刚度可控式桩筏基础汇报PPT课件.ppt

刚度可控式桩筏基础 周峰NanjingUniversityofTechnology nutzhoufeng 1 目录 常规桩筏基础面临的挑战刚度可控式桩筏基础的工作机理刚度可控式桩筏基础的应用领域刚度可控式桩筏基础的设计方法变形调节装置工作特点及发展前景刚度可控式桩筏基础的桩顶构造刚度可控式桩筏基础的工程实践 2 常规桩筏基础面临的挑战 端承型桩筏基础无法充分发挥地基土承载力 复杂地质条件较难建设高 超高 层建筑 大底盘建筑的变刚度调平设计 建筑物废旧桩基础的综合利用 3 常规桩筏基础面临的挑战 常规桩筏基础桩 筏直接刚性连接 整体刚度由筏板和桩基决定 桩与桩以及桩与土之间的刚度无法有效调节与控制 我们提出在桩 筏之间设置专门的变形调节装置来调整 优化桩筏的支承刚度 称之为刚度可控式桩筏基础 如需调节桩筏刚度 则筏板刚度可通过筏厚调整 但往往造价较高 桩基支承刚度则可通过改变桩长 桩径以及桩距等方法来调整 但不同桩径 不同桩长的布桩方式受上部结构形式和地质条件的影响较大 应用范围受到相当大的限制 4 刚度可控式桩筏基础工作机理 刚度可控式桩筏基础和常规桩筏基础的差异表现在前者桩基的支承刚度可通过变形调节装置来调整 而变形调节装置的支承刚度则可按需人为设定 应该指出的是 刚度可控式桩筏基础的上述工作特性 使其工程应用范围得到了极大的拓展 5 刚度可控式桩筏基础应用领域 端承型桩基为主的桩土共同作用 正常情况下 桩土的支承刚度存在数量级上的差异 因此要实现桩土共同作用 则必须要保证桩土的变形协调 对于软土地区的摩擦桩基础 可通过人为使桩顶荷载接近或达到其极限承载力而发生向下 刺入 的方式 来协调桩土的变形差 所谓 塑性支承桩 但是对于非软土地区的端承桩 摩擦端承桩 由于桩无法向下 刺入 或 刺入 量很小 如不采取一定的措施 桩土变形往往无法协调 共同作用亦无法实现 这时比软土地区更有利用价值的良好天然地基弃之不用 极为可惜 6 刚度可控式桩筏基础应用领域 端承型桩基为主的桩土共同作用 为了解决非软土地区端承型桩基础较难实现桩土共同作用的问题 我们最先将刚度可控式桩筏基础形式进行了工程试点应用 取得了良好的经济效益和社会效益 刚度可控式桩筏基础在桩顶与筏板之间设置变形调节装置 使桩基的支承刚度与地基土支承刚度相匹配 在保证桩土变形协调的同时 桩基始终发挥作用并和地基土同步承担上部结构荷载 虽然均是考虑桩土共同作用 充分发挥地基土承载潜力 常规意义的沉降控制复合桩基与刚度可控式桩筏基础的作用机理有显著差异 7 刚度可控式桩筏基础应用领域 端承型桩基为主的桩土共同作用 a 常规复合桩基 b 刚度可控式桩筏基础 8 刚度可控式桩筏基础应用领域 变刚度调平设计 差异沉降是导致基础内力和上部结构次应力增大 板厚与配筋增加的根源所在 因此保证建筑物筏板的差异沉降接近或等于零 是建筑物基础乃至上部结构保持最优状态的根本 对地基与桩基构成的支承体的支承刚度进行可控 合理的调整才是差异沉降控制设计最有效的方法 刚度可控式桩筏基础 通过变形调节装置来对整个基础的支承刚度分布按需要进行较精确的人为调控 达到建筑物零差异沉降的目标 另外变形调节装置不受任何地质条件和上部结构形式的束缚 具有广泛的适应性 9 刚度可控式桩筏基础应用领域 老桩的再生利用 桩基被大量使用 建筑物拆除时 