超高層超長(zhǎng)樁設(shè)計(jì)的反思-PPT課件

1、 超高層超長(zhǎng)樁設(shè)計(jì)的反思王立軍2019.10.1 概述 Case 1 深圳漢京中心 Case 2 某工程 Case 3 北京國(guó)貿(mào)3B Case 4 寧波曼哈頓 概述某高層工業(yè)廠房砼框架鋼框架-支撐組合結(jié)構(gòu)超高層建筑因其重量大，天然地基通常無(wú)法滿足承載力要求。采用樁基，如基巖淺，可采用嵌巖樁；否則，采用摩擦端承樁。非嵌巖樁一般做成直徑1000-1200mm，長(zhǎng)度50-100m，長(zhǎng)徑比為50-100的超長(zhǎng)樁，單樁豎向承載力特征值在10000kN-20000kN。 深圳平安，人工挖孔擴(kuò)底樁，微風(fēng)化為持力層，樁徑5m，單樁豎向抗壓承載力特征值200000kN（待查實(shí)） 上海中心，鉆孔灌注樁，樁徑110

2、0mm，樁長(zhǎng)60m，單樁豎向抗壓承載力特征值12000kN（待查實(shí)）概述某高層工業(yè)廠房砼框架鋼框架-支撐組合結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)樁通常采用鉆孔灌注樁。因其超長(zhǎng)存在樁端清渣難的問(wèn)題。超長(zhǎng)樁的工作機(jī)理不同于普通柱。它的豎向承壓承載力不是簡(jiǎn)單的側(cè)阻力+端阻力。超長(zhǎng)樁在樁頂豎向荷載作用下，因樁身的豎向壓縮變形大，使得樁身上部的豎向變形大，下部的小。上部樁側(cè)的側(cè)摩阻在達(dá)到極限值時(shí)下部的側(cè)摩阻還很小，這時(shí)端阻也上不去。如果樁端沉渣厚，上部樁身的側(cè)摩阻達(dá)到極限后因樁端不能提供有效地支承，該側(cè)摩阻值會(huì)下降即發(fā)生軟化，此時(shí)因樁端沉降過(guò)大樁的豎向受壓承載力難以發(fā)揮，甚至比計(jì)算值小很多。概述某高層工業(yè)廠房砼框架鋼框架-支撐組合

3、結(jié)構(gòu)后壓漿技術(shù)是解決超長(zhǎng)樁豎向承載力不足的有效方法。通過(guò)在樁端注漿，減小了樁端的沉降，使樁側(cè)阻力自上而下有了逐漸的發(fā)揮，同時(shí)也提高了樁端的端承力。如果再加以樁側(cè)注漿，則可以提高側(cè)摩阻力，從而使樁的豎向受壓承載力大大提高。因此，超長(zhǎng)樁在豎向受壓荷載作用下承載力的形成存在著側(cè)阻和端阻的耦合作用。通過(guò)樁端、樁側(cè)后注漿，可以使樁豎向受壓承載力提高50-100%。 羅蘭斯寶漢京中心 Case 1 深圳羅蘭斯寶漢京中心 框架支撐鋼結(jié)構(gòu)320m高(建筑高度350m）地上70層，地下4層 羅蘭斯寶漢京中心 結(jié)構(gòu)體系框架支撐結(jié)構(gòu)大支撐，小支撐 羅蘭斯寶漢京中心 地基基礎(chǔ)大直徑人工挖孔樁，最大樁徑3.8m，擴(kuò)底4

4、.5m。原則上采用一柱一樁，樁端持力層為中風(fēng)化花崗巖，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為20MPa，單樁抗壓承載力特征值127000kN。 羅蘭斯寶漢京中心 按土體算： 巖石地基承載力特征值 fa=rfrk=0.420=8 MPa 單樁抗壓承載力特征值 Ra=faAp=8/44500/1000 =127170kN 按樁身算： 樁身受壓承載力 N=cfc Aps =0.819.1/43800/1000=173205kN 折算成標(biāo)準(zhǔn)值=173205/1.35=128300kN 1.35為樁身強(qiáng)度設(shè)計(jì)值與標(biāo)準(zhǔn)值的折算系數(shù)。 地基規(guī)范2019第8.5.6條 羅蘭斯寶漢京中心 樁身強(qiáng)度設(shè)計(jì)值與標(biāo)準(zhǔn)值的折算系數(shù)

