上海中心大厦桩型选择与与试桩设计

上海中心大厦桩型选择与试桩设计目录工程与地质概况1桩型选择2试桩结果分析4结论与建议5试桩设计3一、工程与地质概况建设地点：陆家嘴金融中心区Z3-1、Z3-2地块建筑面积：约51万m2（地上38万m2，地下：13万m2）;建筑高度：主楼632米，裙房20米；建筑层数：地下:5层地上:121层1、工程概况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、工程与地质概况结构荷载估算一、工程与地质概况场地在深度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2、地质概况一、工程与地质概况一、工程与地质概况上海中心场地土层参数表土层名称土层描述层底埋深/mγ/kN/m3c/kPaφ/°fs/kPafp/kPa②粉质粘土可塑、中等压缩性2.7~4.518.42018.015/③淤泥质粉质粘土夹砂质粉土流塑、高压缩性7.3~10.017.71022.56m以上15/6m以下25④淤泥质粘土流塑、高压缩性15.8~18.016.71411.520/⑤1a粘土软塑、高压缩性19.4~21.517.61614.035/⑤1b粉质粘土软-可塑、高-中压缩性23.5~28.518.41522.045/⑥粉质粘土硬塑、中等压缩性28.1~30.519.84517.060/⑦1砂质粉土夹粉砂中密-密实、中等压缩性34.8~40.518.7332.560/⑦2粉砂密实、中-低等压缩性63.0~65.519.2033.5702500⑦3粉砂密实、中-低等压缩性67.2~71.619.1234.0702200⑨1砂质粉土密实、中等压缩性76.0~80.519.1532.0702500⑨2-1粉砂夹中粗砂密实、中-低等压缩性87.0~92.120.2//702500⑨2t粉质粘土可-硬塑、中等压缩性92.1~100.819.33523.560/⑨2-2粉砂密实、中-低等压缩性98.5~101.519.7//702500桩型选择2工程与地质概况1试桩结果分析4结论与建议5试桩设计32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。上海金茂大厦、环球金融中心桩基概况上海金茂大厦主楼有效桩长65m

上海环球金融中心主楼有效桩长59m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PHC管桩可行性分析PHC管桩桩身强度高，造价通常低于钢管桩和钻孔灌注桩。目前PHC管桩的制作和施工设备难以穿越深厚密实砂层（⑦1、⑦2）进入持力层获取较高单桩承载力以满足荷载的要求。PHC管桩施工存在挤土效应。二、桩型选择大直径超长灌注桩应用与发展超高层建筑和大跨度桥梁的建设使得基底荷载越来越大，往往要求桩基穿越深厚的土层进入相对较好的持力层以获取较高的承载力并控制变形，大直径超长桩的应用成为一种趋势。钻孔灌注桩施工便利、没有挤土效应，适用于城市复杂环境中的建筑工程。注浆施工工艺、设计方法和工程实践的成熟发展，其在上海软土地区得到越来越多的应用。二、桩型选择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桩型选择2工程与地质概况1试桩结果分析4结论与建议5试桩设计3试桩方案试桩编号桩径/mm桩长/m有效桩长/m试桩类型SYZA0110008863桩侧桩端联合后注浆SYZA0210008863桩侧桩端联合后注浆SYZB0110008863桩端后注浆SYZC0110008863常规灌注桩三、试桩试验设计试桩设计桩型：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、试桩试验设计双套管设计外套管内径：Φ1160mm内套管内径：Φ1050mm壁厚：12mm防失稳支撑肋间距5m设置1道支撑肋与内套管焊接支撑肋与外套管内壁的间距为2mm。外套管管底进行封堵三、试桩试验设计三、试桩试验设计

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。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。

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，并测定芯样的强度三、试桩试验设计试桩量测沉降量测截面：桩顶、桩身埋深-52m、桩端。桩身埋深-52m和桩端沉降量测设置沉降杆。桩身应力量测：采用分布式光纤和传统应变计同时量测。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三、试桩试验设计三、试桩试验设计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。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：994~1010mm；最大直径：1057~1233mm垂直度：0.25~0.54，平均为0.3沉渣厚度：5.0~9.0cm，平均为7.33cm充盈系数：1.01~1.16，平均为1.07