由于土体固结作用 遗留在地基中完好的老桩和新桩支承刚度相差悬殊 很难再利用 常规做法将其截断后砂石回填 不仅浪费而且给新桩的施工带来巨大的困难 随着社会的进一步发展 这个问题将越来越普遍也越来越严重 如果通过在桩端设置变形调节装置 协调新旧桩的变形 实现新旧桩的共同作用 则完全可能解决上述问题 因此刚度可控式桩筏基础不仅可以解决建筑物老桩给新桩施工带来的困难 而且通过对老桩的利用还可以取得良好的经济效益 10 特殊地质条件下的桩筏基础 刚度可控式桩筏基础应用领域 花岗岩残积土地区的典型地质条件就是土中经常会残留大小不一 数量众多且随机分布的未风化孤石 即使桩数较少 桩基施工仍需穿越孤石 不仅非常困难 而且耗时耗力 而对于采用变形调节装置桩筏基础来说 设置的变形调节装置能协调不同支承条件下的桩土变形 不同受力性能的桩基共存 故桩基施工过程中如遇孤石 则直接将桩支承于孤石之上 如不遇孤石则桩长按设计要求正常成桩 这样即使地质条件再复杂也便于桩基施工 除了花岗岩残积土中残留孤石的情况外 地基支承刚度分布不均匀的土岩组合地基均可应用设置变形调节装置的桩筏基础形式 11 刚度可控式桩筏基础设计方法 地基土分担荷载的比例系数 桩基础分担荷载的比例系数 端承型桩基桩土共同作用 老桩的再生利用 特殊地质条件下的桩筏基础 不考虑地基土 12 变形调节装置简介 变形调节装置是指用于调节物体支承接触点之间位移或接触刚度的特殊装置 该装置可置于建筑物筏板 基础底面 与桩顶 其它可靠支承面 之间 变形调节装置工作期间 作为调节桩基支承刚度和支承结构物的主要部件 必须具有 大吨位 和 大变形 的特性 变形调节装置的串 并联组合 13 变形调节装置简介 目前已经研制成功的有被动式调节装置和主动式调节装置 被动式支承刚度在设计使用前根据相应计算参数设定 使用过程中无法改变 一定程度上依赖于设计计算的准确性 主动式调节装置支承刚度在使用过程中可根据需要随时调整 在建筑物的施工与使用过程中 对基础的支承刚度能真正地做到动态化智能调整 使其始终保持最优状态 目前被动式调节装置已经较广泛的工程应用 主动式调节装置在实验室中获得成功 尚未进行工程实践 14 被动式调节装置 变形调节装置简介 试验曲线近似呈现线弹性 15 主动式调节装置 试验系统 装置及材料 变形调节装置简介 支承刚度的主动调节 16 刚度可控式桩筏基础桩顶构造 17 刚度可控式桩筏基础桩顶构造 1 2 3 4 18 刚度可控式桩筏基础工程实践 19 刚度可控式桩筏基础工程实践 截至目前 可控刚度桩筏基础已经应用于近200万平米的高层与超高层建筑 建筑物的最大高度155m 总节约造价过亿元 平均节约工期40 以上 可控刚度桩筏基础的首个试点工程 嘉益大厦 研制的桩端变形调节装置和设计理论于2008年 2009年及2011年分别经过龚晓南院士 孙钧院士以及周福霖院士为组长的专家组鉴定 均认为研究成果达到国际领先水平 技术成果获厦门市科技进步一等奖 江西省发明专利二等奖和福建省科技进步二等奖 20 刚度可控式桩筏基础工程实践 嘉益大厦 建筑由两幢对称布置的30层住宅组成 下部通过两层地下室和三层裙房连成整体 0 00以上建筑物设缝断开 建筑物总高度94m 地下室埋深10 5m 总建筑面积10万平方 同时实现桩土共同作用 特殊地质条件及变刚度调平三个目标 项目交付10年 21 