杭州某大厦桩基优化设计及分析

─────── 收稿日期： 2011–08–09
418 ⑩(夹)含砾中细砂 ⑩-1 强风化泥质粉 砂岩 － － － －
岩 土 工 程 学 报 20.0 30.0
2011 年
隙水与赋存在下部⑨粉细砂及⑩圆砾层中的孔隙承压 水。地下水对混凝土无腐蚀性。对钢筋混凝土中钢筋 在长期浸水条件时无腐蚀性，在干湿交替条件下具有 弱—中等腐蚀性。抗浮水位按建筑物室外地面设计标 高以下 0.5 m 考虑[1]。
（3）桩底注浆单桩承载力可参考文献[2]的公式， 按下式进行估算桩抗压承载力： (1) Ra Qskj si Qski pQgpk 。 式中 Qskj 为非竖向增强段侧阻力标准值； Qski 为竖向 增强段侧阻力标准值； si 为竖向增强段侧阻力增强系 数； Qgpk 为端阻力标准值； p 为端阻力增强系数。 桩端和桩周土的物理力学性能、注浆量、桩长等 对后注浆基桩的增强系数有直接影响。参考文献[2]及 工程经验，本工程场地桩端土为圆砾层，端阻力增强 系数取 2.5。 桩周土为粉砂及粉质黏土， 侧阻力增强系 数分别取 1.7 及 1.5，增强高度取桩端以上 12 m。 经计算，注浆后 800 桩的承载力特征值为 4300 kN，未注浆的为 3100 kN，提高了约 40％。从试验报 告中的 Q–s 曲线可以看出， 注浆后 800 桩承载力提 高幅度为 50％左右。结合地区工程经验，承载力最终 按提高 40%考虑[10]。 3.4 单桩及群桩的刚度取值 桩的刚度是确定桩筏边界约束十分重要的参数， 对于桩筏基础，由于桩–桩、桩–土相互作用机理复 杂，其变形性状与桩的数量、长度、间距及桩土刚度 比等因素密切相关。本工程设计仅仅考虑工程桩竖向 刚度，桩与筏板的连接考虑为铰接。 分析桩–筏之间的作用时将桩模拟成弹簧，利用 试桩静载试验实测的 Q–s 曲线计算单桩刚度，即 (2) Ki Q / s 或 Ki Q / s 。 式中 K 为单桩的刚度，即单桩桩顶产生竖向单位位 移时所需的力； Q 为桩顶荷载；s 为与桩顶荷载对应 的沉降量； 为试桩沉降完成系数，即考虑长期效应 的折减系数，与持力层土的性质有关。 桩顶沉降和桩顶荷载并非线性关系，桩的弹簧刚 度也不是常数，从 Q–s 曲线可以看出，当桩顶荷载 小于等于设计值时，曲线基本为线性，可近似按线性 考虑。根据当地地质条件和工程经验，本项目桩底不 注浆桩的试桩沉降完成系数可取为 0.75，桩底注浆桩 的试桩沉降完成系数可取为 0.80。 根据试桩结果的 Q–s 曲线，承压单桩刚度（平 均值） 计算如下： 700 （不注浆） ，Ki Q / s 0.75 ， 5400 kN / 12.35 mm 328 kN/mm； 800（不注浆） Ki Q / s 0.75 6800 kN /14.82 mm 344 kN / mm ； 800（注浆） ， Ki Q / s 0.8 8600 kN /14.48 mm 475kN / mm ； 800（注浆）与 800（不注浆）单桩 刚度比值约为 475/344=1.38[6]。 群桩中单桩刚度应从沉降角度进行分析计算。通 过桩间竖向位移的相互影响分析，采用叠加原理扩展 至整个群桩的沉降计算， 采用 Mindin 解。 采用沉降比
图 1 建筑剖面示意图 Fig. 1 Architectural section
2.2
基础选型
工程±0.000 为绝对标高 7.250 m，主楼和裙房、 纯地下室底板面标高均为-10.600 m。结合地质条件、 上部结构荷载情况及地区工程经验，为控制主楼的总 沉降，解决主楼自身及与裙房、纯地下室之间差异沉 降问题，解决纯地下室的抗浮问题，主楼、裙房及纯 地下室部位采用深基础（钻孔灌注桩）方案。由于主 楼荷载大，基础受力大，主楼基础采用桩厚筏基础， 裙房和纯地下室采用柱下独立承台设双向地梁的梁板 式筏板基础[2,3]。
2
2.1
工程地质及基础方案的选择
工程地质特征
工程场地位于杭嘉湖平原的中西部，古苕溪和钱 塘江在此交汇，西部属丘陵地貌，东部、北部是平原， 南面是钱塘江。场地第四纪覆盖层厚度约为 58.5 m， 浅部为河口相地层， 系钱塘江口近代冲积的粉土 （砂） 性地层， 中部为陆—海交互、 软硬土层交替沉积地层， 下部为钱塘江冲积沉积的巨厚砾石层，基岩为中生界 白垩系的泥质粉砂岩地层。
Design and analysis of pile foundation of a mansion in Hangzhou
GENG Cui-zhen
(Urban Construction College of Zhejiang Shuren University, Hangzhou 310015, China)
3
3.1
桩基础设计
桩的选型
根据地质条件，对于主楼，可作为桩端持力层的 土层有两个： 一个为自然地坪标高以下约-45～-47 m 的深处 ⑩号圆砾层，土层厚度 7 m 左右。其优点是分布比较 均匀，下层为泥质粉砂岩，桩承载力高；缺点是需穿
增刊 2
耿翠珍. 杭州某大厦桩基优化设计及分析 Fig. 3 Q–s curves of pile (φ 800)
第 33 卷 增刊 2 2011 年 10 月
岩
土
工
程
学
报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol.33 Supp.2 Oct. 2011
杭州某大厦桩基优化设计及分析
耿翠珍
(浙江树人大学城建学院，浙江 杭州 310015)
摘
要：在杭州某大厦基础设计中，主楼部分采用基础变刚度调平设计原则，对桩和筏板进行了优化设计，对桩的持
