第10节 工程实例及实例分析.doc

第十节 工程实例及实例分析【要点】本节通过工程实例进一步说明桩基础设计的技术要点，分析桩型选择、桩基施工图设计中的主要技术难点及应采取的技术措施，重点介绍后注浆灌注桩基础设计及人工挖孔扩底墩基础的设计过程，指出其设计说明中应交代的设计、施工及检测的主要问题比较后注浆灌注桩与普通灌注桩的技术经济性指标实例7.1：北京名人广场写字楼钻孔灌注桩（后压浆）基础设计1．工程实例1）工程概况北京名人广场位于北京亚运村，它是由写字楼和若干公寓楼组成的建筑群其中写字楼是其标志性建筑内筒外框架全钢筋混凝土结构，地下二层 (局部三层) 与服务式公寓楼相连，地上三十八层，顶部逐层收进，平面由方变圆，檐口高度129.0 米，其高度位居北京同类结构之首写字楼剖面见图7.10.1，总平面关系如图7.10.21995年1月开始施工图设计，同年8月底完成，1997年底结构完工图7.10.1 北京名人广场写字楼剖面2）基础设计采用桩底后压浆钻孔灌注桩基础，中筒和周边不均匀布桩，变厚度承台板设计2．实例分析1）地质情况根据勘察报告，本工程地质情况见图7.10.3 基础底面位于粉质粘土层⑤，其地基承载力特征值fak＝230kPa。

图7.10.2 北京名人广场总平面 图7.10.3 场地地质情况典型剖面2）基础方案的优化（1）写字楼优先考虑采用天然地基，地基承载力能基本满足规范要求在沉降计算深度范围内，土层⑤、⑥为主压缩层，主压缩层总厚度约为21米，地基主压缩层较厚，在地基变形及差异沉降等方面存在以下几方面的问题：① 写字楼的总沉降量过大，最终沉降计算值达250mm； ② 主楼与裙房地下室之间的沉降差过大，虽然在主楼与裙房间可设置后浇带, 以消除施工阶段的地基变形差 （约为总沉降量的50%），但建筑物的后期沉降仍将产生相当大的沉降差，最大沉降差估算值约100mm，结构处理难以消除如此大的沉降差；③ 由于结构总重量大，基础悬挑达12米，造成其内力过大，也很难进行施工图设计；④ 基础各边出挑尺寸不相同及其过大的沉降，造成建筑物较大的倾斜2）由于天然地基方案存在着如上诸多问题，同时考虑到本工程荷重分布存在着较大的不均匀性，即占层平面面积约为 20%的中筒，传给基础的荷重占整个结构总重量的一半，荷重分布的不均匀性，决定了基础的形式及布置也应适合这一特殊的要求。

经多方案比较，采用厚筏板和经桩底压力灌浆的钻孔灌注桩基础，即在写字楼范围采用厚筏板和经桩底压力灌浆的钻孔灌注桩基础，调整桩的布置（中筒下及周边框架柱下不均匀布桩）及筏板的厚度，以满足上部结构重量对基础的要求其他各处采用天然地基，地下车库用独立柱基加防水板① 采用经桩底压浆的钻孔灌注桩基础，较好地解决了写字楼与楼群内其他相邻建筑，在层数上相差较大所造成的建筑物差异沉降问题，同时也较好地适应了上部建筑的荷载分布特点及地基反力不均匀的特性还较好地满足了建筑使用功能对结构不留抗震缝的要求 ② 采用经桩底压浆的钻孔灌注桩基础，解决了在城市中心地区，打入式预制桩施工所带来的噪声扰民问题，也解决了钻孔灌注桩桩底沉渣难以检测和处理的问题，提高了单桩的承载力，产生了明显的技术经济效益③ 采用“中点沉降调整法”，较好地处理了现行基础计算程序在筏板基础设计中的应用问题④ 采用合理的上部结构方案，使结构的传力直接，结构计算与实际受力情况能较好的吻合，同时增大了建筑布局的灵活性，节省了建筑面积3）基础设计计算桩基沉降按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）的要求，采用等效作用分层总和法计算并结合试桩结果，参考已建成的同类工程实测沉降值，确定筏板中点的最终沉降量为 50mm，基础梁板计算用北京土建学会的《弹性地基上梁板计算》（Base）程序，考虑桩土共同工作，采用分层地基模型计算，并根据桩的最终沉降量对地基土压缩模量作适当调整，求得设计所需的筏板内力与配筋。

