上海中心大厦桩型选择与试桩设计 P2目目 录录工程与地质概况工程与地质概况1桩型选择桩型选择2 2试桩结果分析试桩结果分析4 4结论与建议结论与建议5 5试桩设计试桩设计3 3P3一、工程与地质概况一、工程与地质概况建建设地点:地点:陆家嘴金融中心区家嘴金融中心区Z3-1、、Z3-2地地块建筑面建筑面积::约51万万m2(地上(地上38万万m2,,地下:地下:13万万m2));建筑高度:主楼建筑高度:主楼632米,裙房米,裙房20米;米;建筑建筑层数:地下数:地下:5层地上地上:121层1、工程概况、工程概况P4•结构概况–钢筋混凝土核心筒–超级组合柱–钢结构外伸臂桁架–钢结构带状桁架一、工程与地质概况一、工程与地质概况P5•结构荷载估算一、工程与地质概况一、工程与地质概况P6–场地在深度150米范围内的土层为饱和的粘土、粉土和砂土–作为上海市区桩基主要持力层的⑦2粉细砂层和⑨2细砂层的厚度较市区其他区域要厚得多,第⑦层与第⑨层直接相连一、工程与地质概况一、工程与地质概况2、地、地质概况概况P7一、工程与地质概况一、工程与地质概况P8一、工程与地质概况一、工程与地质概况上海中心上海中心场地土地土层参数表参数表土层名称土层名称土层描述土层描述层底埋深层底埋深/mγ/kN/m3c/kPaφ/°fs/kPafp/kPa②②粉质粘土粉质粘土可塑、中等压缩性2.7~4.518.42018.015/③③淤泥质粉质粘土淤泥质粉质粘土夹砂质粉土夹砂质粉土流塑、高压缩性7.3~10.017.71022.56m以上15/6m以下25④④淤泥质粘土淤泥质粘土流塑、高压缩性15.8~18.016.71411.520/⑤⑤1a粘土粘土软塑、高压缩性19.4~21.517.61614.035/⑤⑤1b粉质粘土粉质粘土软-可塑、高-中压缩性23.5~28.518.41522.045/⑥⑥粉质粘土粉质粘土硬塑、中等压缩性28.1~30.519.84517.060/⑦⑦1砂质粉土夹粉砂砂质粉土夹粉砂中密-密实、中等压缩性34.8~40.518.7332.560/⑦⑦2粉砂粉砂密实、中-低等压缩性63.0~65.519.2033.5702500⑦⑦3粉砂粉砂密实、中-低等压缩性67.2~71.619.1234.0702200⑨⑨1砂质粉土砂质粉土密实、中等压缩性76.0~80.519.1532.0702500⑨⑨2-1粉砂夹中粗砂粉砂夹中粗砂密实、中-低等压缩性87.0~92.120.2//702500⑨⑨2t粉质粘土粉质粘土可-硬塑、中等压缩性92.1~100.819.33523.560/⑨⑨2-2粉砂粉砂密实、中-低等压缩性98.5~101.519.7//702500P9桩型型选择2工程与地工程与地质概况概况1试桩结果分析果分析4结论与建议5试桩设计3P 102 桩型选择•钢管桩质量易保证,桩身强度与刚度高,能进入较深的持力层获得较高承载力。