表 1 地质土的基本性质 Table 1 Basic properties of geological ground 层号 ① 杂填土 ②-1 黏质粉土 ②-2 砂质粉土 ③-1 砂质粉土 ③-2 粉砂 ⑤淤泥质黏土 ⑥粉质黏土 ⑦灰色粉质黏土 ⑨-1 粉砂 ⑨-2 灰色粉质黏土 ⑨-3 细砂 ⑩ 圆砾 重度 /(kN· m 3) 19.30 19.20 19.10 19.30 19.30 17.60 19.10 18.60 20.20 20.30 19.90 － 孔隙比 0.803 0.832 0.834 0.771 0.779 1.260 0.890 0.982 0.623 0.652 0.667 － 压缩模量 /MPa － 8.0 7.5 7.0 14.0 2.5 10.5 7.0 14.0 7.5 18.0 35.0
地质土层基本性能见表 1。场地属不液化至轻微 液化场地等级。场地地面下 20 m 深度范围内的土层 等效剪切波速 Vse=168～178 m/s，场地土覆盖层大于 50 m，该工程场地土的类型属中软场地土，场地类别 为Ⅲ类，场地特征周期为 0.45 s。工程场地存在两层 地下水，分别为赋存在浅部②、③粉砂性土层中的孔
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工程概况
杭州某大厦位于杭州市钱江新城。地下部分主要 为地下停车库、设备用房及部分人防地下室，地上部 分是一座集商务、办公、营业为一体的智能化高档办 公楼（图 1） 。主楼部分采用矩形钢管混凝土框架—混 凝土核心筒结构体系。建筑面积约 9.18 万 m2，其中 地上约 6.72 万 m2，地下约 2.46 万 m2。地下 3 层，地 上主楼 43 层，裙楼 4 层，结构总高度 178.0 m。地下 室南北向 90.9 m，东西向 96.6 m。设计中主楼、裙房 及地下室之间连为一体，不设缝。
越 10 m 以上浅处圆砾层，施工困难，桩长较长，桩 身质量控制较难，需要较大桩径。 另一个为自然地面标高约 -33～-35 m 的浅处⑩ 号圆砾层，土层厚度 10 m 左右，局部有含砾中细砂 夹层。其优点是桩长较短，施工方便，成本低，桩身 质量容易保证。缺点是有夹层，夹层压缩模量低，对 沉降有一定影响，桩承载力较低。 综合比较两者的特点，浅处圆砾层作为持力层优 点较明显，对其缺点可以采取桩底注浆来改善，性价 比高，但需验算软弱下卧层的影响。因而确定主楼桩 选择浅处⑩号圆砾层作为桩端持力层的钻孔灌注桩。 纯地下室处由于浮力较大，需要一定长度的桩才 能提供足够的抗拔力。结合场地条件，选择比较稳定 的土层，最后纯地下室、裙房选择浅处⑩号圆砾作为 桩端持力层的普通钻孔灌注抗压桩及抗拔桩（不注 浆） 。 为提高桩的承载力，提高持力层的压缩模量，减 少主楼的沉降及主楼与裙房、纯地下室之间的沉降差 异。主楼桩底采用后注浆施工工艺[2, 4]。 3.2 桩的设计 根据上部结构荷载、桩的长度、桩侧阻力与桩端 阻力之间比例， 分别计算 600～ 1200 的 7 种桩径的 承载力。进行综合技术经济比较后，最后主楼选用 桩底注浆。 裙房与纯地下室选用 700、 800 桩， 800 的抗压、抗拔桩，有效桩长约 30.9 m。 主楼处桩的布置考虑两种方案：第一种方案根据 整个主楼的内力计算所需总桩数，然后按基础面积均 匀布置，主楼处筏板厚度相同；第二种方案根据核心 筒内力计算所需桩数，再根据框架柱内力计算每根柱 所需桩数， 将所需桩数分别布置在核心筒及框架柱下， 核心筒及框架柱下筏板厚度根据各自的冲切计算而 得。 第二种方案优点在于传力直接，筏板受力较小， 核心筒范围以外筏板厚度可减小，可根据调整桩数来 控制核心筒与框架柱间的差异沉降。设计采用第二种 方案，并按基础变刚度调平设计原则，适当增加了筒 体范围的桩数[5]。 纯地下室处应根据柱内力（包括压力及浮力）计 算所需桩，其中浮力为纯地下室柱的控制内力。为准 确地计算出柱的净浮力，选用通用计算软件 SATWE 及 JCCAD。柱净浮力=浮力-0.9×自重，根据净浮力 标准值来布置抗拔桩。具有代表性的柱浮力通过手算 复核证明了计算软件计算的正确。最后整个结构形成 的桩位图见图 2[9]。 3.3 注浆对桩底、桩周土及桩承载力的影响 （1） 注浆深度及反浆高度与桩端土的物理力学性
Abstract: In the foundation design of a mansion in Hangzhou, the variable foundation rigidity design is adopted for reducing differential settlement, and the optimum design for piles and raft plates is used. Supporting course and type of piles are selected. Transformation of compressive modulus and pile-stiffness after post-grouting is analyzed. By means of JCCAD, the differential settlement between the main building and the podium is calculated and compared with the field results. Key words: differential settlement; pile-raft foundation; compressive modulus; post-grouting