天津于家堡深大地下工程新型抗拔樁的研究與應(yīng)用

1、吳江斌 王向軍 2015.04.24,天津于家堡深大地下工程 新型抗拔樁的研究與應(yīng)用,EAST CHINA ARCHITECTURAL DESIGN & RESEARCH INSTITUTE CO.,LTD.,目錄 一、工程概況 二、新型抗拔樁適用性的試驗(yàn)研究 三、新型抗拔樁的承載變形特性分析 四、擴(kuò)底抗拔樁的工程應(yīng)用,P 3,一、工程概況,天津于家堡金融區(qū)規(guī)劃圖鳥瞰,于家堡金融區(qū)占地面積3.86平方公里，規(guī)劃120個(gè)地塊，總的建筑面積達(dá)到950萬平方公里，建成后將是一個(gè)集市場(chǎng)會(huì)展、現(xiàn)代金融、城際車站、酒店會(huì)議中心、行政服務(wù)中心、濱河公園和中央大道等于一體的超大規(guī)模國際級(jí)的金融區(qū)。,P 5,于

2、家堡南北車庫是金融區(qū)起步區(qū)的先行開發(fā)的35個(gè)項(xiàng)目之一。建成后作為配套的綠地公園。 均為純地下結(jié)構(gòu)，整體設(shè)置4層地下室，單層面積均約2.8萬平米 基礎(chǔ)埋深約16.0m,工程概況 天津于家堡南、北地下車庫項(xiàng)目,北車庫,南車庫,普遍區(qū)域設(shè)置4層地下室,局部區(qū)域設(shè)置2層地下室,純地下結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深深，水浮力問題突出 抗拔樁的工程量大、造價(jià)高,7,常規(guī)等截面抗拔樁,擴(kuò)底抗拔樁,樁側(cè)后注漿抗拔樁,常規(guī)等截面抗拔樁抗拔承載力有限 擴(kuò)底抗拔樁以較小的材料增加獲取顯著的抗拔承載力提高 樁側(cè)后注漿抗拔樁改變樁身與樁周土的接觸界面特性，從而提高承載力,抗拔樁技術(shù)的發(fā)展,當(dāng)前對(duì)擴(kuò)底抗拔樁和樁側(cè)注漿抗拔樁的研究已經(jīng)開展

3、了不少的研究，其良好的承載特性已經(jīng)得到廣泛的關(guān)注。新型抗拔樁在背景工程中的應(yīng)用是有一定理論基礎(chǔ)的。 新型抗拔樁在天津于家堡地區(qū)并無工程應(yīng)用先例，開展新型抗拔樁的適用性試驗(yàn)研究意義重大。可直接指導(dǎo)背景工程的樁基設(shè)計(jì)，也可為后續(xù)類似的項(xiàng)目提供參考。,二、新型抗拔樁適用性的試驗(yàn)研究,試樁試驗(yàn)方案 試樁施工,背景工程普遍地下4層區(qū)域，單樁抗拔承載力要求達(dá)到1800kN,樁徑為850mm, 等截面抗拔樁,有效樁長(zhǎng)約30m。南北地下車庫共計(jì)設(shè)置抗拔樁超過4000根。工程量大，造價(jià)高。,工程規(guī)模大，采用新型抗拔樁以節(jié)省工程造價(jià)有現(xiàn)實(shí)需求。,初步估算，采用新樁型后，有效樁長(zhǎng)僅需19m，可減短樁長(zhǎng)11m。 開展

