超高层超长桩设计的反思

,超高层超长桩设计的反思王立军2014.10.1,概述Case1深圳汉京中心Case2某工程Case3北京国贸3BCase4宁波曼哈顿,概述,某高层工业厂房砼框架钢框架-支撑组合结构,超高层建筑因其重量大，天然地基通常无法满足承载力要求。采用桩基，如基岩浅，可采用嵌岩桩；否则，采用摩擦端承桩。非嵌岩桩一般做成直径1000-1200mm，长度50-100m，长径比为50-100的超长桩，单桩竖向承载力特征值在10000kN-20000kN。深圳平安，人工挖孔扩底桩，微风化为持力层，桩径5m，单桩竖向抗压承载力特征值200000kN（待查实）上海中心，钻孔灌注桩，桩径1100mm，桩长60m，单桩竖向抗压承载力特征值12000kN（待查实）,概述,某高层工业厂房砼框架钢框架-支撑组合结构,超长桩通常采用钻孔灌注桩。因其超长存在桩端清渣难的问题。超长桩的工作机理不同于普通柱。它的竖向承压承载力不是简单的侧阻力+端阻力。超长桩在桩顶竖向荷载作用下，因桩身的竖向压缩变形大，使得桩身上部的竖向变形大，下部的小。上部桩侧的侧摩阻在达到极限值时下部的侧摩阻还很小，这时端阻也上不去。如果桩端沉渣厚，上部桩身的侧摩阻达到极限后因桩端不能提供有效地支承，该侧摩阻值会下降即发生软化，此时因桩端沉降过大桩的竖向受压承载力难以发挥，甚至比计算值小很多。,概述,某高层工业厂房砼框架钢框架-支撑组合结构,后压浆技术是解决超长桩竖向承载力不足的有效方法。通过在桩端注浆，减小了桩端的沉降，使桩侧阻力自上而下有了逐渐的发挥，同时也提高了桩端的端承力。如果再加以桩侧注浆，则可以提高侧摩阻力，从而使桩的竖向受压承载力大大提高。因此，超长桩在竖向受压荷载作用下承载力的形成存在着侧阻和端阻的耦合作用。通过桩端、桩侧后注浆，可以使桩竖向受压承载力提高50-100%。,罗兰斯宝汉京中心,Case1深圳罗兰斯宝汉京中心框架支撑钢结构320m高(建筑高度350m）地上70层，地下4层,罗兰斯宝汉京中心,结构体系框架支撑结构大支撑，小支撑,罗兰斯宝汉京中心,地基基础大直径人工挖孔桩，最大桩径3.8m，扩底4.5m。原则上采用一柱一桩，桩端持力层为中风化花岗岩，岩石饱和单轴抗压强度标准值为20MPa，单桩抗压承载力特征值127000kN。,罗兰斯宝汉京中心,按土体算：岩石地基承载力特征值fa=rfrk=0.420=8MPa单桩抗压承载力特征值Ra=faAp=8/44500/1000=127170kN按桩身算：桩身受压承载力N=cfcAps=0.819.1/43800/1000=173205kN折算成标准值=173205/1.35=128300kN1.35为桩身强度设计值与标准值的折算系数。,地基规范2011第8.5.6条,罗兰斯宝汉京中心,桩身强度设计值与标准值的折算系数恒载+活载组合（荷载规范2010）1以活载为主的组合，1.2恒+1.4活（恒20%，活80%，如有吊车厂房）1.2*0.2+1.4*0.8=1.36取1.352以恒载为主的组合，1.35恒+0.7*1.4活（恒80%，活20%，如住宅、办公楼）1.2*0.8+0.7*1.4*0.2=1.28取1.3注：对比老荷载规范（2001以前），以恒载为主的组合，1.2恒+1.4活（恒80%，活20%，如住宅、办公楼）1.2*0.8+1.4*0.2=1.24取1.25,某高层工业厂房砼框架钢框架-支撑组合结构,Case2某工程156m高39层（3层地下室）钢骨砼外框砼核心筒混合结构，在砼大底板下均匀布桩。