特殊地质情况 刚度可控式桩筏基础工程实践 嘉益大厦 22 天然地基承载力基本满足要求 但沉降偏大 并且厦门地区尚没有天然地基上建30层高层建筑的先例 风险较大 几种方法确定地基承载力的比较 嘉益大厦 刚度可控式桩筏基础工程实践 23 非嵌岩桩承载力特征值为1910kN 嵌岩桩承载力特征值为4800kN 桩径1200mm 桩长10m的人工挖孔桩65根 建筑物的沉降估计为2 5cm 建筑物总安全度恒满足规范要求 桩顶变形调节器刚度按160kN mm设置 总调节量按2 3cm 6cm预留 嘉益大厦 刚度可控式桩筏基础工程实践 24 刚度可控式桩筏基础工程实践 25 刚度可控式桩筏基础工程实践 建筑物沉降随时间的变化曲线 嘉益大厦 26 2003 11 沉降等值线图 刚度可控式桩筏基础工程实践 嘉益大厦 27 2004 11 沉降等值线图 刚度可控式桩筏基础工程实践 嘉益大厦 28 2005 11 沉降等值线图 刚度可控式桩筏基础工程实践 嘉益大厦 29 2006 11 沉降等值线图 刚度可控式桩筏基础工程实践 嘉益大厦 30 刚度可控式桩筏基础工程实践 调节器变形随时间的变化曲线 嘉益大厦 31 刚度可控式桩筏基础工程实践 嘉益大厦 32 刚度可控式桩筏基础工程实践 建筑物实测土压力随时间的变化曲线 嘉益大厦 33 刚度可控式桩筏基础工程实践 桩顶反力随时间的变化曲线 嘉益大厦 34 桩土分担比随时间的变化曲线 刚度可控式桩筏基础工程实践 嘉益大厦 35 经济效益分析 刚度可控式桩筏基础工程实践 嘉益大厦 36 刚度可控式桩筏基础首个大型工程实例及其相应的大规模现场测试对比分析与研究表明 设计理论与方法是科学 合理的 通过实施以天然地基为主 辅以桩顶沉降可按需发生的土与桩共同协调承载的端承桩复合桩基设计概念 得以实现在孤石丛生的困难地质条件下建造30层高层建筑的目标 取得了较好的经济效益 以减少差异沉降控制为目标 通过调节器的设置和合理布桩 实现了底板厚度 配筋的优化 特别是设置合理分布的桩顶调节器后 建筑物差异沉降接近于零 刚度可控式桩筏基础工程实践 嘉益大厦 37 刚度可控式桩筏基础工程实践 蓝湾国际 建筑由五幢30层高层住宅组成 全场范围设两层地下室 并通过地下室连成整体 建筑物总高度98m 地下室埋深11m 总建筑面积20万平方 项目交付6年 同时实现桩土共同作用 特殊地质条件及变刚度调平三个目标 38 刚度可控式桩筏基础工程实践 当代天境 项目交付3年 建筑由A B两幢高层商用 住宅组成 其中A幢高120m B幢高100m 全场范围设两层地下室 并通过地下室连成整体 总建筑面积4万平米 同时实现桩土共同作用 特殊地质条件及变刚度调平三个目标 39 新景七星公馆位于思明区七星路与体育路交叉口西北侧 该地块位于厦门岛内滨北板块 南接北靠狐尾山 仙岳山 俯瞰员筜湖 繁华与静谧共享 总建筑面积100060 新景七星公馆项目规划为四栋住宅 其中1 楼为32层高层住宅 高度为99 5米 2 楼为37层住宅 高度将达115米 3 楼的高度为118 1米 共有38层 5 楼高度为99 5米 层高为32层 4 楼是一栋4层的九班幼儿园 七星公馆 项目实施2年 同时实现桩土共同作用 特殊地质条件及变刚度调平三个目标 刚度可控式桩筏基础工程实践 40 刚度可控式桩筏基础工程实践 海尚国际 4幢交付 4幢施工 金都 