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1、1 高层建筑刚性桩复合地基设计心得体会 基础设计时 当地基承载力特征值大于上部建筑附加压力 我们会考虑选择天然地基基础 当地基承载力特征值小于上部建筑附加压力 我们会习惯性地选择桩基础 天然地基基础 上部建筑荷载作用全部由基础下持力层承担 桩基础 上部建筑荷载作用全部由桩基承担 不考虑土层分担作用 介于两种基础之间的是考虑桩土共同工作的复合地基基础 基础设计考虑桩土共同工作有两个途径 高层建筑刚性桩复合地基设计体会 基础设计时 当地基承载力特征值大于上部建筑附加压力 我们会考虑选择天然地基基础 当地基承载力特征值小于上部建筑附加压力 我们会习惯性地选择桩基础 天然地基基础 上部建筑荷载作用全部
2、由基础下持力层承担 桩基础 上部建筑荷载作用全部由桩基承担 不考虑土层分担作用 介于两种基础之间的是考虑桩土共同工作的复合地基基础 基础设计考虑桩土共同工作有两个途径 高层建筑刚性桩复合地基设计体会 1 考虑增强体对地基承载力的提高 按JGJ97 2012公式Fspk m Ra Ap 1 m fsk此时 基础按增强体 土 褥垫层形成的复合地基设计 2 考虑承台效应 按提高后的复合基桩进行设计 按JGJ94 2008第5 2 5节有关公式R Ra cfakAc 承台效应 摩擦型群桩在竖向荷载作用下 由于桩土相对位移 桩间土对承台产生一定竖向抗力 成为桩基竖向承载力的一部分而分担荷载 此种效应称为
3、承台效应 6 2020 2 25 实例一 淮安恒大项目复合地基设计2011年设计 用预制管桩作为增强体 天然地基承载力170Kpa提高到450Kpa 7 2020 2 25 一 工程概况 1 淮安恒大明都一期工程26万m2 由23栋33层住宅楼组成 剪力墙结构 地下一层 8 2020 2 25 一 工程概况 2 场地土层分布如下 层杂填土 素填土 局部淤泥质填土 厚度约1 4 2 7米 层粉土 fak 110KPa 厚度约0 3 1 9米 层粉质粘土 fak 180KPa 厚度约3 3 6 4米 层粘土与粉质粘土互层 可 软塑 fak 170KPa 厚度约0 4 4 0米 层粘土 粉质粘土 可
4、 硬塑 fak 260KPa 厚度约25 5 30 0米 层中砂与粉砂互层 密实 局部中密 fak 250KPa 厚度约11 0 15 4米 层粘土 硬塑 局部坚硬 fak 300KPa 揭露厚度约25 8 29 3米 9 2020 2 25 一 工程概况 3 本工程地质勘测结论如下 1 地下水情况 勘探期间测得地下水位在地面以下0 5 2 4米 水位受季节性变化影响较大 地下水对混凝土和钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性 2 该场地属于对建筑抗震不利地段 建筑场地类别为 类 场地特征周期值为Tg 0 45s 10 2020 2 25 二 基础设计 初步设计阶段与业主研究确定采用PHC500管桩
5、 桩长20米 进入 层粘土不小于17米 试桩过程中桩压不到设计标高 后来考虑采用 700钻孔灌注桩与管桩复合地基两种方案 进行技术经济对比 11 2020 2 25 700钻孔桩桩数191根 桩长40米 进 层约11米 Ra 3600kN 12 2020 2 25 管桩复合地基 PHC500 120 桩数387根 桩长14m 持力层为 层Ra 1300kN 桩间距4d 复合地基承载力为450kPa 复合地基承载力计算按照 建筑地基处理技术规范 公式 9 2 5 计算 fspk mRa Ap B 1 m fsk沉降采用PKPM JCCAD计算 各单体计算总沉降量都不超过30mm 竣工时实测沉降均
