桩基规范0611修订焦点剖析.ppt

建筑桩基技术规范（修订）,若干技术焦点剖析 刘金砺 （中国建筑科学研究院地基基础研究所）, 两类极限状态 变刚度调平设计 基桩选型与误区 嵌岩桩承载力 桩土共同工作-承台效应 桩端支承刚度对侧阻力的影响 软土地区减沉复合疏桩基础设计 桩身受压承载力计算 灌注桩后注浆技术关键与误区,1 两类极限状态 1.1 承载能力极限状态 基于以下三方面原因，调整为以综合安全系数K为代替荷载分项系数和抗力分项系数，以单桩极限承载力为参数确定基桩抗力，以荷载效应标准组合为作用力的设计表达式 NkR(Quk,K) 或 NkR(qSKi,qPk,ak,K),（1）与建筑地基基础设计规范GB5007-2002的设计原则一致; （2）不同桩型和工艺对承载力的影响，已反映于QUK (qSiK,qPk,ak,); (3)JGJ94-94的概率极限状态设计模式实属不完整的的可靠性分析，短期内不可能实现突破。,1.2 正常使用极限状态 与原规范一致。,2 变刚度调平设计 2.1 天然地基箱形基础变形特征,图1 北京中信国际大厦箱基沉降等值线（s单位：cm） 高104m,框筒结构，双层箱基高11.8m；Smax=12.5 cm; Smax=0.004L。,2.2 桩筏基础的变形特征,图2 南银大厦桩筏基础沉降等值线（建成一年，s单位：cm） 高113m，框筒结构，400PHC桩，L=11m,均匀布桩，筏板厚2.5m,建成一年Smax=0.002L。,2.3 均匀布桩桩顶反力分布特征,图3 武汉某大厦桩箱基础桩顶反力分布 高层框剪结构，500PHC桩，L=22m,均匀布桩；中、边桩反力比=1：1.9,2.4 碟形沉降和马鞍形反力分布的负面效应 （1）碟形沉降 引起承台、上部结构的次内力 （2）马鞍形反力分布 导致基础的整体弯矩、冲切力、剪力增大 以图1北京中信国际大厦为例，整体弯矩较均布反力增加16.2%；对于图3所示桩筏基础，整体弯矩较均布反力将增加50%以上。,2.5 变刚度调平设计,图4 均匀布桩与变刚度调平布桩 的变形与反力示意,图5 变刚度布桩模式,（1）局部增强 如图4-（a） （2）桩基变刚度 如图4-（b）(c)(d) 增强核心筒区，弱化外围，局部平衡 （3）主裙连体变刚度 增强主体，弱化裙房 （4）上部结构基础地基（桩土）共同工作分析， 深 化、细化概念设计，计算沉降、承台内力与配筋。,2.6 试验验证 粉质粘土地基，20层框筒结构1/10现场模型试验,图6 等桩长与变桩长模型试验 表1 桩顶反力（F=3250KN）,2.7 变刚度调平概念设计优点,（1）减小核心筒冲切力，降低承台整体弯矩 （2）优化承台设计，降低造价 （3）减小差异变形，降低上部结构刚度次应力，提高耐久性 （4）合理发挥桩土共同作用,2.8 工程应用,北京皂君庙电信楼、山东农业银行大厦、北京长青大厦等10余项工程桩基设计进行优化，节约造价2100余万元；Smax35mm, Smax0.0008L。 近两年建设项目：北京电视中心，北京万豪大酒店，威海海悦国际大酒店等数十个工程的桩基础均采用变刚度调平概念设计。,3 基桩选型误区,3.1 凡嵌岩桩必为端承桩 导致嵌岩深度加大，工期延长， 造价提高 3.2 将挤土桩一沉管灌注用于高层建筑 由于挤土效应造成断桩、缩颈、上浮，事故频 发且严重，如：某会展中心全部桩报废；云南某 大厦筏板开裂，不得不加固处理。,3.3 预制桩质量稳定性高于灌注桩 优于沉管灌注桩是肯定的。 但有三点应特别注意： 沉桩挤土效应； 无法穿透硬夹层，桩长受限制； 单桩承载力可调范围小，难于实现变刚度 调平设计。