上海中心大厦桩型选择与与试桩设计

桩基的设计与工程实践P1上海中心大厦桩型选择与试桩设计P2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3P3一、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P4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P5结构荷载估算一、工程与地质概况P6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P7一、工程与地质概况P8一、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//702500P9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3P102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P11上海金茂大厦主楼有效桩长65mP12上海环球金融中心Φ700×18Φ700×15Φ700×15Φ700×15Φ700×15主楼有效桩长59mP13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P14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P15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P16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P17二、桩型选择P18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P19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3P20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30003000300030006000600060006000SYZASYZBSYZCYMZ锚桩三、试桩试验设计P21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注浆位置(SYZA01、SYZA02)⑦3粉砂：密实，中等压缩性，N63.550，土质不均匀，夹砂质粉土及薄层粘性土。⑨1砂质粉土：密实，中等压缩性，N63.550,土性不均匀，含粘性土夹层。⑨2-1粉砂夹中粗砂：密实，中～低等压缩性，N63.550,土质不均匀。基底标高⑨2夹粉质粘土：可塑～硬塑，中等压缩性，夹层状粉砂，土质不均。⑨2-2粉砂：密实，低等压缩性，N63.550,埋深约至100m左右，土质均匀，土性佳，分布稳定。+2.100+1.100-3.800-11.900-15.900-20.700-24.300-61.200-66.200-73.200-93.600-96.500-83.700-64.000-54.000-44.000-35.200-34.000天然地面+4.300①杂填土：松散，含碎砖、碎石等杂物。②粘质粉土：可塑～软塑，局部以粘土为主。③淤泥质粉质粘土：流塑，土质不均匀。④淤泥质粘土：流塑，土质较均匀，属软弱粘性土。⑤1a粘土：软塑，土质较均匀。⑤1b粉质粘土：软塑～可塑，局部夹多量粉性土。⑥粉质粘土：硬塑，分布稳定，土质均匀。⑦1砂质粉土夹粉砂：中密～密实，N63.5=34，土性较佳。⑦2粉细砂：密实，中～低等压缩性，N63.550,土质均匀，土性佳。封堵外钢套管内钢套管双层钢套管支撑肋50001000注浆位置(SYZA01、SYZA02)注浆位置(SYZA01、SYZA02)注浆位置(SYZA01、SYZA02)注浆位置(SYZA01、SYZA02、SYZB01)-52.200三、试桩试验设计P22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P23三、试桩试验设计P24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。P25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。P26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P27三、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。P28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P29三、试桩试验设计P30三、试桩试验设计P31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。P32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1.07P33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P344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P35四、试验结果分析之载荷沉降分析0500010000150002000025000-120-100-80-60-40-200沉降S/mm桩顶荷载Q/kN桩顶桩身-52.2m桩端（a）试桩SYZA02050001000015000200002500030000-140-120-100-80-60-40-200沉降S/mm桩顶荷载Q/kN桩顶桩身-52.2m桩端（b）试桩SYZB01050001000015000200002500030000-50-40-30-20-100沉降S/mm桩顶荷载Q/kN桩顶桩身-52.2m桩端（c）试桩SYZA0102000400060008000-180-150-120-90-60-300沉降S/mm桩顶荷载Q/kN桩顶桩身-52.2m桩端（d）试桩SYZC01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。P360600012000180002400030000-70-60-50-40-30-20-100沉降S/mm桩顶荷载Q/kNSYZA01SYZA02SYZB01SYZC01（a）桩顶处050001000015000200002500030000-18-15-12-9-6-30沉降S/mm桩顶荷载Q/kNSYZA01SYZA02SYZB01SYZC01（b）桩身-52.2m处0600012000180002400030000-4-3-2-10沉降S/mm桩顶荷载Q/kNSYZA01SYZA02SYZB01SYZC01（c）桩端处各试桩不同深度处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P37试