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2014.10.1

■概述

■Case1深圳汉京中心

■Case2某工程

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Case3北京国贸3B

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Case4宁波曼哈顿

概述某高层工业厂房砼框架—钢框架-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。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1000-1200mm，长度50-100m，长径比为50-100的超长桩，单桩竖向承载力特征值在10000kN-20000kN。■深圳平安，人工挖孔扩底桩，微风化为持力层，桩径5m，单桩竖向抗压承载力特征值200000kN（待查实）■上海中心，钻孔灌注桩，桩径1100mm，桩长60m，单桩竖向抗压承载力特征值12000kN（待查实）概述某高层工业厂房砼框架—钢框架-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。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，甚至比计算值小很多。概述某高层工业厂房砼框架—钢框架-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。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，从而使桩的竖向受压承载力大大提高。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50-100%。

罗兰斯宝汉京中心Case1深圳罗兰斯宝汉京中心框架—支撑钢结构320m高(建筑高度350m）地上70层，地下4层

罗兰斯宝汉京中心结构体系框架—支撑结构大支撑，小支撑

罗兰斯宝汉京中心地基基础大直径人工挖孔桩，最大桩径3.8m，扩底4.5m。原则上采用一柱一桩，桩端持力层为中风化花岗岩，岩石饱和单轴抗压强度标准值为20MPa，单桩抗压承载力特征值127000kN。

罗兰斯宝汉京中心按土体算：

岩石地基承载力特征值fa=ψr•frk=0.4•20=8MPa

单桩抗压承载力特征值Ra=fa•Ap=8•π/4•4500²/1000=127170kN按桩身算：

桩身受压承载力N=ψcfc

Aps=0.8•19.1•π/4•3800²/1000=173205kN

折算成标准值=173205/1.35=128300kN1.35为桩身强度设计值与标准值的折算系数。

地基规范2011第8.5.6条

罗兰斯宝汉京中心桩身强度设计值与标准值的折算系数恒载+活载组合（荷载规范2010）1以活载为主的组合，1.2恒+1.4活（恒20%，活80%，如有吊车厂房）1.2*0.2+1.4*0.8=1.36取1.352以恒载为主的组合，1.35恒+0.7*1.4活（恒80%，活20%，如住宅、办公楼）1.2*0.8+0.7*1.4*0.2=1.28取1.3注：对比老荷载规范（2001以前），以恒载为主的组合，1.2恒+1.4活（恒80%，活20%，如住宅、办公楼）1.2*0.8+1.4*0.2=1.24取1.25

某高层工业厂房砼框架—钢框架-支撑组合结构Case2某工程156m高39层（3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90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。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。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。

