超高层超长桩设计的反思

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1、创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 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王立军2014.10.12014.10.1 创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 概述概述 Case 1 Case 1 深圳汉京中心深圳汉京中心 Case 2 Case 2 某工程某工程 Case 3 Case 3 北京国贸北京国贸3B3B Case 4 Case 4 宁波曼哈顿宁波曼哈顿 创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚概述概述某高层工业厂房某高层工业厂房砼框架砼框架钢框架钢框架- -支撑组合结构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。超高层建筑因其重量大，天然地基通常无法满足承载

2、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。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非嵌岩桩一般做成直径1000-1200mm1000-1200mm，长度，长度50-100m50-100m，长径比为，长径比为50-10050-100的超长桩，的超长桩，单桩竖向承载力特征值在单桩竖向承载力特征值在10000kN-20000kN10000kN-20000kN。 深圳平安，人工挖孔扩底桩，微风化为持力层，桩径深圳平安，人工挖孔扩底桩，微风化为持力层，桩径5m5m，单桩竖向抗压承载力，单桩竖向抗压承载力特征值特征值200000kN200000kN

3、（待查实）（待查实） 上海中心，钻孔灌注桩，桩径上海中心，钻孔灌注桩，桩径1100mm1100mm，桩长，桩长60m60m，单桩竖向抗压承载力特征值，单桩竖向抗压承载力特征值12000kN12000kN（待查实）（待查实）创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚概述概述某高层工业厂房某高层工业厂房砼框架砼框架钢框架钢框架- -支撑组合结构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+ +端阻端阻

4、力。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。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，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

5、挥，甚至比计算值小很多。甚至比计算值小很多。创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚概述概述某高层工业厂房某高层工业厂房砼框架砼框架钢框架钢框架- -支撑组合结构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。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。桩的竖向受压承载力大大提高。

6、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。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通过桩端、桩侧后注浆，可以使桩竖向受压承载力提高50-100%50-100%。创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 罗兰斯宝汉京中心罗兰斯宝汉京中心 Case 1 Case 1 深圳罗兰斯宝汉京中心深圳罗兰斯宝汉京中心 框架框架支撑支撑钢结构构320m320m高高( (建筑高度建筑高度350m350m）地上地上7070层，地下，地下4 4层 创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 罗兰斯宝汉京中心罗兰斯宝汉京中

7、心 结构体系结构体系框架框架支撑结构支撑结构大支撑，小支撑大支撑，小支撑 创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 罗兰斯宝汉京中心罗兰斯宝汉京中心 地基基地基基础大直径人工挖孔大直径人工挖孔桩，最大，最大桩径径3.8m3.8m，扩底底4.5m4.5m。原。原则上采用一柱一上采用一柱一桩，桩端持力端持力层为中中风化花化花岗岩，岩石岩，岩石饱和和单轴抗抗压强强度度标准准值为20MPa20MPa，单桩抗抗压承承载力特征力特征值127000127000kNkN。 创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 罗兰斯宝汉京中心罗兰斯宝汉京中心 按按土体算：土体算： 岩石地基承岩石地基承载力特征力特征值 f fa a=

8、 =r r f frkrk= =0.40.4 20=8 MPa20=8 MPa 单桩抗抗压承承载力特征力特征值 R Ra a=f=fa a A Ap=p=8 8 /4/4 45004500 /1000 =127170kN /1000 =127170kN 按按桩身算：身算： 桩身受身受压承承载力力 N=N=c cf fc c A Aps ps = =0.80.8 19.119.1 /4/4 38003800 /1000=173205kN/1000=173205kN 折算成折算成标准准值=173205/=173205/1.351.35=128300kN=128300kN 1.35 1.35为桩身身

9、强强度度设计值与与标准准值的折算系数。的折算系数。 地基规范地基规范20112011第第8.5.68.5.6条条创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 罗兰斯宝汉京中心罗兰斯宝汉京中心 桩身身强强度度设计值与与标准准值的折算系数的折算系数恒恒载+ +活活载组合（荷合（荷载规范范20102010）1 1 以活以活载为主的主的组合，合，1.21.2恒恒+1.4+1.4活（恒活（恒20%20%，活，活80%80%，如有吊，如有吊车厂房）厂房） 1.2 1.2* *0.2+1.40.2+1.4* *0.8=1.36 0.8=1.36 取取1.351.352 2 以恒以恒载为主的主的组合，合，1.351.3

10、5恒恒+0.7+0.7* *1.41.4活（恒活（恒80%80%，活，活20%20%，如住宅、，如住宅、办公楼）公楼） 1.2 1.2* *0.8+0.70.8+0.7* *1.41.4* *0.2=1.28 0.2=1.28 取取1.31.3注：注：对比比老荷老荷载规范（范（20012001以前），以前），以恒以恒载为主的主的组合，合，1.21.2恒恒+1.4+1.4活（恒活（恒80%80%，活活20%20%，如住宅，如住宅、办公楼公楼）1.21.2* *0.8+1.40.8+1.4* *0.2=1.24 0.2=1.24 取取1.251.25 创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚某高层工业厂