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4试桩结果分析结论与建议5桩型选择2工程与地质概况1试桩设计3载荷沉降分析桩身轴力分析桩侧摩阻力分析桩端阻力分析桩身压缩分析四、试验结果分析之载荷沉降分析试桩Q-s曲线

试桩SYZA02、SYZB01和SYZC01发生刺入破坏；试桩SYZA01达到加载极限尚未破坏；注浆桩极限承载力不小于26000KN，未注浆桩仅为8000kN。

各试桩不同深度处Q-s曲线的比较

桩侧桩端联合后注浆桩SYZA02沉降小于桩端后注浆桩SYZB01，表明桩侧桩端联合后注浆桩控制沉降变形优于桩端后注浆桩；隔离失去作用的试桩SYZA01沉降明显小于两根隔离成功的后注浆桩，表明未隔离试桩将高估工程桩控制沉降变形能力；常规桩SYZC01沉降远大于后注浆桩，表明未注浆桩不但总承载力较小且控制沉降变形能力较差。

四、试验结果分析之载荷沉降分析试桩编号SYZA02SYZB01极限荷载下试桩沉降/mm桩顶56.869.4桩身-52.2m13.217.4桩端2.44.0工作荷载下试桩沉降/mm桩顶18.420.2桩身-52.2m0.61.8桩端0.10.4极限荷载与工作荷载下各试桩的变形情况表

在极限荷载下，试桩桩端沉降较小，表明桩顶沉降主要由桩身压缩产生；在设计工作荷载下，桩端沉降几乎为零，桩身-52.2m处沉降也很小，表明此时桩顶沉降几乎全部由桩身上部分压缩产生。四、试验结果分析之载荷沉降分析各试桩轴力曲线四、试验结果分析之桩身轴力分析除试桩SYZA01外，其余三组试桩在埋深0-25m桩段桩身轴力无变化，表明双层钢套管完全隔离了桩土接触；注浆类型不同影响荷载沿桩身传递；在极限荷载作用下，试桩桩端处轴力约为桩顶荷载的10%，表明传递至桩端的荷载较小，试桩反映出摩擦桩特性。

各试桩摩阻力曲线四、试验结果分析之桩侧摩阻力分析当桩顶荷载较低时，桩侧摩阻力分布曲线呈单峰状；随着荷载水平增加，下部土层侧摩阻力逐渐被激发，侧摩阻力分布曲线峰值呈现不断增大下移现象；当荷载水平继续增大时，桩侧摩阻力分布曲线下部逐渐展开，即桩端附近桩侧摩阻力逐渐发挥，而桩体上部分桩侧摩阻力逐渐发挥至极限，并出现不同程度软化现象。

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各试桩不同埋深处桩侧摩阻力与桩土相对位移曲线

四、试验结果分析粘性土中桩侧摩阻力充分发挥所需桩土相对位移小于5mm，砂性土中小于10mm；桩侧桩端联合后注浆桩侧摩阻力充分发挥时桩土相对位移小于相同情况下桩端后注浆桩桩土相对位移值。

试桩编号桩侧摩阻力/kN桩端阻力/kN桩端沉降/mm端阻比/%SYZA022259834022.413.1SYZB012417538254.013.7SYZA01291198811.32.9SYZC0178381622.82.0极限荷载下各试桩桩端阻力及端阻比

四、试验结果分析之桩端阻力分析桩端后注浆技术改善了灌注桩桩端承载特性，大幅度提高了桩端土体的承载能力和变形特性，为桩端阻力发挥提供了条件大直径超长灌注桩桩端分担荷载比例较小，即使采用桩端后注浆技术，在极限荷载下，其端阻比仍不足14%，表明大直径超长灌注桩为摩擦型桩

试桩编号SYZA02SYZB01SYZA01SYZC01δ1/mm43.252.043.415.2δ2/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极限荷载下各试桩桩身压缩量情况表

四、试验结果分析之桩身压缩分析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；减少大直径超长灌注桩沉降应以控制桩身压缩为主，提高桩身刚度将有效地减小桩的沉降变形。结论与建议5试桩结果分析4桩型选择2工程与地质概况1试桩设计3五、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