已在本工程周边的两幢超高层建筑上海金茂大厦、上海环球金融中心中得到成功应用n上海金茂大厦、环球金融中心桩基概况上海金茂大厦、环球金融中心桩基概况P 11p上海金茂大厦上海金茂大厦主楼有效桩长主楼有效桩长65mP 12p 上海环球金融中心上海环球金融中心主楼有效桩长主楼有效桩长59mP13•钢管桩可行性分析–钢管桩在施工过程中存在挤土效应,必然对临近的道路、建构筑物等周边环境产生不利影响–由于要穿越深厚砂层,受静压法施工能力的限制势必采用锤击法,将产生巨大的噪音–相对于其它桩型,钢管桩的造价高二、桩型选择二、桩型选择P14nPHC管管桩可行性分析可行性分析uPHC管管桩桩身身强度高,造价通常低于度高,造价通常低于钢管管桩和和钻孔灌注孔灌注桩u目前目前PHC管管桩的制作和施工的制作和施工设备难以穿越深厚密以穿越深厚密实砂砂层((⑦⑦1、、 ⑦⑦2)) 进入持力入持力层获取取较高高单桩承承载力以力以满足荷足荷载的要求uPHC管管桩施工存在施工存在挤土效土效应二、桩型选择二、桩型选择P15n大直径超大直径超长灌注灌注桩应用与用与发展展u超高超高层建筑和大跨度建筑和大跨度桥梁的建梁的建设使得基底荷使得基底荷载越来越大,往往要求越来越大,往往要求桩基穿越基穿越深厚的土深厚的土层进入相入相对较好的持力好的持力层以以获取取较高的承高的承载力并控力并控制制变形,大直径超形,大直径超长桩的的应用成用成为一种一种趋势。
u钻孔灌注孔灌注桩施工便利、没有施工便利、没有挤土效土效应,适用于城市复,适用于城市复杂环境中的建筑境中的建筑工程 u注注浆施工工施工工艺、、设计方法和工程方法和工程实践的成熟践的成熟发展,其在上海展,其在上海软土地区土地区得到越来越多的得到越来越多的应用 二、桩型选择二、桩型选择P16•后注浆灌注桩新桩型的发展–上海工程界成功地采用后注浆技术来提高常规钻孔灌注桩的承载力并减小沉降,后注浆钻孔灌注桩已在上海地区得到系统研究,成为超高层建筑普遍采用的桩基型式–桩端后注浆灌注桩在上海铁路南站、仲盛商业中心、越洋广场、虹桥综合交通枢纽等数百项工程得到应用–陆家嘴区域大量工程采用了该桩型,如X2地块工程、平安金融大厦、花旗银行大厦、合生国际大厦、高宝金融大厦二、桩型选择二、桩型选择P17二、桩型选择二、桩型选择P 18•上海中心大厦采用桩端后注浆灌注桩的相关技术问题 根据上海中心大厦荷载的要求,若采用灌注桩,必将为大直径超长的后注浆灌注桩,预估桩径在1m左右,桩端持力层为⑨2层,总桩长约80m,需要通过桩型试验解决相关技术问题:•深厚砂层(近60m)中大直径桩的成孔质量与工效•桩端、桩侧联合后注浆工艺•后注浆大直径超长灌注桩的承载能力与变形特性•C50高强度等级的水下混凝土材料与施工•大直径超长灌注桩的成桩质量P19桩型型选择2工程与地工程与地质概况概况1试桩结果分析果分析4结论与建与建议5试桩设计3P20•试桩方案试桩编号试桩编号桩径桩径/mm桩长桩长/m有效桩长有效桩长/m试桩类型试桩类型SYZA0110008863桩侧桩端联合后注浆桩侧桩端联合后注浆SYZA0210008863桩侧桩端联合后注浆桩侧桩端联合后注浆SYZB0110008863桩端后注浆桩端后注浆SYZC0110008863常规灌注桩常规灌注桩三、试桩试验设计三、试桩试验设计P21•试桩设计–桩型:后注浆钻孔灌注桩–桩径:1000mm–桩长:88m–持力层:⑨2层粉砂夹中粗砂–试桩桩身混凝土强度等级:C50–桩端后注浆量:2.5t–桩侧后注浆:4道,0.5t/道–双套管隔离开挖段侧摩阻力–后注浆灌注桩预估极限承载力:24000-26000kN三、试桩试验设计三、试桩试验设计P22n双套管双套管设计u外套管内径外套管内径::Φ1160mm1160mmu内套管内径内套管内径::Φ1050mm1050mmu壁厚壁厚::12mm12mmu防失防失稳支撑支撑肋肋l间距距5m m设置置1道道l支撑肋与内套管支撑肋与内套管焊接接l支撑肋与外套管内壁支撑肋与外套管内壁的的间距距为2mm2mm。