11、房某高层工业厂房砼框架砼框架钢框架钢框架- -支撑组合结构支撑组合结构Case 2 Case 2 某工程某工程156m156m高高3939层（层（3 3层地下室）钢骨砼外框层地下室）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9090年代初，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。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。通过近年来，刚度调平法

12、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。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。了核心筒下集中布

13、桩要求的情况下，通过提高单桩承载力达到这一要求。创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 国贸国贸3BCase 3 Case 3 国国贸3B3B SRCSRC柱柱钢梁外框架梁外框架钢筋筋砼内筒内筒伸臂腰桁伸臂腰桁混合混合结构构265.1m265.1m高（建筑高度高（建筑高度300m300m）地上地上6060层，地下，地下4 4层 创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚国贸国贸3B3B 成因成因年代年代地层地层序号序号岩岩 性性天然快剪天然快剪qsik( (kPa) )qpk( (kPa) )fka( (kPa) )( (kPa) )()人工堆积土层房渣土、碎石填土（0）(10.0)/1粘质粉土素填土、粉

14、质粘土素填土（10）(10.0)/第四纪沉积层砂质粉土、粘质粉土2029.5/1802001粉质粘土、粘质粉土（25）(22.0)/1601802粉砂（0）(25.0)/180200粘质粉土、砂质粉土1530.0/2002201粉质粘土、粘质粉土1819.0/1401602粘土、重粉质粘土（30）(12.0)/1301503粉砂、细砂（0）(30.0)/220240卵石、圆砾（0）(40.0)/3003501细砂、粉砂（0）(30.0)/260280粉质粘土、粘质粉土4023.06575/2202401粘土、重粉质粘土5010.56070/2002202粘质粉土、砂质粉土2229.07080/

15、250280卵石、圆砾（0）(40.0)130150/3804201细砂、中砂（0）(34.0)7080/330350土土层岩性及物理力学性岩性及物理力学性质第四纪沉积层(11)粉质粘土、粘质粉土4912.08085/(11)1粘土、重粉质粘土7011.57580/(11)2粘质粉土、砂质粉土/8085/(11)3中砂、细砂/7585/(12)卵石、圆砾/15017028003000/(12)1细砂、中砂/808516001800/(12)2粉质粘土、重粉质粘土/8085/(13)粉质粘土、粘质粉土/(13)1重粉质粘土、粘土/(13)2砂质粉土、粘质粉土/(14)细砂、中砂/(14)1圆砾、

16、卵石/(15)粘土、重粉质粘土/(15)1粉质粘土、粘质粉土/(16)细砂、中砂/(16)1卵石/(16)2粘土、重粉质粘土/(17)粉质粘土/(17)1中砂/创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚国贸国贸3B3B含桩土层信息图含桩土层信息图桩端落在桩端落在1212层，深度层，深度78m78m，有限桩长有限桩长55m55m。采用桩端、桩侧后注浆。采用桩端、桩侧后注浆。 创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 国贸国贸 3B 试桩试桩设计参数一览表设计参数一览表 桩类型桩径(mm)桩长(m)单桩竖向承载力特征值(kN)试桩试验最大加载值(kN)TP1120053.811600040000TP1TP1静载

17、试验静载试验Q-SQ-S曲线曲线桩顶桩顶最大沉降量：最大沉降量：29.56 mm29.56 mm最大回弹量：最大回弹量：20.28 mm20.28 mm回弹率：回弹率：68.6%68.6%通过桩身沉降测试，通过桩身沉降测试，得到得到32000kN32000kN和和40000kN40000kN试试验荷载时桩端沉降值分别为验荷载时桩端沉降值分别为2.26mm2.26mm和和2.85mm2.85mm。创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚国贸国贸3B3B 各级荷载下各级荷载下TP1TP1桩身轴力变化曲线桩身轴力变化曲线荷载荷载40000kN40000kN时桩侧阻力分布图时桩侧阻力分布图根据内力根据内力测

18、试结果：（果：（1）在最大）在最大试验荷荷载时，桩侧土阻力均明土阻力均明显高于地高于地质勘察勘察报告提供告提供的土的土层极限极限侧阻力，可阻力，可见桩侧注注浆效果明效果明显。（。（2）桩端阻力未充分端阻力未充分发挥。创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚宁波曼哈宁波曼哈顿Case 4 Case 4 宁波宁波曼哈曼哈顿SRCSRC柱柱钢梁梁钢支撑外支撑外框架框架钢筋筋砼内内筒筒伸臂腰桁伸臂腰桁混合混合结构构248.9m248.9m高（建筑高（建筑高度高度270m270m）地上地上5656层，地下，地下4 4层 创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚宁波曼哈宁波曼哈顿 桩端落在中风化泥岩层，深度桩端落在中