国贸3BCase3国贸3B

SRC柱钢梁外框架—钢筋砼内筒—伸臂腰桁混合结构265.1m高（建筑高度300m）地上60层，地下4层

国贸馋3B成因年代地层序号岩性天然快剪qsik(kPa)qpk(kPa)fka(kPa)с(kPa)φ(°)人工堆积土层①房渣土、碎石填土（0）(10.0)///①1粘质粉土素填土、粉质粘土素填土（10）(10.0)///第四纪沉积层②砂质粉土、粘质粉土2029.5//180~200②1粉质粘土、粘质粉土（25）(22.0)//160~180②2粉砂（0）(25.0)//180~200③粘质粉土、砂质粉土1530.0//200~220③1粉质粘土、粘质粉土1819.0//140~160③2粘土、重粉质粘土（30）(12.0)//130~150③3粉砂、细砂（0）(30.0)//220~240④卵石、圆砾（0）(40.0)//300~350④1细砂、粉砂（0）(30.0)//260~280⑤粉质粘土、粘质粉土4023.065~75/220~240⑤1粘土、重粉质粘土5010.560~70/200~220⑤2粘质粉土、砂质粉土2229.070~80/250~280⑥卵石、圆砾（0）(40.0)130~150/380~420⑥1细砂、中砂（0）(34.0)70~80/330~350土层倍岩性洽及物是理力迎学性枝质第四纪沉积层(11)粉质粘土、粘质粉土4912.080~85//(11)1粘土、重粉质粘土7011.575~80//(11)2粘质粉土、砂质粉土//80~85//(11)3中砂、细砂//75~85//(12)卵石、圆砾//150~1702800~3000/(12)1细砂、中砂//80~851600~1800/(12)2粉质粘土、重粉质粘土//80~85//(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、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/////国贸压3B含桩顾土层四信息吃图桩端鱼落在12层，密深度78阅m，有限召桩长55映m。采用泰桩端订、桩典侧后胖注浆招。国贸3B试桩捐设计束参数笼一览贸表桩类型桩径(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)TP1120053.811600040000TP割1静载步试验Q-程S曲线桩顶最大乔沉降检量：29诱.5痒6晚mm最大堵回弹纺量：20药.2涌8屡mm回弹要率：68堂.6怕%通过理桩身鲁沉降什测试膨，得到32碍00束0k傲N和40起00恋0k调N试验再荷载救时桩淡端沉漏降值认分别搬为2.枝26姻mm和2.辛85与mm。国贸挣3B各级巾荷载猫下TP舟1桩身把轴力惜变化肝曲线荷载40谢00喊0k通N时桩陪侧阻棍力分镜布图根据矛内力篇测试防结果灰：（1）在跨最大蹄试验透荷载纳时，笋桩侧牵土阻温力均银明显忌高于倘地质外勘察歉报告船提供的土劝层极微限侧锄阻力转，可毫见桩迟侧注碎浆效虏果明努显。束（2）桩阅端阻光力未斗充分丢发挥挥。宁波滚曼哈态顿Ca苹se鸡4宁波袜曼哈本顿SR浴C柱钢单梁钢比支撑岗外框殊架—钢筋嘱砼内种筒—伸臂堡腰桁混合老结构24唉8.眼9m高（辰建筑走高度27蚁0m）地上56层，嫌地下4层宁波垄曼哈弟顿桩端菊落在没中风零化泥拔岩层南，深琴度70近m，有限斧桩长55那m。未采急用桩禽端、粉桩侧污后注面浆。宁波妖曼哈膨顿宁波寄曼哈牢顿试桩黑结果宁波框曼哈晒顿试桩敲结果讨论单桩垃极限仗承载鹅力判逆定：宁波井曼哈胶顿试桩动结果此：11百00慌SZ华2宁波执曼哈驶顿总结个：1试桩率结果乏汇总本工奖程试假桩的保单桩术抗压鸦极限锈承载粘力基扒本是牛由沉木降量抗控制记的，遇取用听沉降虽量0.苏05赵D为对应拦的荷筐载为题单桩锋极限捐承载屿力。析初步您判断猛是孔腰底沉耐渣或踢桩端尾粉砂妙岩的亦软化遥对桩吧的承载链力构连成了巧不利阀的影顿响。试桩编号极限承载力（kN）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取值宁波灿曼哈源顿2考虑僵开挖污段的招桩侧融阻力凯扣除试桩赏桩顶疾标高秤比工腊程桩怜桩顶胖标高适大约兵高出15章m，因油此工杯程桩壳的极剖限承叛载力侄应从盐试桩的么极限屯承载忠力扣匆除开丑挖段拔的桩苍侧阻滴力。试桩编号试桩极限承载力（kN）实测桩侧阻力（kPa）实测侧阻力取值范围扣除开挖段侧阻力后极限承载力800SZ1845318.8按3～28m段7740kN800SZ210143800SZ381001100SZ1202361100SZ21946712.2按0～16m段18830kN1100SZ31913915.3按0～30m段18340kN宁波嘱曼哈摧顿3桩侧岭阻力俱随加耗载的始变化冒规律加载孙初期纷，随嫂着荷伏载的球加大席，侧巷阻力痛逐渐厕提高衰。但蚁当桩巧沉降雕量达女到一森定的染数值瓦后，迅侧阻浇力越垮过峰戏值而粮逐渐猴降低涂。表明侧阻麦力进入格软化央，表现宝出桩要端、陡桩侧无阻力分的耦资合作蔑用。800SZ1（3～28m）1100SZ2（0～16m）1100SZ3（0～30m）荷载（kN）侧阻力（kPa）荷载（kN）侧阻力（kPa）荷载（kN）侧阻力（kPa）180015.3400011.9400023.5270019.6600014.3600029.0360023.4800016.2800037.2450031.51000033.51000043.2540034.91200027.71200050.3630038.11400031.21400055.0720028.01600025.71600044.8810026.61800016.41800041.6860023.91900012.51900036.0910018.82000012.22000015.3宁波鸣曼哈饭顿4结论国与建并议（1）试铸桩的谢极限刷承载炭力与该桩身晚强度就决定嫂的极停限承晕载力圣相比搂偏低症，不捧能充柴分发傅挥桩郊身的携强度顿。从介现有举的结蜜构方逼案看鼠，以昼最小颗的布稀桩间欲距难庄以布坐置下傲核心柏筒下艇筏板绕所需柱的桩歌根数贝。高首层建全筑桩蹈基设灵计的陆原则掉应采闹用核彻心筒畏下或州外框振柱下睛或裙捏楼柱无下较仍为集摧中的拜布桩兄，以楚利于引承台洽设计遮的优贷化，痰因此汇应尽弱可能枯提高棵单桩烫极限槽承载旦力。（2）试福桩的须单桩偷极限爬承载食力是暖由沉茎降量雁决定讽的，步应采捏取后煎注浆廉措施纲降低亚沉降祸量，础以提岗高桩丝式侧阻哥力从