u外套管管底外套管管底进行封堵行封堵三、试桩试验设计三、试桩试验设计P23三、试桩试验设计三、试桩试验设计P24n 施工技术要求–试成孔•在试成孔施工完成后的72小时内每6小时一次测定孔径曲线和孔底沉渣厚度,了解孔壁随时间的稳定性及沉渣厚度–成桩•由于桩端位于深厚砂层,成孔过程中采用滤砂装置过滤泥浆;•成孔的垂直度偏差不大于1/300,二次清孔后沉渣厚度<50mm•每根试桩应有完整记录,内容应包括孔径、孔深、垂直度、沉渣厚度、泥浆比重、泥浆粘度、泥浆含砂率、充盈系数等技术指标,和钻孔、两次清孔、水下混凝土灌注等施工过程记录P25–后注浆•桩端注浆:在桩身对称设置2根注浆管,桩端注浆水泥用量为2.5t•桩侧注浆:桩侧设置4道注浆断面,每道注浆断面注浆孔数量不少于4个,且沿桩周均匀分布每道桩侧注浆水泥用量为500kg–验证施工机具与工艺,确定施工参数指标,形成施工导则,指导工程桩施工P26n 检测要求–载荷试验•4根试桩皆做破坏试验•4根试桩皆进行桩身轴力测试•采用沉降杆法测试桩端和桩身位移–桩身混凝土质量检测•低应变动测:4根试桩+9根锚桩•超声波检测:4根试桩•钻孔取芯:4根试桩桩身混凝土取芯,并测定芯样的强度P27三、试桩试验设计三、试桩试验设计n试桩量量测u沉降量沉降量测截面:截面:桩顶、、桩身身埋埋深深-52m、、桩端。
端桩身埋深身埋深-52m和和桩端沉降量端沉降量测设置沉降杆置沉降杆u桩身身应力量力量测:采用分布式:采用分布式光光纤和和传统应变计同同时量量测P28•施工设备与工艺–GPS-20型钻机、三翼双腰箍钻头 –6BS型砂石泵–ZX-250型泥浆净化装置 –优质纳基膨润土人工造浆 –粘土层正循环,砂土层泵吸反循环成孔 P29三、试桩试验设计三、试桩试验设计P30三、试桩试验设计三、试桩试验设计P 31n试成孔质量•两个试成孔72小时成孔检测表明:随静止时间增长,深部砂层存在缩径现象,但总体上孔壁稳定性较好P 32•施工结果与分析(续)–成孔质量•4根试桩与9根锚桩–最小直径:最小直径:994~1010 mm;;最大直径:最大直径:1057~1233 mm–垂直度:垂直度:0.25~0.54,平均为,平均为0.3–沉渣厚沉渣厚度度::5.0~9.0 cm,平均为,平均为7.33cm–充盈系数:充盈系数:1.01~1.16,平均为,平均为1.07 P 33•施工结果与分析(续)–施工工效•单桩的平均成孔时间60小时40分;•锚桩钢筋笼下笼平均时间6小时43分•试桩钢筋笼下笼平均时间10小时40分;•单桩混凝土方量约70方,平均浇灌时间3小时20分•一根桩的施工时间总计约3天P344试桩结果分析果分析结论与建与建议5桩型型选择2工程与地工程与地质概况概况1试桩设计3载荷沉降分析载荷沉降分析桩身轴力分析桩身轴力分析桩侧摩阻力分析桩侧摩阻力分析桩端阻力分析桩端阻力分析桩身压缩分析桩身压缩分析P35四、试验结果分析之载荷沉降分析四、试验结果分析之载荷沉降分析试桩试桩Q-s曲线曲线 u试桩SYZA02、、SYZB01和和SYZC01 发生刺入破坏;生刺入破坏;u试桩SYZA01达到加达到加载极限极限尚未破坏;尚未破坏;u注注浆桩极限承极限承载力不小于力不小于26000KN,未注,未注浆桩仅为8000kN。