相关比较结果见图7.10.4～图7.10.7图7.10.4 天然地基方案施工阶段沉降(mm) 图7.10.5 天然地基方案使用阶段沉降(mm)图7.10.6 天然地基方案总沉降(mm) 图7.10.7 桩基础方案总沉降(mm) (a) (b) (c) (d) 图7.10.8 钻孔灌注桩的后注浆过程（a）桩周泥皮及桩底沉渣形成图 （b）注浆前桩周泥皮及桩底沉渣现状图（c）注浆前洗井的理想水流通道 （d）桩底后注浆时的浆液通道 （a） （b） 图7.10.9 桩底后注浆灌注桩与普通灌注桩的受力分析 图7.10.10 桩的Q-s曲线（a）桩底后注浆灌注桩 （b）普通灌注桩（4）地基沉降观测地基沉降的实测结果显示，本工程地基的最大沉降在中筒下，结构完工时实测沉降最大值为20mm，与设计计算基本吻合5）技术经济比较采用桩底压浆的钻孔灌注桩，技术经济效益明显，分述如下：① 大幅度提高了灌注桩的承载力根据中国建筑科学研究院地基基础研究所对工程桩所做的对比试验结果，桩底压浆使单桩竖向极限承载力，由不压浆桩的6900kN，提高到 10200kN，提高幅度达 48%，扣除试桩在桩顶至基底标高间的残余摩阻力，单桩竖向承载力标准值从3000kN提高到4500kN；② 有效地减小了桩基的沉降从图7.10.10可以看出，经桩底压浆后，在同级荷载（Q）下，桩顶沉降（s）远小于不压浆桩，桩顶残余变形也大为减小；③ 桩底压浆也大大消除了人们对钻孔灌注桩孔底沉渣的忧虑普通钻孔灌注桩，在地下水位较高时通常采用泥浆护壁，孔底沉渣难以准确检测和清除，桩底压浆的过程从这个意义上讲，正是对桩底沉渣的处理和对桩底持力层的加固过程，从图7.10.10 的试桩结果不难看出这一点；④ 桩端压浆已大大改善了钻孔灌注桩的受力机理普通钻孔灌注桩钻孔取土的过程，也正是桩周及桩底土体应力释放的过程，这一施工工序，降低了桩与土体的摩擦力和端承力，这也是普通钻孔灌注桩承载力低，沉降量大的根源。

而采用压力灌浆，利用桩身自重，使桩身周边及桩底的土体得到预压，回到 （或接近） 它原有的应力状态，从而大大改善了桩与土体的咬合性能此外，压浆后桩承载力的离散性远小于不压浆的桩，桩的沉降减小，桩端沉渣得到处理，桩底持力层得到加固（见图7.10.8~7.10.10）这些都说明，经压力灌浆的钻孔灌注桩，其受力机理已不同于普通意义上的钻孔灌注桩，而具有明显的预制桩的特性，同时，又克服了挤土桩的某些缺点，它集钻孔灌注桩与预制桩的优点于一身，既解决了施工扰民问题，又达到近乎于预制桩的理想的桩基效果，为受预制桩施工扰民，普通钻孔灌注桩承载力低、孔底沉渣难以检测和处理而长期困扰的结构设计，走出了一条新路；⑤ 产生了明显的经济效益采用后压浆钻孔灌注桩与普通钻孔灌注桩的主要经济指标比较见表7.10.1后压浆钻孔灌注桩与普通钻孔灌注桩的主要经济指标比较 表7.10.1桩基类型桩数（根）筏板厚度（m）筏板配筋面积压浆量挖方深度节约投资普通灌注桩4943.5269（cm2/m）—后压浆灌注桩3332.5180（cm2/m）400-600kg/桩减少1m≥300万元实例7.2：福建广播电视中心钻孔灌注桩（后压浆）基础设计1、工程实例1）工程概况图7.10.11 本工程南立面图福建广播电视中心工程的工程概况见实例1.7，总平面结构分区见图1.7.7，工程南立面图见7.10.11。