5、恒載+活載組合（荷載規(guī)范2019）1 以活載為主的組合，1.2恒+1.4活（恒20%，活80%，如有吊車廠房） 1.2*0.2+1.4*0.8=1.36 取1.352 以恒載為主的組合，1.35恒+0.7*1.4活（恒80%，活20%，如住宅、辦公樓） 1.2*0.8+0.7*1.4*0.2=1.28 取1.3注：對(duì)比老荷載規(guī)范（2019以前），以恒載為主的組合，1.2恒+1.4活（恒80%，活20%，如住宅、辦公樓）1.2*0.8+1.4*0.2=1.24 取1.25 某高層工業(yè)廠房砼框架鋼框架-支撐組合結(jié)構(gòu)Case 2 某工程156m高39層（3層地下室）鋼骨砼外框砼核心筒混合結(jié)構(gòu)，在砼大

6、底板下均勻布樁。使用數(shù)年后發(fā)現(xiàn)砼大底板鍋底形變形嚴(yán)重。該項(xiàng)目建于上世紀(jì)90年代初，當(dāng)時(shí)經(jīng)計(jì)算結(jié)構(gòu)沉降趨于穩(wěn)定，大底板及結(jié)構(gòu)在安全范圍內(nèi)。近年來(lái)，剛度調(diào)平法布樁很好地解決了高層核心筒結(jié)構(gòu)的鍋底形沉降問(wèn)題。通過(guò)在核心筒底部范圍和外框柱下集中布樁，并合理調(diào)整樁的受力，有效控制了核心筒下和外框柱下的沉降差。核心筒下的樁要求有高的單樁豎向受壓承載力以滿足集中布樁的數(shù)量要求。采用后壓漿技術(shù)，不僅能夠節(jié)省樁長(zhǎng)，也可以在如軟土地基中單樁承載力過(guò)小滿足不了核心筒下集中布樁要求的情況下，通過(guò)提高單樁承載力達(dá)到這一要求。 國(guó)貿(mào)3BCase 3 國(guó)貿(mào)3B SRC柱鋼梁外框架鋼筋砼內(nèi)筒伸臂腰桁混合結(jié)構(gòu)265.1m高（建

7、筑高度300m）地上60層，地下4層 國(guó)貿(mào)3B 成因年代地層序號(hào)巖 性天然快剪qsik(kPa)qpk(kPa)fka(kPa)(kPa)()人工堆積土層房渣土、碎石填土（0）(10.0)/1粘質(zhì)粉土素填土、粉質(zhì)粘土素填土（10）(10.0)/第四紀(jì)沉積層砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土2029.5/1802001粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土（25）(22.0)/1601802粉砂（0）(25.0)/180200粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土1530.0/2002201粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土1819.0/1401602粘土、重粉質(zhì)粘土（30）(12.0)/1301503粉砂、細(xì)砂（0）(30.0)/220240卵石、圓礫（0）(40

8、.0)/3003501細(xì)砂、粉砂（0）(30.0)/260280粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土4023.06575/2202401粘土、重粉質(zhì)粘土5010.56070/2002202粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土2229.07080/250280卵石、圓礫（0）(40.0)130150/3804201細(xì)砂、中砂（0）(34.0)7080/330350土層巖性及物理力學(xué)性質(zhì)第四紀(jì)沉積層(11)粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土4912.08085/(11)1粘土、重粉質(zhì)粘土7011.57580/(11)2粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土/8085/(11)3中砂、細(xì)砂/7585/(12)卵石、圓礫/15017028003000/(12)1細(xì)砂、中砂

9、/808516001800/(12)2粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土/8085/(13)粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土/(13)1重粉質(zhì)粘土、粘土/(13)2砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土/(14)細(xì)砂、中砂/(14)1圓礫、卵石/(15)粘土、重粉質(zhì)粘土/(15)1粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土/(16)細(xì)砂、中砂/(16)1卵石/(16)2粘土、重粉質(zhì)粘土/(17)粉質(zhì)粘土/(17)1中砂/國(guó)貿(mào)3B含樁土層信息圖樁端落在12層，深度78m，有限樁長(zhǎng)55m。采用樁端、樁側(cè)后注漿。 國(guó)貿(mào) 3B 試樁設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表 樁類型樁徑(mm)樁長(zhǎng)(m)單樁豎向承載力特征值(kN)試樁試驗(yàn)最大加載值(kN)TP1120053.811600040000

