福州升龙环球大厦后注浆灌注桩基础设计.pdf

1工程概况 福州升龙环球大厦项 目位于福州市鼓楼区江滨 西大道北侧， 场地南侧距 闽江河道约500m。本工程 总建筑面积16.4万m2，其 中地下部分3.6万m2，拟 建物由1幢55层的办公 主楼及3层附属商业裙楼 组成，设3层地下室，负3 层底板面标高-14.4m。 塔 楼主体高度为249.6m，包 括顶部构架及女儿墙高度 为280m。建筑结构安全等 级为二级， 地基基础设计 等级为甲级。 总体效果如图1所示。 2地质概况 2.1场地地形、地貌及岩土层结构 根据地勘单位提供的岩土工程勘察报告［3］，拟建 场地位于福州盆地中部，属冲淤积平原地貌单元。整 个场地地面相对平坦，自然地面标高6.89m～7.85m。 现场钻探揭露及室内土工试验表明， 拟建场地 上覆第四系堆积、淤积、冲洪积地层，下伏燕山晚期 花岗岩。在钻孔深度范围内岩土层按地层新老关系， 自上而下分布有杂填土、粘土、淤泥、粉土、粗砂、淤 泥质粉质粘土、中砂、卵石、砂土状强风化花岗岩、碎 块状强风化花岗岩、中风化岩，各土层物理力学指标 见表1。 2.2水文地质条件 拟建场地覆盖层次较多，层位相对稳定，主要表 现为淤泥（淤泥质粉质粘土）与砂（砾卵石）层交替出 现，相间成层，具较典型的福州平原海陆相沉积多层 结构地貌单元特征，发育有多层地下水含水层。〈5 〉粗 砂为场区第一含水层；〈7〉中砂、〈8〉卵石、〈9〉、〈10〉、 〈11〉基岩风化层为场区第二含水层。根据地勘报告， 抗浮水位为罗零标高6.50m， 本工程0.000相当于 罗零标高7.80m。 3塔楼基础设计 3.1桩端持力层的选择 根据地勘报告，塔楼抗压桩可采用〈8〉卵石层或 福州升龙环球大厦后注浆灌注桩基础设计 李少成彭肇才黄用军 （悉地国际设计顾问（深圳）有限公司深圳518057） 摘要某超高层写字楼塔楼核心筒及框架柱竖向轴力大，场地地质及水文条件复杂，文中以该项目基础设计为例，针对超 高层结构采用后注浆灌注桩基础形式进行了探讨，阐述了该桩型设计的思路，其设计经验可供类似工程参考。 关键词超高层建筑； 基础设计； 后注浆灌注桩； 抗浮设计 Post Grouting Cast-in-situ Pile Design of Fuzhou Shenglong Worldwide Tower Li ShaochengPeng ZhaocaiHuang Yongjun （CCDI Group，Shenzhen ChinaShenzhen 518057，China） AbstractShenglong Worldwide Tower is featured with great vertical force in core barrel and columns and complicated geological and hydrologic condition. Based on the practical foundation design of this building，the paper discusses the post-grouting cast-in-situ pile founda- tion and illustrates the design process for the reference of similar projects. Keywordssuper high-rise building；foundation design；post-grouting cast-in-situ pile；anti-floating design 广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2013年7月 第7期 JUL 2013 No．