,3.4 人工挖孔桩质量可靠 地下水位以上人工挖孔桩可实现彻底清孔、直观检 查持力层，且无断桩缩颈现象。 隐患： 边挖孔边抽水，细颗粒流失，地面下沉，乃至护壁 整体脱落； 临近新灌注混凝土桩抽水，带走水泥，造成离析； 在流动性淤泥中挖孔，引起淤泥侧向流动，导致 土体失稳滑移，将桩体推歪、推断。,3.5 灌注桩不适当扩底 岩石fr混凝土fc情况下扩底，不必要； 桩侧土层较好、桩长较大情况下扩底，既损失扩 底端以上部分侧阻力，又增加扩底费用，可能 得失相当或失大于得； 将扩底端置于有软弱下卧层的薄硬层上，增大 沉降。,4 嵌岩桩承载力,4.1 嵌岩段侧阻力qrs (1)极限侧阻力系数s= qrs /fr 软质岩高于硬质岩 (2)侧阻力破坏模式 剪切面，软质岩发生于岩体一侧 硬质岩发生于桩体一侧 泥浆护壁发生于桩土界面,（3）侧阻力分布,图7 嵌岩段桩侧阻力分布概化 硬质岩：qS1=0.08fr qS4=qrs1d/4hr 软质岩：qs1=0.10fr qS2=0.8qS1 qS3=0.6qS1 qS4=qrs1d/4hr,4.2 嵌岩段端阻力,（1）端阻力发挥值随桩、岩刚度比Ep/Er增大而 增大，随嵌岩深度比hr/d增大而减 小，如图8,图8 嵌岩桩端阻分担荷载比随桩 岩刚度比和嵌岩深度的变化,（2）端阻力系数=qrp/fr,软质岩高于硬质岩 表6 嵌岩段侧阻系数和端阻系数,4.3 嵌岩段承载力确定相关问题,（1）当桩混凝土轴心抗压强度fck岩石单轴抗 压强度frk,取fck代替frk； （2）干作业成桩，表列s、p乘以系数1.2。,5 桩土共同工作一承台效应,5.1 桩距影响 桩周离桩中心的任一点r处的竖向位移为： 实测 nd=5d8d,（Es小影响范围小）即桩距 Sa=10d16d,桩间土竖向位移为零，土抗力 发挥率可达100%。 因此桩距愈大，承台效应系数c=qc/fak愈大。,5.2 承台土抗力随承台宽度与桩长之比而变化,图9 承台分担荷载比Pc/P随Bc/L的变化 当Bc/L1时，承台土抗力形成的压力泡包围整个桩群，导致桩侧阻力、端阻力发挥值降低，相应的承台土抗力增大。,5.3 承台土抗力随承台区位和排列的变化 承台内区（桩群包络线以内）土抗力明显小 于外区。 单排桩条基承台土抗力大于其他排列形式 群桩，如图10, 为简化计算，c不区分内外区，这对于独立 桩基偏于安全，对于筏式承台差别不大。 R=Ra+cfakAc,图10 粉土中多排群桩和单排群桩承分担荷载比,注： 表中为桩中心距与桩径之比；为承台宽度与有效桩 长之比。 对于桩布置于墙下的箱、筏承台，可按单排桩条基 取值；单排桩条基， 承台宽超过5d时，取高值。,6 桩端土支承刚度对桩侧阻力的影响 6.1 试验结果 (1)北京桩基小组1975年试验结果,第一组孔底虚土10cm的qsu较放50cm草笼者大17%； 第二组孔底虚土10cm的qsu较放草笼50cm及虚土37cm者大8%，16%。,（2）刘利民2000年报导的2根桩试验结果,1号桩、2号桩，实底较空底分别提高 19.2%，11.10%。,（3）上海建研院1995年进行的2根桩对比试验,qsu,ST-1较ST-2提高16.9%。,（4）席宁中2001年模型试验结果,(5) 蔡江东，姜振宗所述试验结果,以上多项试验结果表明，桩端支承刚度较大者， Qsu发挥值比支承刚度较小者高8%64%。,6.2 规范关于桩端土刚度对侧阻力影响的反映 （1）沉渣厚度控制 端承型桩50mm 摩擦型桩100mm （原规定摩擦桩300mm） （2）灌注桩后注浆 受压桩强调桩端后注浆,7 桩身受压承载力计算,7.1 制约因素 （1）桩身混凝土 混凝土是制约桩身承载力的主要因素，但其 强度等级受施工工艺制约。