19、风化泥岩层，深度70m70m，有限桩长有限桩长55m55m。未采用桩端、桩侧后注浆。未采用桩端、桩侧后注浆。创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 宁波曼哈顿宁波曼哈顿 创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 宁波曼哈顿宁波曼哈顿 试桩结果果 创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 宁波曼哈顿宁波曼哈顿 试桩结果果 讨论讨论单桩极限承载力判定：单桩极限承载力判定：创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 宁波曼哈顿宁波曼哈顿 试桩结果：果：1100SZ21100SZ2 创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 宁波曼哈顿宁波曼哈顿 总结：1 1 试桩结果果汇总本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

20、沉降工程试桩的单桩抗压极限承载力基本是由沉降量控制的，取用沉降量量0.05D0.05D为为对应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的承载力承载力构成了不利的影响。构成了不利的影响。 试桩编号试桩编号极限承载力（极限承载力（kN）极限承载力决定因素极限承载力决定因素800SZ18453按沉降40mm取值800SZ210143按沉降40mm取值800SZ38100沉降不稳定的前一级1100SZ120236按沉降55mm取值1100SZ219467按沉降55mm取值1100SZ319139按沉降55mm

21、取值创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 宁波曼哈顿宁波曼哈顿 2 2 考虑考虑开挖段的桩侧阻力扣除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试桩桩顶标高比工程桩桩顶标高大约高出15m15m，因此工程桩的极限承载力应从试，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。桩的极限承载力扣除开挖段的桩侧阻力。 试桩编号试桩编号试桩极限承载力试桩极限承载力（kN）实测桩侧阻力实测桩侧阻力（kPa）实测侧阻力实测侧阻力取值范围取值范围扣除扣除开挖段侧阻力后开挖段侧阻力后极限承载力极限承载力800SZ1845318.8按328m段7740kN800SZ210143800SZ3

22、81001100SZ1202361100SZ21946712.2按016m段18830kN1100SZ31913915.3按030m段18340kN创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 宁波曼哈顿宁波曼哈顿 3 3 桩侧阻力随加载的变化规律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，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。侧阻力越过峰值而逐渐降低。表明表明侧阻力侧阻力进入软化，进入软化，表现出桩端、桩侧阻力的耦表现出桩端、桩侧阻力的耦合作用。合作用。 800SZ1（328m）1100SZ

23、2（016m）1100SZ3（030m）荷载（kN）侧阻力（kPa）荷载（kN）侧阻力（kPa）荷载（kN）侧阻力（kPa）180015.3400011.9400023.5270019.6600014.3600029.0360023.4800016.2800037.2450031.51000033.51000043.2540034.91200027.71200050.3630038.11400031.21400055.0720028.01600025.71600044.8810026.61800016.41800041.6860023.91900012.51900036.0910018.820

24、00012.22000015.3创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 宁波曼哈顿宁波曼哈顿 4 4 结论与建议结论与建议（1 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）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

25、承载力。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 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，）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 3）建议再进行）建议再进行2 2根直径根直径1000mm1000mm的桩的试桩，采用桩侧、桩端后注浆，有效桩长的桩的试桩，采用桩侧、桩端后注浆，有效桩长（55m55m长）的单桩承载力极限值按长）的单桩承载力极限值按25000kN25000

26、kN考虑。考虑。 创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚 宁波曼哈顿宁波曼哈顿 讨论：关于试桩根数讨论：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，桩根数规范规定静载荷试验进行单桩竖向承载力试验，桩根数3 3根（桩数小于根（桩数小于5050根可试根可试两根）。两根）。从统计上说，从统计上说，3 3根试桩的平均值相当于根试桩的平均值相当于1 1根试桩的值，根试桩的值，2 2根试桩的平均值才具有平根试桩的平均值才具有平均值的意义。因此，建议试桩根数取均值的意义。因此，建议试桩根数取2 2根。根。 注：将试桩看成成百上千工程桩的抽样注：将试桩看成成百上千工程桩的抽样 1 1根试桩，最可能是桩根试桩，最可能是桩2 2； 3 3根试桩，桩根试桩，桩1 1、桩、桩2 2、桩、桩3 3，平均值接近桩，平均值接近桩2 2， 相当于去掉相当于去掉1 1个最高值，个最高值，1 1个最低值；个最低值； 因此，只有因此，只有2 2根试桩，才有真正的平均值。根试桩，才有真正的平均值。 RaRa：单桩承载力：单桩承载力m m：桩承载力概率密度：桩承载力概率密度创新提升价值 精诚建造未来中冶京诚谢谢 谢谢