6、在10mm左右 远远小于计算值 实例二 溧阳国际花园二期29 楼桩基 考虑承台效应对桩基承载力提高的复合基桩进行设计 桩基承载力提高约14 5 概况高层住宅 剪力墙结构 地上29层 地下2层 建筑总重量181285KN 21270KN 采用PHC600AB 桩长15m 持力层为 层砾砂层 0 00 10 4 基础板底 7 4 Ra 2700KN n 68 沿墙下布桩 按JGJ94 2008第5 2节 考虑承台效应对桩基承载力提高的复合基桩进行设计 R Ra cfakAc 3091 18KN 提高约14 5 该项目 考虑承台效应 单桩竖向承载力提高约15 31 对比工程实例1 刚性桩复合地基是在
7、天然地基内打入刚性桩 考虑桩土共同工作效应对天然地基承载力的提高进行基础设计 该工程筏板下 层粉质粘土 fav 170kPa 按置换率4 9 布桩 PHC500 14m达到复合地基承载力fspk 450kPa 注意 考虑桩土共同工作复合地基设计方法须在筏板下设砂石褥垫层 桩体进入褥垫层 不锚入筏板 有的工程地基条件很好 采用预制桩穿过深厚的硬塑黏土层以及中密以上砂土层 挤土效应造成周围环境破坏或桩基上浮破坏 这类事故最近见过多次发生 某工程静压桩挤土效应造成桩基上抬接头受拉破坏的实例 一 由于挤土效应 管桩上浮的工程实例某工程地上28层 地下2层 采用PHC600预制管桩 桩长29m 持力层8
8、 2含砾中砂层 单桩承载力特征值Ra 2700KN 133根 1000T静压机施工 跳打施工完成后检测 桩普遍上抬80 240mm 最大的上抬370mm 摄像表明 管桩接头处拉开 附后 钻孔剖面 桩基平面图 接头断裂摄像 恒大二期项目 采用刚性桩复合地基 在一期复合地基基础上进行优化对比 刚性桩复合地基采用较小直径的桩体 桩土共同工作的性能发挥更好 达到相同承载力的条件下 经济性更优 后期开工的21 楼 地上27层地下室1层 将桩长减短 作了三种对比方案 图2为两种刚性桩复合地基的桩位布置平面图 法案三不考虑桩土共同工作 上部荷载全部由桩基承担 图221 楼刚性桩复合地基桩位布置 方案一和方案
9、二的管桩刚性体置换率和承载力计算如下表 桩头大样见图3 图3 方案三 按桩基础设计 建筑高度超过60米 采用直径600管桩 桩长14m 单桩承载力Ra 1588kn桩数390 入土体积是方案一的1 73倍 是方案二的1 45倍 考虑到前期施工的22 楼桩长14m已出现挤土上抬现象 该方案沉桩困难 挤土效应大 造价偏高 设计院倾向于方案一 桩土共同工作性能好 挤土效应不利影响也较小 由于单桩分摊面积小 载荷板试验加载量减小1 3 最后 业主考虑工期安排 选择了造价稍高 桩数较少的方案二 最近几年跟踪了一些高层剪力墙结构住宅 采用刚性桩复合地基的设计 有几点体会 归纳如下 1 高层建筑复合地基 增
10、强体宜采用桩身强度与承载力都较高的刚性桩 桩端持力层宜选择硬塑状粘土层以及中密砂层 乃至更好的强风化岩层 密实砂层 但要注意对于后一类低压缩性土层 桩端进入不宜过深 桩按端承摩擦桩设计 对控制高层建筑的沉降变形有好处 以往多层建筑复合地基基底荷载不大 在软土地基上 采用柔性桩 碎石桩 水泥土搅拌桩 灰土挤密桩等等 进行复合 强调增强体桩必须为摩擦型桩 以更好地发挥桩土共同工作性能 高层建筑对承载力和沉降控制的要求高 按端承摩擦桩设计的刚性桩复合地基 当桩端进入强风化层或密实砂层 单桩竖向静载试验接近极限荷载时 沉降能达到30 40mm 荷载作用下桩除了桩底沉降 在 褥垫层 内桩顶有相对的 刺入
11、 位移 也对调整桩土荷载分担比起作用 实现桩土共同工作 当作为增强体的刚性桩承载力较大时 褥垫层厚度适当增加 2 刚性桩复合地基宜采用小直径桩 在桩的荷载分担比一致条件下桩的直径小 数量多 桩土共同性能发挥好于桩直径大 数量较少的情况 恒大名都21 楼 方案一和方案二对比结果 方案一桩直径小 桩数多 基底反力分布更均匀 桩土共同工作性能发挥更好一些 承载力相同的情况下 造价更低 若将方案一 PC400桩长也调至12米 则造价相同 复合地基承载力将提高至420Kpa 桩长10米时为385Kpa 复合地基采用较小直径的刚性桩 不论是技术指标还是经济指标都好于采用较大直径的刚性桩 复合地基采用的增强