4、新型抗拔樁的適用性試驗(yàn)研究意義重大,減短樁長(zhǎng)約11m,30m,19m,試樁試驗(yàn)方案,地下4層區(qū)域，量大面廣。擬開展擴(kuò)底抗拔樁和樁側(cè)注漿抗拔樁兩種樁型的試樁試驗(yàn),地下2層區(qū)域范圍相對(duì)較小。擬僅開展擴(kuò)底抗拔樁的試樁試驗(yàn),SBZ1A擴(kuò)底抗拔樁 試樁數(shù)量3根 有效樁長(zhǎng)19m 等截面段樁徑850mm 擴(kuò)底直徑1500mm 擴(kuò)大頭高度1.5m+0.75m,SBZ1B樁側(cè)注漿 試樁數(shù)量3根 有效樁長(zhǎng)19m 樁徑850mm 樁側(cè)設(shè)置2道注漿斷面，每道注漿量0.8t,SBZ2擴(kuò)底抗拔樁 試樁數(shù)量3根 有效樁長(zhǎng)30m 等截面段樁徑850mm 擴(kuò)底直徑1500mm 擴(kuò)大頭高度1.5m+0.75m,雙套管,位移量測(cè),

5、軸力測(cè)試,地下4層區(qū)域區(qū)域試樁平面布置圖,地下二層區(qū)域試樁平面布置圖,試樁施工,AM全液壓可視旋挖成孔工藝,擴(kuò)大頭孔徑曲線,施工可行,試樁試驗(yàn)結(jié)果,承載力滿足要求,三、新型抗拔樁承載變形特性的分析,荷載位移曲線及樁身變形 樁身軸力分布規(guī)律 樁側(cè)摩阻力發(fā)揮特性 擴(kuò)大頭的承載機(jī)理,荷載位移曲線,擴(kuò)底-19m,樁側(cè)注漿-19m,擴(kuò)底-30m,P 21,擴(kuò)底-19m,荷載位移曲線,樁頂、樁端同時(shí)發(fā)生較大的變形，試樁達(dá)到破壞狀態(tài)。,P 22,樁側(cè)注漿樁19m,擴(kuò)底樁19m,擴(kuò)底樁30m,荷載位移曲線,承載能力 抗變形能力,樁身軸力分布曲線規(guī)律,擴(kuò)底-19m,樁側(cè)注漿-19m,當(dāng)樁頂試樁荷載為1000kN

6、時(shí)，兩種樁型樁身軸力分布曲線較接近。,樁頂荷載1000kN,樁身軸力分布曲線規(guī)律,當(dāng)樁頂試樁荷載為1000kN時(shí)，兩種樁型樁身軸力分布曲線較接近。,樁頂荷載2000kN,樁身軸力分布曲線規(guī)律,當(dāng)樁頂上拔荷載大于3000kN時(shí)，兩種樁型樁身軸力分布曲線差異明顯。,樁頂荷載3000kN,樁身軸力分布曲線規(guī)律,隨著樁頂試樁荷載的增大，樁側(cè)注漿抗拔樁距樁端附近的樁身軸力增長(zhǎng)有限。而擴(kuò)底抗拔樁相應(yīng)位置處的樁身軸力增長(zhǎng)幅度較大。,樁頂荷載4000kN,樁身軸力分布曲線規(guī)律,隨著樁頂試樁荷載的增大，樁側(cè)注漿抗拔樁距樁端附近的樁身軸力增長(zhǎng)有限。而擴(kuò)底抗拔樁相應(yīng)位置處的樁身軸力增長(zhǎng)幅度較大。,樁頂荷載5000k

7、N,樁身軸力分布曲線規(guī)律,樁側(cè)摩阻力發(fā)揮特性,擴(kuò)底-19m,樁側(cè)注漿-19m,當(dāng)試樁荷載較小時(shí)，兩種樁型均依靠樁側(cè)摩阻力抵抗上拔荷載。,樁頂荷載1000kN,樁側(cè)摩阻力發(fā)揮特性,擴(kuò)底,側(cè)注漿,當(dāng)樁頂荷載逐漸增大時(shí)，淺部土層，樁側(cè)注漿抗拔樁的側(cè)摩阻力明顯比擴(kuò)底抗拔樁相應(yīng)區(qū)域的樁側(cè)摩阻力大 深部土層，兩種樁型側(cè)摩阻力的發(fā)揮差異不大。,樁頂荷載3000kN,樁側(cè)摩阻力發(fā)揮特性,擴(kuò)底,側(cè)注漿,當(dāng)試樁達(dá)到較高水平時(shí)，對(duì)于樁側(cè)注漿抗拔樁來說，全樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的側(cè)摩阻力得到進(jìn)一步的增強(qiáng)，特別是深部土層側(cè)摩阻力的增長(zhǎng)幅度較大。 擴(kuò)底抗拔樁全樁長(zhǎng)范圍的側(cè)摩阻力亦有增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)幅度有限。,樁頂荷載5000kN,樁側(cè)摩