7 图1总体效果图 24 图2典型岩土工程剖面图 〈1〉杂填土 强风化 中等风化 地下水 〈2 〉粘土 〈3 〉淤泥 〈5 〉粗砂 〈6〉淤泥质粉质粘土 〈7 〉中砂 〈8 〉卵石 〈9〉～〈11〉花岗岩 〈4 〉粉土 高程（m） -72.00 -64.00 -56.00 -48.00 -40.00 -32.00 -24.00 -16.00 -8.00 0.00 8.00 ZK21 7.25 ZK22 7.17 ZK23 7.15 ZK24 7.23 〈1〉 〈2〉 〈3〉 〈4〉 〈5〉 〈6〉 〈7〉 〈8〉 〈9〉 〈10〉 〈11〉 表2不同持力层的单桩承载力特征值对比（kN） 注） L为桩长；d为桩径；〈11〉层数据由地勘报告提供。 桩端持力层d800d900d1000 〈8 〉层 L37m650076008600 〈11 〉层 L56m1130001500017000 表1各土层桩基设计计算参数 注） qsik、qpk分别为桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值； *为岩石饱和单轴抗压强度标准值。 土岩层 序号 及名称 钻孔灌注桩 抗拔 系数 A qsik （kPa） qpk （kPa） xn 后注浆增强系数 侧阻力 bsi 端阻力 bp 〈1〉杂填土欠固结0.40---- 〈2〉粘土25--0.25----0.7 〈3〉淤泥10--0.151.2--0.7 〈4〉粉土35--0.251.5--0.7 〈5〉粗砂40--0.351.7--0.6 〈6〉淤泥质粉质粘土15--0.151.2--0.7 〈7〉中砂50----1.7--0.6 〈8〉卵石804500--2.72.80.6 〈9〉砂土状强风化花岗岩903200-------- 〈10〉碎块状强风化花岗岩1206500-------- 〈11〉中风化花岗岩150 11000 45000* -------- 〈11〉中风化花岗岩层作为桩端持力层，建议采用冲、 钻孔灌注桩并采用后注浆工艺。 典型岩土工程剖面 如图2所示。 表2为根据土层确定的不同持力层的单桩承载 力。 由表1～2可知，〈8〉卵石层厚约1215m，由于卵 石层桩端与桩侧后注浆增强系数均较大，当 采用后注浆工艺时，桩身强度确定的单桩承 载力与由土层确定的单桩承载力接近，而桩 端以〈11〉中风化岩层为持力层时，单桩承载 力仍由桩身强度控制，与〈8〉卵石层作持力层 相差无几，因此桩端持力层选在〈8〉卵石层是 比较经济合理的。 考虑后注浆增强系数时，〈8〉卵石层端阻 力高于下层〈9〉砂土状强风化花岗岩，则〈9 〉层 相当于软弱下卧层，确定桩端进入〈8〉卵石层 深度时，需考虑桩端以下的持力层厚度。 经综 合考虑，桩端下持力层厚度至少保留2d，进入 〈8〉卵石层约10m。 3.2桩径的选择 为减小塔楼的底板厚度，核心筒下的桩 应尽可能多地布置于筒体冲切锥范围内。 根 据SATWE计算结果， 筒体部分DL组合值 约为117.2104kN，筒体下需桩数n117.2104 7600155。 筒体下桩中心距最小为3d，根据表2的各桩径 承载力特征值，当采用桩径d900时，需要155根桩， 按估算的底板厚度2.8m，则在筒体冲切锥范围内最 多能布置156根桩。 当采用d1000桩径时，有部分 桩布置在冲切锥外，底板厚度按冲切确定，厚度需大 于2.8m，因此选用d900的桩。 3.3后注浆技术的应用 为提高单桩承载力，减少桩数，在桩端卵石层中 采用后注浆技术。 冲、钻孔灌注桩采用后注浆技术已 在较多工程实践中采用，并取得了显著的经济效益和 技术成果。 其工作机理是在桩端的卵石层中注浆后， 由于受压浆液在卵石层中渗透、挤密，经过填充和固 结后，在桩端附近形成了水泥土扩大头，增大了桩端 受力面积，大大减少桩端沉渣，从而提高了单桩承载 力，减小桩的沉降量［4］。 