超高層超長樁設(shè)計的反思

超高層超長樁設(shè)計的反思王立軍2014.10.1

■概述

■Case1深圳漢京中心

■Case2某工程

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Case3北京國貿(mào)3B

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Case4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，長度50-100m，長徑比為50-100的超長樁，單樁豎向承載力特征值在10000kN-20000kN?！錾钲谄桨玻斯ね诳讛U(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）■上海中心，鉆孔灌注樁，樁徑1100mm，樁長60m，單樁豎向抗壓承載力特征值12000kN（待查實）概述某高層工業(yè)廠房砼框架—鋼框架-支撐組合結(jié)構(gòu)超長樁通常采用鉆孔灌注樁。因其超長存在樁端清渣難的問題。超長樁的工作機(jī)理不同于普通柱。它的豎向承壓承載力不是簡單的側(cè)阻力+端阻力。超長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)到極限值時下部的側(cè)摩阻還很小，這時端阻也上不去。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)摩阻值會下降即發(fā)生軟化，此時因樁端沉降過大樁的豎向受壓承載力難以發(fā)揮，甚至比計算值小很多。概述某高層工業(yè)廠房砼框架—鋼框架-支撐組合結(jié)構(gòu)后壓漿技術(shù)是解決超長樁豎向承載力不足的有效方法。通過在樁端注漿，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Case1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4.5m。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=ψr?frk=0.4?20=8MPa

單樁抗壓承載力特征值Ra=fa?Ap=8?π/4?45002/1000=127170kN按樁身算：

樁身受壓承載力N=ψcfc

Aps=0.8?19.1?π/4?38002/1000=173205kN

折算成標(biāo)準(zhǔn)值=173205/1.35=128300kN1.35為樁身強(qiáng)度設(shè)計值與標(biāo)準(zhǔn)值的折算系數(shù)。

地基規(guī)范2011第8.5.6條

羅蘭斯寶漢京中心樁身強(qiáng)度設(shè)計值與標(biāo)準(zhǔn)值的折算系數(shù)恒載+活載組合（荷載規(guī)范2010）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：對比老荷載規(guī)范（2001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)Case2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。該項目建于上世紀(jì)90年代初，當(dāng)時經(jīng)計算結(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，剛度調(diào)平法布樁很好地解決了高層核心筒結(jié)構(gòu)的鍋底形沉降問題。通過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，也可以在如軟土地基中單樁承載力過小滿足不了核心筒下集中布樁要求的情況下，通過提高單樁承載力達(dá)到這一要求。

國貿(mào)3BCase3國貿(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（建筑高度300m）地上60層，地下4層