8、阻力發(fā)揮特性,擴(kuò)底,側(cè)注漿,樁側(cè)注漿增強(qiáng)系數(shù),擴(kuò)底抗拔樁,擴(kuò)大頭抗力的發(fā)揮特性,擴(kuò)底-19m,樁側(cè)注漿-19m,擴(kuò)大頭抗力,等截面段樁側(cè)摩阻力,擴(kuò)大頭抗力的發(fā)揮特性,極限狀態(tài)下，擴(kuò)大頭提供的抗拔承載力可占總承載力的50%以上,擴(kuò)大頭的承載機(jī)理,試樁試驗(yàn)的數(shù)值擬合,Q=3000 kN Q=4000 kN,Q=5000 kN Q=5500 kN,擴(kuò)大頭的承載機(jī)理,擴(kuò)大頭與周邊土體的相互作用,根據(jù)擴(kuò)頭段法向應(yīng)力分布，計(jì)算得到擴(kuò)頭段的抗拔擴(kuò)頭段法向應(yīng)力豎向分力提供了擴(kuò)頭段的主要抗拔力，占擴(kuò)頭段總抗拔力約70%。,擴(kuò)大頭的承載機(jī)理,擴(kuò)底抗拔樁的承載力由樁側(cè)摩阻力與擴(kuò)大頭抗力共同組成，兩者承載力的發(fā)揮是一

9、個(gè)異步的過程 首先由等截面段樁土側(cè)摩阻力提供抗拔力；當(dāng)上拔荷載進(jìn)一步增大后，擴(kuò)大頭開始逐漸發(fā)揮作用，并且擴(kuò)大頭抗力占試樁總荷載的比例逐步上升 當(dāng)?shù)冉孛娑螛秱?cè)摩阻力達(dá)到極限狀態(tài)后，擴(kuò)大頭可繼續(xù)提供抗拔承載力，甚至超過樁側(cè)摩阻力提供的抗拔承載力 擴(kuò)大頭周邊土體隨樁頂加載增加，受到擴(kuò)大頭的擠壓力逐漸增大，逐漸進(jìn)入塑性狀態(tài)，并最終貫穿整個(gè)擴(kuò)大頭區(qū)域，周邊土體受壓達(dá)到極限狀態(tài)后，擴(kuò)底抗拔樁發(fā)生整體向上的變形，達(dá)到破壞狀態(tài)。,擴(kuò)大頭的承載機(jī)理,擴(kuò)底抗拔樁極限承載力計(jì)算方法,假定極限破裂面,荷載傳遞法,被動(dòng)土壓力折減系數(shù),為被動(dòng)土壓力折減系數(shù)取值表,極限狀態(tài)下法向壓力計(jì)算值,擴(kuò)大頭位置被動(dòng)土壓力值,計(jì)算單樁承載力值與試驗(yàn)值比較,三、擴(kuò)底抗拔樁的工程設(shè)計(jì),南車庫擴(kuò)底抗拔樁平面布置圖 共設(shè)置有效樁長(zhǎng)19m的擴(kuò)底抗拔樁約960根，有效樁長(zhǎng)為30m的擴(kuò)底抗拔樁約700根。,北車庫擴(kuò)底抗拔樁平面布置圖 共