使用数年后发现砼大底板锅底形变形严重。该项目建于上世纪90年代初，当时经计算结构沉降趋于稳定，大底板及结构在安全范围内。近年来，刚度调平法布桩很好地解决了高层核心筒结构的锅底形沉降问题。通过在核心筒底部范围和外框柱下集中布桩，并合理调整桩的受力，有效控制了核心筒下和外框柱下的沉降差。核心筒下的桩要求有高的单桩竖向受压承载力以满足集中布桩的数量要求。采用后压浆技术，不仅能够节省桩长，也可以在如软土地基中单桩承载力过小满足不了核心筒下集中布桩要求的情况下，通过提高单桩承载力达到这一要求。,国贸3B,Case3国贸3BSRC柱钢梁外框架钢筋砼内筒伸臂腰桁混合结构265.1m高（建筑高度300m）地上60层，地下4层,国贸3B,土层岩性及物理力学性质,国贸3B,含桩土层信息图桩端落在12层，深度78m，有限桩长55m。采用桩端、桩侧后注浆。,国贸3B,试桩设计参数一览表,TP1静载试验Q-S曲线,桩顶最大沉降量：29.56mm最大回弹量：20.28mm回弹率：68.6%通过桩身沉降测试，得到32000kN和40000kN试验荷载时桩端沉降值分别为2.26mm和2.85mm。,国贸3B,各级荷载下TP1桩身轴力变化曲线,荷载40000kN时桩侧阻力分布图,根据内力测试结果：（1）在最大试验荷载时，桩侧土阻力均明显高于地质勘察报告提供的土层极限侧阻力，可见桩侧注浆效果明显。（2）桩端阻力未充分发挥。,宁波曼哈顿,Case4宁波曼哈顿SRC柱钢梁钢支撑外框架钢筋砼内筒伸臂腰桁混合结构248.9m高（建筑高度270m）地上56层，地下4层,宁波曼哈顿,桩端落在中风化泥岩层，深度70m，有限桩长55m。未采用桩端、桩侧后注浆。,宁波曼哈顿,宁波曼哈顿,试桩结果,宁波曼哈顿,试桩结果,讨论单桩极限承载力判定：,宁波曼哈顿,试桩结果：1100SZ2,宁波曼哈顿,总结：1试桩结果汇总本工程试桩的单桩抗压极限承载力基本是由沉降量控制的，取用沉降量0.05D为对应的荷载为单桩极限承载力。初步判断是孔底沉渣或桩端粉砂岩的软化对桩的承载力构成了不利的影响。,宁波曼哈顿,2考虑开挖段的桩侧阻力扣除试桩桩顶标高比工程桩桩顶标高大约高出15m，因此工程桩的极限承载力应从试桩的极限承载力扣除开挖段的桩侧阻力。,宁波曼哈顿,3桩侧阻力随加载的变化规律加载初期，随着荷载的加大，侧阻力逐渐提高。但当桩沉降量达到一定的数值后，侧阻力越过峰值而逐渐降低。表明侧阻力进入软化，表现出桩端、桩侧阻力的耦合作用。,宁波曼哈顿,4结论与建议（1）试桩的极限承载力与桩身强度决定的极限承载力相比偏低，不能充分发挥桩身的强度。从现有的结构方案看，以最小的布桩间距难以布置下核心筒下筏板所需的桩根数。高层建筑桩基设计的原则应采用核心筒下或外框柱下或裙楼柱下较为集中的布桩，以利于承台设计的优化，因此应尽可能提高单桩极限承载力。（2）试桩的单桩极限承载力是由沉降量决定的，应采取后注浆措施降低沉降量，以提高桩侧阻力从而提高单桩极限承载力并减小使用阶段的沉降量和沉降差。（3）建议再进行2根直径1000mm的桩的试桩，采用桩侧、桩端后注浆，有效桩长（55m长）的单桩承载力极限值按25000kN考虑。,宁波曼哈顿,讨论：关于试桩根数规范规定静载荷试验进行单桩竖向承载力试验，桩根数3根（桩数小于50根可试两根）。从统计上说，3根试桩的平均值