本工程于2002年初开始施工图设计，同年五月底完成，七月动工兴建本工程总平面共设沉缝13条，其中沉降缝5条，伸缩缝8条，均为抗震缝2）基础设计本工程采用桩底后压浆钻孔灌注桩基础，中部剪力墙下集中密集布桩其他部位减少布桩，变厚度承台板设计图7.10.12 工程桩施工图2．实例分析1）场地地质情况根据福建岩土工程勘察研究院提供的《福建广播电视中心岩土工程施工图勘察报告》，在勘察深度范围内，自上而下各主要地质土层见表7.10.2地质土层分布情况 表7.10.2土层编号土层名称层厚（m）层顶标高(m)Es100-200 （MPa） f ak（kPa）预制桩钻（冲）孔灌注桩 q sk（kPa）q pk（kPa）q sk（kPa）q pk（kPa）②粉质粘土层0.80～4.606.980～4.4503.510025—20—③中砂淤泥层4.60～12.905.170～3.7901417050—40—⑤中砂层4.10～10.60-1.820～-8.37015220604000452000⑦淤泥质粉质粘土层13.00～20.00-10.250～-16.5703.28018—14—⑧粉质粘土层1.00～3.90-27.180～-31.610622035—25—⑨粉砂层1.50～5.30-29.720～-34.3401520065450050—⑩卵石层9.90～23.70-33.800～-36.5402270012010000856500以下强风化花岗岩层0～21.44-45.710～-57.58020550———550—2）场地类别及液化判别场地土类别为中软场地土，建筑场地类别为Ⅱ类（Ⅱ类弱、Ⅲ类强），7度（0.1g，第一组），不考虑中砂层③的液化问题，中砂层⑤为不液化土。

3）地下水位及水质场地地下水初见深度为地表下2.600～3.500m，稳定水位埋深2.400～3.200m，相应的绝对标高为4.600～3.800m地下水为主要赋存于①层杂填土孔隙中的上层滞水，中砂层③、⑤中的空隙潜水，下部粉砂层⑨、卵石层⑩的弱承压孔隙水以及强风化、中风化中的基岩裂隙水粉质粘土层②、淤泥层④、粉质粘土层⑥、淤泥质粉质粘土层⑦属相对隔水层，地下水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋不具腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性4）本工程采用经桩底压浆处理的钢筋混凝土钻孔灌注桩（泥浆护壁）, 桩基的安全等级为一级；桩尖进入持力层第⑩层（卵石层）2.000m，桩底标高约为-46.000（桩身采用C35级水下混凝土）根据试桩报告提供桩的桩承载力标准值如下：桩径0.8m，单桩极限承载力标准值为7400 kN1）电视中心区，主楼为桩筏基础，筏板（混凝土C40级）厚2.5m（板底单向最大配筋量14025mm2/m）；裙楼采用灌注桩加0.8m厚防水板基础；（2）广播中心区，主楼为桩筏基础，筏板（混凝土C40级）厚1.9m（板底单向最大配筋量13403mm2/m），裙楼采用灌注桩加0.5m厚防水板基础；（3）演播中心区等，桩基础加0.5m厚防水板。

4）剧场式演播厅台仓平面范围，基础底板下布设钢筋混凝土钻孔灌注桩（抗拔桩），桩径0.6m，桩长10米，单桩抗拔承载力标准值（由试桩确定）为360kN5）桩底压浆问题的思考。