P36 各各试桩不同深度不同深度处Q-s曲曲线的比的比较 u桩侧桩端端联合后注合后注浆桩SYZA02沉降小于沉降小于桩端后注端后注浆桩SYZB01,表明,表明桩侧桩端端联合后注合后注浆桩控制沉降控制沉降变形形优于于桩端后注端后注浆桩;;u隔离失去作用的隔离失去作用的试桩SYZA01沉降明沉降明显小于两根隔离成功的后注小于两根隔离成功的后注浆桩,,表明未隔离表明未隔离试桩将高估工程将高估工程桩控制沉降控制沉降变形能力;形能力;u常常规桩SYZC01沉降沉降远大于后注大于后注浆桩,表明未注,表明未注浆桩不但不但总承承载力力较小且控制沉降小且控制沉降变形能力形能力较差 四、试验结果分析之载荷沉降分析四、试验结果分析之载荷沉降分析P37试桩编号试桩编号SYZA02SYZB01极限荷载下极限荷载下试桩沉降试桩沉降/mm桩顶桩顶56.869.4桩身桩身-52.2m13.217.4桩端桩端2.44.0工作荷载下工作荷载下试桩沉降试桩沉降/mm桩顶桩顶18.420.2桩身桩身-52.2m0.61.8桩端桩端0.10.4极限荷极限荷载与工作荷与工作荷载下各下各试桩的的变形情况表形情况表 u在极限荷在极限荷载下,下,试桩桩端沉降端沉降较小,表明小,表明桩顶沉降主要由沉降主要由桩身身压缩产生;生; u在在设计工作荷工作荷载下,下,桩端沉降几乎端沉降几乎为零,零,桩身身-52.2m处沉降也很小,沉降也很小,表明此表明此时桩顶沉降几乎全部由沉降几乎全部由桩身上部分身上部分压缩产生。
生四、试验结果分析之载荷沉降分析四、试验结果分析之载荷沉降分析P38各各试桩轴力力曲曲线四、试验结果分析之桩身轴力分析四、试验结果分析之桩身轴力分析u除除试桩SYZA01外,其余外,其余三三组试桩在埋深在埋深0-25m桩段段桩身身轴力无力无变化,表明化,表明双双层钢套管完全隔离了套管完全隔离了桩土接触;土接触; u注注浆类型不同影响荷型不同影响荷载沿沿桩身身传递;;u在极限荷在极限荷载作用下,作用下,试桩桩端端处轴力力约为桩顶荷荷载的的10%,表明,表明传递至至桩端端的荷的荷载较小,小,试桩反映出反映出摩擦摩擦桩特性 P39各各试桩摩摩阻阻力力曲曲线四、试验结果分析之桩侧摩阻力分析四、试验结果分析之桩侧摩阻力分析u当当桩顶荷荷载较低低时,,桩侧摩阻摩阻力分布曲力分布曲线呈呈单峰状;峰状; u随着荷随着荷载水平增加,下部土水平增加,下部土层侧摩阻力逐摩阻力逐渐被激被激发,,侧摩阻摩阻力分布曲力分布曲线峰峰值呈呈现不断增大不断增大下移下移现象;象; u当荷当荷载水平水平继续增大增大时,,桩侧摩阻力分布曲摩阻力分布曲线下部逐下部逐渐展开,展开,即即桩端附近端附近桩侧摩阻力逐摩阻力逐渐发挥,而,而桩体上部分体上部分桩侧摩阻力摩阻力逐逐渐发挥至极限,并出至极限,并出现不同不同程度程度软化化现象。
