shù),筆者也結(jié)合該工程,對深開挖條件下抗拔樁開挖段側(cè)摩阻力的扣除、開挖卸荷樁周土體圍壓減小引起的抗拔樁承載力損失及開挖卸荷基底土體回彈對樁產(chǎn)生預(yù)拉力等問題進(jìn)行了分析,并提出了深開挖條件下抗拔樁設(shè)計(jì)方法3。討論文中所述3種樁基工程現(xiàn)場試驗(yàn)情況,筆者均有相應(yīng)1168 巖土工程學(xué)報(bào)2012年的工程實(shí)踐?！扒闆r1”為在天然地面上成樁并進(jìn)行載荷試驗(yàn),采取措施隔離基坑開挖段樁側(cè)摩阻力;“情況

15、2”為先施工試樁,再開挖基坑在坑內(nèi)進(jìn)行載荷試驗(yàn);“情況3”為基坑開挖后,在基坑內(nèi)成樁并進(jìn)行載荷試驗(yàn)。樁基現(xiàn)場載荷試驗(yàn)采用何種情表1 采用雙層鋼套管技術(shù)的部分工程試樁概況Table 1 General situation of some projects test piles used double steel sleeves technique工程名稱地區(qū)建筑高度/m層數(shù)樁端埋深/m樁徑/mm基底埋深/m樁端持力層樁型極限承載力實(shí)測值/kN上海中心大廈上海632 124 88 1000 31 粉砂夾中粗砂層樁端后注漿樁26000天津117大廈天津600 117 100 1000 26 粉砂層樁

16、端樁側(cè)聯(lián)合后注漿樁39000武漢綠地中心大廈武漢606 119 60 1200 30 微風(fēng)化泥巖、砂巖樁端后注漿嵌巖樁45000世博地下變電站上海4(地下82 800 34 中砂層樁側(cè)后注漿抗拔樁8000上海白玉蘭廣場5上海320 66 65 700 22 粉砂、粉質(zhì)黏土互層樁側(cè)后注漿抗拔樁4800況,筆者認(rèn)為主要取決于工程場地地質(zhì)條件及基坑開挖支護(hù)形式。雖然“情況3”與工程樁實(shí)際受力狀態(tài)最為接近,但通常導(dǎo)致基坑暴露時(shí)間延長,風(fēng)險(xiǎn)性增大,因此,僅在硬土和地下水位較低的地區(qū)有實(shí)施的可能。筆者參與設(shè)計(jì)的北京CCTV新主樓樁基礎(chǔ),該工程場地土性較好,基坑開挖采用樁錨支護(hù)形式,其現(xiàn)場試樁是在開挖基坑后

17、鉆孔成樁并進(jìn)行載荷試驗(yàn)的。北京CCTV新主樓樁基直徑為1200 mm,樁端埋深52 m,有效樁長33.4 m,采用樁端樁側(cè)聯(lián)合后注漿工藝,試樁結(jié)果表明其單樁承載力不小于33000 kN,滿足樁基承載力設(shè)計(jì)要求4。對于具有基坑底面加載條件的試樁,可采用“情況2”方式進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn),該方式雖不能克服基坑開挖后土體回彈對樁基承載力的影響,但較好地解決了基坑開挖段樁側(cè)摩阻力和土體自重應(yīng)力的影響問題。筆者設(shè)計(jì)的杭州波浪文化城樁基工程位于高地下水位的軟土地區(qū),其基坑開挖支護(hù)無內(nèi)支撐,該工程試樁在自然地面鉆孔成樁,部分試樁在坑內(nèi)完成靜載荷試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明坑內(nèi)試樁與自然地面試樁兩者承載力均大于設(shè)計(jì)承載力要求。

18、對于處于深厚軟土地區(qū)且基坑開挖較深的樁基工程,在基坑內(nèi)成樁并開展載荷試驗(yàn)的難度極大,為盡量減小基坑開挖段對試樁結(jié)果的影響,采用雙層鋼套管隔離基坑開挖段樁土接觸成為可行的措施(“情況1”。此種試樁情況,筆者在一些工程實(shí)踐中進(jìn)行了應(yīng)用(如表1所示,其試樁結(jié)果為工程樁設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo),同時(shí)也積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn),對同類樁基工程設(shè)計(jì)也具有參考價(jià)值。大直徑超長灌注樁的工程應(yīng)用與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較其它樁基礎(chǔ)少,現(xiàn)場載荷試驗(yàn)也只能盡可能反映工程樁主要受荷狀態(tài)?！扒闆r1”雖不能克服基坑開挖段土體自重應(yīng)力和基坑開挖后坑底土體回彈的影響,但比起未采取隔離措施的自然地面試樁方式,其已經(jīng)在一定程度上接近工程樁的受荷狀態(tài),這也就

19、表明雙層鋼套管的應(yīng)用為研究工程樁的承載性狀提供了條件。當(dāng)然“情況3”試樁結(jié)果最為理想,但在工程實(shí)施過程中受多種因素影響而難以實(shí)現(xiàn),“情況1”實(shí)施起來相對容易,解決了實(shí)際工程問題,從工程設(shè)計(jì)角度講,該方式對指導(dǎo)工程樁設(shè)計(jì)具有可行性,但從學(xué)術(shù)角度,仍需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究開挖段土體自重應(yīng)力及開挖后坑底土體回彈對樁基承載性狀的影響,筆者也將結(jié)合工程實(shí)踐,進(jìn)一步開展這方面研究工作。同時(shí)也呼吁感興趣的學(xué)者結(jié)合工程實(shí)際,通過開展相關(guān)理論研究使得這一問題得到較好的解決。參考文獻(xiàn):1 王衛(wèi)東, 翁其平, 吳江斌. 上海世博500 kV地下變電站超深抗拔樁的設(shè)計(jì)與分析J. 建筑結(jié)構(gòu), 2007, 37(5:

20、107110. (WANG Wei-dong, WENG Qi-ping, WU Jiang-bin.Design and analysis of the deep substructures uplift piles in the project of Shanghai World Exposition 500 kV Underground Electric SubstationJ. Building Structure, 2007, 37(5: 107110. (in Chinese 2 王衛(wèi)東, 黃茂松, 王建華, 等. 深層開挖條件下抗拔樁的工作性狀和計(jì)算方法研究報(bào)告R. 上海: 華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司, 2008. (WANG Wei-dong, HUANG Mao-song, WANG Jian-hua, et al. Working properties and calculation methods of pile under deep excavationR.Shanghai: East China Architecture Design & Research Institute Co. Ltd, 2008. (in Chinese 3 王衛(wèi)東, 吳江斌. 深開挖條件下抗拔