國貿(mào)饞3B成因年代地層序號巖性天然快剪qsik(kPa)qpk(kPa)fka(kPa)с(kPa)φ(°)人工堆積土層①房渣土、碎石填土（0）(10.0)///①1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②砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土2029.5//180~200②1粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土（25）(22.0)//160~180②2粉砂（0）(25.0)//180~200③粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土1530.0//200~220③1粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土1819.0//140~160③2粘土、重粉質(zhì)粘土（30）(12.0)//130~150③3粉砂、細(xì)砂（0）(30.0)//220~240④卵石、圓礫（0）(40.0)//300~350④1細(xì)砂、粉砂（0）(30.0)//260~280⑤粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土4023.065~75/220~240⑤1粘土、重粉質(zhì)粘土5010.560~70/200~220⑤2粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土2229.070~80/250~280⑥卵石、圓礫（0）(40.0)130~150/380~420⑥1細(xì)砂、中砂（0）(34.0)70~80/330~350土層倍巖性洽及物是理力迎學(xué)性枝質(zhì)第四紀(jì)沉積層(11)粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土4912.080~85//(11)1粘土、重粉質(zhì)粘土7011.575~80//(11)2粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土//80~85//(11)3中砂、細(xì)砂//75~85//(12)卵石、圓礫//150~1702800~3000/(12)1細(xì)砂、中砂//80~851600~1800/(12)2粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土//80~85//(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/////國貿(mào)壓3B含樁顧土層四信息吃圖樁端魚落在12層，密深度78閱m，有限召樁長55映m。采用泰樁端訂、樁典側(cè)后胖注漿招。國貿(mào)3B試樁捐設(shè)計束參數(shù)籠一覽貿(mào)表樁類型樁徑(mm)樁長(m)單樁豎向承載力特征值(kN)試樁試驗最大加載值(kN)TP1120053.811600040000TP割1靜載步試驗Q-程S曲線樁頂最大喬沉降檢量：29誘.5癢6晚mm最大堵回彈紡量：20藥.2涌8屢mm回彈要率：68堂.6怕%通過理樁身魯沉降什測試膨，得到32礙00束0k傲N和40起00戀0k調(diào)N試驗再荷載救時樁淡端沉漏降值認(rèn)分別搬為2.枝26姻mm和2.辛85與mm。國貿(mào)掙3B各級巾荷載貓下TP舟1樁身把軸力惜變化肝曲線荷載40謝00喊0k通N時樁陪側(cè)阻棍力分鏡布圖根據(jù)矛內(nèi)力篇測試防結(jié)果灰：（1）在跨最大蹄試驗透荷載納時，筍樁側(cè)牽土阻溫力均銀明顯忌高于倘地質(zhì)外勘察歉報告船提供的土勸層極微限側(cè)鋤阻力轉(zhuǎn)，可毫見樁遲側(cè)注碎漿效虜果明努顯。束（2）樁閱端阻光力未斗充分丟發(fā)揮揮。寧波滾曼哈態(tài)頓Ca蘋se雞4寧波襪曼哈本頓SR浴C柱鋼單梁鋼比支撐崗?fù)饪蚴饧堋摻顕陧艃?nèi)種筒—伸臂堡腰桁混合老結(jié)構(gòu)24唉8.眼9m高（辰建筑走高度27蟻0m）地上56層，嫌地下4層寧波壟曼哈弟頓樁端菊落在沒中風(fēng)零化泥拔巖層南，深琴度70近m，有限斧樁長55那m。未采急用樁禽端、粉樁側(cè)污后注面漿。寧波妖曼哈膨頓寧波寄曼哈牢頓試樁黑結(jié)果寧波框曼哈曬頓試樁敲結(jié)果討論單樁垃極限仗承載鵝力判逆定：寧波井曼哈膠頓試樁動結(jié)果此：11百00慌SZ華2寧波執(zhí)曼哈駛頓總結(jié)個：1試樁率結(jié)果乏匯總本工獎程試假樁的保單樁術(shù)抗壓鴉極限銹承載粘力基扒本是牛由沉木降量抗控制記的，遇取用聽沉降雖量0.蘇05趙D為對應(yīng)攔的荷筐載為題單樁鋒極限捐承載嶼力。析初步您判斷猛是孔腰底沉耐渣或踢樁端尾粉砂妙巖的亦軟化遙對樁吧的承載鏈力構(gòu)連成了巧不利閥的影頓響。試樁編號極限承載力（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1100SZ120236按沉降55mm取值1100SZ219467按沉降55mm取值1100SZ319139按沉降55mm取值寧波燦曼哈源頓2考慮僵開挖污段的招樁側(cè)融阻力凱扣除試樁賞樁頂疾標(biāo)高秤比工臘程樁憐樁頂胖標(biāo)高適大約兵高出15章m，因油此工杯程樁殼的極剖限承叛載力侄應(yīng)從鹽試樁的么極限屯承載忠力扣匆除開丑挖段拔的樁蒼側(cè)阻滴力。試樁編號試樁極限承載力（kN）實測樁側(cè)阻力（kPa）實測側(cè)阻力取值范圍扣除開挖段側(cè)阻力后極限承載力800SZ1845318.8按3～28m段7740kN800SZ210143800SZ381001100SZ1202361100SZ21946712.2按0～16m段18830kN1100SZ31913915.3按0～30m段18340kN寧波囑曼哈摧頓3樁側(cè)嶺阻力俱隨加耗載的始變化冒規(guī)律加載孫初期紛，隨嫂著荷伏載的球加大席，側(cè)巷阻力痛逐漸廁提高衰。但蟻當(dāng)樁巧沉降雕量達(dá)女到一森定的染數(shù)值瓦后，迅側(cè)阻澆力越垮過峰戲值而糧逐漸猴降低涂。表明側(cè)阻麥力進(jìn)入格軟化央，表現(xiàn)寶出樁要端、陡樁側(cè)無阻力分的耦資合作蔑用。800SZ1（3～28m）1100SZ2（0～16m）1100SZ3（0～30m）荷載（kN）側(cè)阻力（kPa）荷載（kN）側(cè)阻力（kPa）荷載（kN）側(cè)阻力（kPa）180015.3400011.9400023.5270019.6600014.3600029.0360023.4800016.2800037.2450031.51000033.51000043.2540034.91200027.71200050.3630038.11400031.21400055.0720028.01600025.71600044.8810026.61800016.41800041.6860023.91900012.51900036.0910018.82000012.22000015.3寧波鳴曼哈飯頓4結(jié)論國與建并議（1）試鑄樁的謝極限刷承載炭力與該樁身晚強(qiáng)度就決定嫂的極停限承暈載力圣相比摟偏低癥，不捧能充柴分發(fā)傅揮樁郊身的攜強(qiáng)度頓。從介現(xiàn)有舉的結(jié)蜜構(gòu)方逼案看鼠，以晝最小顆的布稀樁間欲距難莊以布坐置下傲核心柏筒下艇筏板繞所需柱的樁歌根數(shù)貝。高首層建全筑樁蹈基設(shè)靈計的陸原則掉應(yīng)采鬧用核徹心筒畏下或州外框振柱下睛或裙捏樓柱無下較仍為集摧中的拜布樁兄，以楚利于引承臺洽設(shè)計遮的優(yōu)貸化，痰因此匯應(yīng)盡弱可能枯提高棵單樁燙極限槽承載旦力。（2）試福樁的須單樁偷極限爬承載食力是暖由沉莖降量雁決定諷的，步應(yīng)采捏取后煎注漿廉措施綱降低亞沉降禍量，礎(chǔ)以提崗高樁絲式側(cè)阻哥力從