根据规范［1］，当为单一桩端后注浆时，可增强桩 端及桩端以上12m，由于卵石层以上为约24m厚的 淤泥质土。根据地勘报告，淤泥质土的注浆增强系数 尚不足卵石的1 2，桩侧注浆效果不好。 故本项目采 用桩端注浆的方式，并仅考虑桩侧10m的影响［1，5］。 考虑后注浆底部的增强部分、竖向10m厚卵石 层的增加部分、竖向非增强部分，三部分合计计算。 对于f900桩，按JGJ 94－2008规范第5.3.10条的规 定，需进行侧阻和端阻尺寸效应修正 李少成 福州升龙环球大厦后注浆灌注桩基础设计JUL 2013No．72013年7月第7期 25 广东土木与建筑JUL 2013No．72013年7月第7期 图3塔楼范围桩基布置图 图4工程桩及后浇带平面布置图 ysi（0.8 0.9）蚧 虔0.961 yp（0.8 0.9）蚧 虔0.961 Quku∑qsjklju∑bsiqsiklgibpqpkAp15200kN 承载力特征值Ra7600kN，桩身混凝土强度C40， 配筋16 18。 根据规范JGJ 94-2008第5.8.2条的规 定，满足相关条件时，计算桩身强度可考虑钢筋的作 用，计算得桩身强度为7700kN。 综上所述， 本塔楼桩基承载力特征值7600kN， 设计采用的单桩竖向极限承载力标准值应通过单桩 静载荷试验确定，且应在桩基施工前进行。 3.4塔楼筏板设计 筏板混凝土强度为C40，厚度为2.8m。 如上文 所述，桩中心间距取3d，在冲切破坏锥体范围内能 布置156根桩，如图3所示。 根据规范［2］公式8.4.8及8.4.10，板厚满足内筒 冲切要求，筏板受剪承载力满足要求；根据规范［1］公 式5.9.7-1及5.9.8-1、5.9.8-9，板厚满足局部墙体冲 切要求、基桩及桩群冲切要求。 为减小差异沉降、 温度影响及混凝土硬化过程 中的应力，在塔楼与裙房交接处，底板设置了宽1m 的沉降型后浇带，在裙房范围设置了若干条间距30 40m的收缩型后浇带，如图4所示。 4裙房基础设计 4.1桩基设计 根据地勘报告，抗浮水位取室外地坪以下1.3m， 由于设有3层地下室，水浮力较大，裙房基本由抗浮 工况控制。裙房抗拔桩同样采用后注浆钻孔灌注桩， 桩径为f600，桩端进入〈7〉卵石层10m。单桩抗拔承 载力为1500kN，桩身配筋1328，对应的钢筋应力 约为190MPa，计算得桩身裂缝约0.3mm，满足要求。 4.2底板设计 裙房底板采用“承台防水板”结构形式，承台 尺寸取（1 2）跨度，防水板厚度600mm。 利用PKPM 中JCCAD模块的桩筏有限元计算底板配筋， 并与 SAFE的结果比较，二者相差不大。 设计底板通长配 筋率约0.25，承台与底板交接处配筋率约0.45。 5结语 本文以福州升龙环球大厦后注浆灌注桩基础设 计为例，分析得出以下体会，供结构设计人员参考 ⑴对超高层建筑而言，基础造价高昂，合理选 择桩端持力层、桩径及桩基施工工艺等，对保证基础 质量和降低工程造价均具有重要意义。 ⑵采用桩端后注浆时，需注意持力层以下土层 的承载力，其下卧层往往为相对软弱层，应保证桩端 下持力层的厚度。 ⑶应根据地勘报告合理选择注浆位置。 ⑷塔楼筏板厚度往往由冲切控制，在满足最小桩距 要求时，应使得尽可能多的桩位于筒体冲切锥范围内。 参考文献 ［1］JGJ 94-2008建筑桩基技术规范［S］ ［2］GB 50007-2011建筑地基基础设计规范［S］ ［3］ 福建岩土工程勘察研究院.福州升龙环球大厦岩土工程 详细勘察报告［R］，2011 ［4］ 李培彬，赵广鹏，娄宇等，北京银泰中心塔楼桩基础设计 ［J］.建筑结构，2007（11） ［5］ 张忠苗，邹健，刘俊伟等.桩端后注浆浆液上返高度的理 论研究［J］.岩土力学，2010（8） 26