同时不同工艺的 工艺系数有别， c=0.60.9. （2）箍筋 箍筋对轴向受压起侧向约束作用，可使轴压 强度提高80%左右，如图11,图11 约束与无约束混凝土应力应变关系 (引自Mander et al 1984） (3) 纵向主筋,7.2 计算模式,(1) 当桩顶以下5d螺旋式箍筋间距100mm时 NcfcAp+0.9fy,A,s (8.2-1) (2) 当桩身配筋不符合以上规定时 NcfcAp (8.2-2),7.3 试验结果 表8.3-1 灌注桩（泥浆护壁、后注浆）桩身受压承载力计算与实测比较,8 软土地区减沉复合疏桩基础设计 8.1 复合疏桩基础的变形特征,图12 群桩变形试验示意,（a）大、小桩距桩间土竖向变形 图13-a 粉土中群桩桩间土变形,(b) 大、小桩距桩端平面以下土的竖向变形 图13b 粉土中群桩桩端以下土的变形,图14 软土中群桩桩间土及桩端平面以下土的竖向变形, 桩间土压缩变形 工作荷载（Pu/2）下 大桩距 （Sa6d） 约占90%100% 小桩距 （Sa3d） 约占10%30% 桩端平面以下土的压缩变形 工作荷载（Pu/2）下 大桩距 （Sa6d） 约占0%10% 小桩距 （Sa3d） 约占70%90%,8.2 桩数计算,条件:多层建筑，地基承载力满足要求 设少量小载面基桩减小沉降。 （1）复合桩基承载力特征值 R=nRa+cfakAc (9.2-1) Ac=(BL) (9.2-2) 式中 Ac-承台总有效面积，=0.61.0，根据具体情况采用 条或筏式承台； fak-地基承载力特征值； c-承台效应系数，按规范表5.2.4确定； Ra-基桩承载力特征值；n-基桩数。,（2）桩数 FK+GKnRa+cfakAc （9.2-3） n （9.2-4） 式中 FK、GK-荷载效应标准组合下作用于承台 顶面的荷载和承台及其上土自重。,8.3 沉降计算,（1）建模思路 鉴于减沉基桩的塑性刺入变形难以计算，而承台底地基土荷载水平处于弹性或局部塑性阶段，且桩距大，桩一土相互影响相对较小，可用常规方法计算其沉降。 根 据：桩顶沉降=承台底土的沉降，故将桩基沉降计算转化为计算桩间土沉降。计算中考虑桩的刺入变形影响和桩土相互作用,图15 复合疏桩基础沉降计算示意图,（2）等效矩形基础中点沉降,（9.3-1） （9.3-2）,式中 p桩端刺入变形影响系数。桩端持力层为砂土，p1.0；粉土，p0.85；黏性土，p0.7,式中 ps一桩土相互影响增沉系数， ps=1+ ， 随计算点与桩中心距相对距离 La/d增大而减小。 按下表取值：,p-基桩剌入变形影响系数，按桩端持力层性 质取值，粘性土，P=0.7；粉土和砂土 P=1.0；Ac=(BL) 0.71.0。 ESi-第i层土压缩模量； P。-作用于承台底地 基土的附加压力； F -荷载效应准永久组合下，承台底面的总附 加荷载； -承台底以下第i层，第i-1层土的平均附 加压力系数；根据a/b,Z/b=2Z/Bc,查附录 D确定；其中Bc为承台等效宽度Bc= ; L,B为承台外缘的长、宽； Zi,Zi-1-承台底面至第i层、i-1层的深度。,（3）计算与实测比较表 表 8-1 复合疏桩基础沉降计算与实测比较,9 后注浆技术关键与误区,9.1 后注浆增强机理 图16 后注浆对桩侧桩端土的增强机理,9.2 后注浆增强效果,图17 桩端注浆、桩侧注浆增强效果,9.3 后注浆关键技术参数,（1）浆液水灰比 饱和土 0.50.7，根据土的密实度、强度 确定；密实度和强度较高者取较大值； 非饱和土0.70.9，松散砂砾0.50.6；