10、TP1靜載試驗(yàn)Q-S曲線樁頂最大沉降量：29.56 mm最大回彈量：20.28 mm回彈率：68.6%通過(guò)樁身沉降測(cè)試，得到32000kN和40000kN試驗(yàn)荷載時(shí)樁端沉降值分別為2.26mm和2.85mm。國(guó)貿(mào)3B 各級(jí)荷載下TP1樁身軸力變化曲線荷載40000kN時(shí)樁側(cè)阻力分布圖根據(jù)內(nèi)力測(cè)試結(jié)果：（1）在最大試驗(yàn)荷載時(shí)，樁側(cè)土阻力均明顯高于地質(zhì)勘察報(bào)告提供的土層極限側(cè)阻力，可見(jiàn)樁側(cè)注漿效果明顯。（2）樁端阻力未充分發(fā)揮。寧波曼哈頓Case 4 寧波曼哈頓SRC柱鋼梁鋼支撐外框架鋼筋砼內(nèi)筒伸臂腰桁混合結(jié)構(gòu)248.9m高（建筑高度270m）地上56層，地下4層 寧波曼哈頓 樁端落在中風(fēng)化泥巖層

11、，深度70m，有限樁長(zhǎng)55m。未采用樁端、樁側(cè)后注漿。 寧波曼哈頓 寧波曼哈頓 試樁結(jié)果 寧波曼哈頓 試樁結(jié)果 討論單樁極限承載力判定： 寧波曼哈頓 試樁結(jié)果：1100SZ2 寧波曼哈頓 總結(jié)：1 試樁結(jié)果匯總本工程試樁的單樁抗壓極限承載力基本是由沉降量控制的，取用沉降量0.05D為對(duì)應(yīng)的荷載為單樁極限承載力。初步判斷是孔底沉渣或樁端粉砂巖的軟化對(duì)樁的承載力構(gòu)成了不利的影響。 試樁編號(hào)極限承載力（kN）極限承載力決定因素800SZ18453按沉降40mm取值800SZ210143按沉降40mm取值800SZ38100沉降不穩(wěn)定的前一級(jí)1100SZ120236按沉降55mm取值1100SZ219

12、467按沉降55mm取值1100SZ319139按沉降55mm取值 寧波曼哈頓 2 考慮開(kāi)挖段的樁側(cè)阻力扣除試樁樁頂標(biāo)高比工程樁樁頂標(biāo)高大約高出15m，因此工程樁的極限承載力應(yīng)從試樁的極限承載力扣除開(kāi)挖段的樁側(cè)阻力。 試樁編號(hào)試樁極限承載力（kN）實(shí)測(cè)樁側(cè)阻力（kPa）實(shí)測(cè)側(cè)阻力取值范圍扣除開(kāi)挖段側(cè)阻力后極限承載力800SZ1845318.8按328m段7740kN800SZ210143800SZ381001100SZ1202361100SZ21946712.2按016m段18830kN1100SZ31913915.3按030m段18340kN 寧波曼哈頓 3 樁側(cè)阻力隨加載的變化規(guī)律加載初期

13、，隨著荷載的加大，側(cè)阻力逐漸提高。但當(dāng)樁沉降量達(dá)到一定的數(shù)值后，側(cè)阻力越過(guò)峰值而逐漸降低。表明側(cè)阻力進(jìn)入軟化，表現(xiàn)出樁端、樁側(cè)阻力的耦合作用。 800SZ1（328m）1100SZ2（016m）1100SZ3（030m）荷載（kN）側(cè)阻力（kPa）荷載（kN）側(cè)阻力（kPa）荷載（kN）側(cè)阻力（kPa）180015.3400011.9400023.5270019.6600014.3600029.0360023.4800016.2800037.2450031.51000033.51000043.2540034.91200027.71200050.3630038.11400031.21400055

14、.0720028.01600025.71600044.8810026.61800016.41800041.6860023.91900012.51900036.0910018.82000012.22000015.3 寧波曼哈頓 4 結(jié)論與建議（1）試樁的極限承載力與樁身強(qiáng)度決定的極限承載力相比偏低，不能充分發(fā)揮樁身的強(qiáng)度。從現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)方案看，以最小的布樁間距難以布置下核心筒下筏板所需的樁根數(shù)。高層建筑樁基設(shè)計(jì)的原則應(yīng)采用核心筒下或外框柱下或裙樓柱下較為集中的布樁，以利于承臺(tái)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，因此應(yīng)盡可能提高單樁極限承載力。（2）試樁的單樁極限承載力是由沉降量決定的，應(yīng)采取后注漿措施降低沉降量，以提高樁側(cè)阻力從而提高單樁極限承載力并減小使用階段的沉降量和沉降差。（3）建議再進(jìn)行2根直徑1000mm的樁的試樁，采用樁側(cè)、樁端后注漿，有效樁長(zhǎng)（55m長(zhǎng)）的單樁承載力極限值按25000kN考慮