12、体桩直径不受建筑高度超过60米必须大于600mm的限制 GB T3 刚性桩复合地基可以作深度修正 基础两侧的超载越大 基础埋深越大 修正提高也越大 复合地基承载力修正系数取1 0 GB T50783 2012第5 2 6条 4 刚性桩复合地基与基础之间设置褥垫层 厚度100 300mm 刚性桩抗压承载力 桩径 桩距大时取较大值 垫层选用中砂 粗砂 级配良好的砂石 碎石 粒径不宜大于300mm 桩顶和基础之间应设置褥垫层 褥垫层在复合地基中具有如下作用 1 保证桩土共同承担荷载 它是刚性桩与基底土层形成复合地基的重要条件 2 通过改变褥垫层厚度 调整桩垂直荷载的分担 通常褥垫层越薄桩承担的荷载百
13、分比越高 3 减少基础底面的应力集中 4 调整桩 土水平荷载的分担比 褥垫层越厚 土分担的水平荷载百分比越大 桩分担的水平荷载百分比越小 5 褥垫层的设置 可使桩间土承载力充分发挥 作用在桩间土表面的荷载在桩侧的土单元体产生竖向和水平向附加应力 水平附加应力作用在桩表面具有增大侧阻的作用 在桩端产生的竖向附加应力对提高单桩承载力是有意义的 5 恒大名都21 天然地基承载力特征值180kpa 筏板挑出2m 承载力约为总荷载的50 7 采用刚性桩复合加强后 桩分担总荷载的71 29 的上部荷载由桩间土承担 复合地基设计估算 可按fspk 0 9mRa Ap 0 8 1 m fak 基底附加力 剪力
14、墙结构高层住宅每层可取14Kpa 地下室每层22kpa底板面积考虑外挑1 5 2 0m 约为标准层面积的1 2 1 3倍 6 目前地基基础沉降验算仍是经验性的计算方法 按规范所做的沉降计算结果与实测资料差距很大 用不同的沉降计算方法 计算结果往往相差好几倍 这方面的工作有待研究改进 目前建筑沉降计算结果只能作为大致的预期值 跟踪大量的工程观察资料 实测沉降值都小于理论计算值 复合地基的沉降控制是复合地基设计重点关注的问题 复合地基沉降验算可参照分层总和法计算 其中主要问题是复合地基压缩模量取值 建议复合地基压缩模量 按JGJ79 2012第7 1 9条确定 根据江苏地区大量的工程实测经验刚性桩
15、复合地基实测沉降远远小于计算值 2010年建设的 恒大名都 一期项目 约30万平方米 都是32层 33层 100米高层住宅 按刚性桩复合地基设计 实测沉降最大11mm左右 2012年设计的合肥 中央天骏 约29万平米高层住宅组团 32层左右 高度接近100米 采用CFG桩复合地基 现已建成 竣工时沉降实测值也是10mm左右 没有超过15mm的 远远小于计算值 我们注意到 高层建筑采用刚性桩复合地基的沉降一般都小于采用钢筋混凝土钻孔灌注桩按桩基础设计的情况 7 关于复合地基检测的建议1 刚性桩复合地基必须通过复合地基载荷板试验和单桩静载试验 确定复合地基承载力 2 当地质条件相近 并且刚性桩的直
16、径 桩长 置换率 工艺都相同的条件下 单体建筑载荷板试验不少于3块 单桩竖向承载力静载试验不少于3根且不少于总桩数的1 有经验时 应分别进行单桩竖向抗压载荷试验和桩间土地基竖向抗压载荷试验并可按本规范公式 5 2 1 2 计算复合地基承载力 GB T5073 2012第14 4 3条 3 刚性桩复合地基质量验收检测 根据GB T50783 2012第14 4 3条 可抽取刚性桩进行单桩竖向静载试验 试验数量为总桩数的0 5 且每个单体工程的试验数量不应少于3根 4 刚性桩复合地基载荷板试验 在缓变形下 承载力特征值取极限荷载的0 5与沉降为0 01荷载板边长所对应的加载值中的较小者 8 关于技术经济对比 刚性桩复合地基 底板应具有一定的刚度 调节桩土之间反力分配 80 100米的高层建筑筏板 板厚一般考虑1 3 1 5m 刚性桩复合地基中的桩体造价比桩基础的桩造价节省很多 当单桩承载力较高 桩可沿剪力墙下布置时 条形桩承台梁之间可设防水板 此时 常规的桩基础不一定比刚性桩复合地基造价高 当造价相近时 采用桩基础有优势 受力明确 复合地基的检测要求高 除了要做载荷板试验 还必须做单桩静载