象 P40 各各试桩不同埋深不同埋深处桩侧摩阻力与摩阻力与桩土相土相对位移曲位移曲线 四、试验结果分析四、试验结果分析u粘性土中粘性土中桩侧摩阻力充分摩阻力充分发挥所需所需桩土相土相对位移小于位移小于5mm,,砂性土中小于砂性土中小于10mm;;u桩侧桩端端联合后注合后注浆桩侧摩阻摩阻力充分力充分发挥时桩土相土相对位移小位移小于相同情况下于相同情况下桩端后注端后注浆桩桩土相土相对位移位移值 P41试桩试桩编号编号桩侧摩阻力桩侧摩阻力/kN桩端阻力桩端阻力/kN桩端沉降桩端沉降/mm端阻比端阻比/%SYZA022259834022.413.1SYZB012417538254.013.7SYZA01291198811.32.9SYZC0178381622.82.0极限荷极限荷载下各下各试桩桩端阻力及端阻比端阻力及端阻比 四、试验结果分析之桩端阻力分析四、试验结果分析之桩端阻力分析u桩端后注端后注浆技技术改善了灌注改善了灌注桩桩端承端承载特性,大幅度提高了特性,大幅度提高了桩端端土体的承土体的承载能力和能力和变形特性,形特性,为桩端阻力端阻力发挥提供了条件提供了条件u大直径超大直径超长灌注灌注桩桩端分担荷端分担荷载比例比例较小,即使采用小,即使采用桩端后注端后注浆技技术,在极限荷,在极限荷载下,其端阻比仍不足下,其端阻比仍不足14%,表明大直径超,表明大直径超长灌灌注注桩为摩擦型摩擦型桩 P42试桩编号试桩编号SYZA02SYZB01SYZA01SYZC01δ1/mm 43.252.043.415.2δ2/mm10.813.46.09.8δ/mm54.065.449.425.0δ1/S/%76.674.985.654.9δ2/S/%19.119.311.835.4δ/S/%95.794.297.490.3极限荷极限荷载下各下各试桩桩身身压缩量情况表量情况表 四、试验结果分析之桩身压缩分析四、试验结果分析之桩身压缩分析u桩顶沉降主要由沉降主要由桩身身压缩引起,且引起,且桩身上部分身上部分压缩量占主要部分;量占主要部分;u减少大直径超减少大直径超长灌注灌注桩沉降沉降应以控制以控制桩身身压缩为主,提高主,提高桩身身刚度度将有效地减小将有效地减小桩的沉降的沉降变形。
形P43结论与建与建议5试桩结果分析果分析4桩型型选择2工程与地工程与地质概况概况1试桩设计3P44五、结论五、结论•桩径1m、桩端埋深88m的试桩承载力超过了24000kN的要求,证明了大直径超长灌注桩在400m以上超高层建筑中应用的可行性,但必须采用后注浆措施,也为上海软土地区600m超高层建筑首次采用灌注桩打下基础•试桩Q-s曲线随荷载增加近似呈线性变化;双层钢套管隔离成功的试桩在破坏荷载作用下,受桩端沉渣的影响,桩体沉降急剧增大,呈现刺入破坏类型,后注浆桩极限承载力达到26000kN以上,未注浆桩仅为8000kN •采用双层钢套管隔离基坑开挖段桩土接触以模拟工程桩实际受荷状态,能够较真实地反映有效桩长范围内桩侧摩阻力发挥与分布性状 P45•桩侧摩阻力沿桩长的发挥具有异步性,桩体上部分侧摩阻力发挥至极限后,出现不同程度软化现象•在有效桩长范围内埋深较浅的粘性土层中桩侧摩阻力充分发挥所需桩土相对位移小于5mm,较深的砂性土中小于10mm;桩侧摩阻力软化出现在桩土相对位移超过极限位移之后,埋深较浅的粘性土中由于桩土相对位移大软化较为显著五、结论五、结论P46•桩端后注浆改善了灌注桩桩端承载特性,为桩端阻力发挥提供条件,且大幅度提高桩侧摩阻力发挥水平;在极限荷载下,试桩端阻比较小,即使采用后注浆技术,端阻比仍不足14%,表明大直径超长灌注仍为摩擦型桩•后注浆试桩桩身压缩量占桩顶沉降量95%左右,其中桩身上半段压缩量约占桩顶沉降量的75%,表明桩顶沉降主要由桩身压缩引起,且桩身上部分压缩量占主要部分•为工程桩的设计和施工提供了指导五、结论五、结论P47谢 谢!。