海尚国际地处厦门环东海域滨海新城核心位置 位于滨海西大道东侧 滨海旅游路西侧 北眺美人山 南临大海 项目由8幢145米以上超高层建筑组成 总占地近8万平方米 总建筑面积近50万平方米 容积率4 5 绿化率32 总投资近50亿元 同时实现桩土共同作用 变刚度调平两个目标 41 刚度可控式桩筏基础工程实践 和昌中心 项目正在施工 和昌中心 华尔顿1275 项目位于厦门岛东面 厦门会展中心西北侧 环岛干线东北侧 洪前路东南侧 场地西高东低 本工程设有地下室 西区地下室为五层停车库 东区地下室为四层商业 地上部分由1 9 楼共9栋高层及超高层住宅楼组成 建筑物高度从100m到150m不等 地质条件均匀 浅层地基承载力很高 基础造价和施工工期均取得了显著效益 同时实现桩土共同作用 变刚度调平两个目标 42 刚度可控式桩筏基础工程实践 创冠大厦 项目正在施工 创冠国际大厦位于思明区观音山片区环岛路与台南路交叉西南侧 属于环岛路第一排的写字楼 与汇金国际中心为临 目前 项目工程正在建设当中 地质条件复杂 地基中蕴含大量孤石 给桩基础施工带来较大困难 浅层地基承载力很高 在基础造价以及施工工期上取得了较高的效益 同时实现桩土共同作用 变刚度调平两个目标 43 刚度可控式桩筏基础工程实践 软件园三期 项目正在施工 软件园三期选址于厦门集美后溪镇 位于集美新城核心区以北 后溪镇以南 灌口镇以东 集美文教区以西 背靠河南山 面向杏林湾 紧邻集美新城和园博苑 是集美新城最重要的组成部分 项目由厦门信息集团承建 占地7 5平方公里 总建筑面积800多万平方米 计划总投资360亿 可容纳20万人 地质条件差异较大 部分项目地质条件均匀 部分项目地质不均匀 浅层地基承载力很高 基础造价及施工工期均取得显著效益 同时实现桩土共同作用 变刚度调平两个目标 44 刚度可控式桩筏基础工程实践 实现土岩结合下卧软土特殊地质条件的目标 拟建的富源路A地块项目位于贵阳市南明区富源北路 共分为A1 A2 A3号塔楼 设二层连体地下室 其中A1栋塔楼地上层数25 1层 高度90m 地下二层 结构体系 框支剪力墙 项目封顶3年 贵阳富源同坐项目 45 基岩部分 粘土部分 软土部分 刚度可控式桩筏基础工程实践 地质剖面 土层平面分布 46 粘土部分采用钻孔灌注桩 桩径1200mm 桩长30m 桩侧 桩端复合后注浆 桩数29根左右 端承桩部分 采用人工挖孔墩基础的形式 桩径1000mm 长度视基岩埋深确定 桩数48根 在基岩部分桩顶设置变形调节装置协调两部分基础支承刚度严重不均匀的情况 刚度可控式桩筏基础工程实践 项目封顶3年 贵阳富源同坐项目 47 施工中期建筑物粘土区与基岩区的不均匀沉降最大达到10mm 已接近规范限制值 但最终通过桩顶调节装置的逐步调节减小至1mm 说明桩顶调节装置在本工程基础设计中起到了关键作用 贵阳富源同坐项目 刚度可控式桩筏基础工程实践 48 龙岩禹州城上城 项目实施2年 实现岩溶地区桩土共同作用的目标 刚度可控式桩筏基础工程实践 福建省龙岩禹州城上城场地为龙岩盆地的冲 洪积阶地地貌 场地内覆盖层主要为第四系耕植土 冲洪积层 其基岩主要为灰岩风化层 该项目占地面积约4800m2 建筑面积约28537m2 该项目中5 楼占地780m面积2 25层 高73m 49 刚度可控式桩筏基础工程实践 龙岩禹州城上城 50 当荷载达到80