超高层的桩筏基础设计

http://www.paper.edu.cn - 1 - 超高层建筑的桩筏基础 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 于定富 西安建筑科技大学建筑深圳设计分院，深圳 (518000) E-mail：yudfu@sohu.com 摘 要： 上海浦东陆家嘴金融贸易区X2地块,由上海新陆房地产有限公司投资建设, 整项目 占地64,406平方米, 地上总建筑面积355,000平方米。项目包括北楼和南楼两座多功能之超高 层塔楼、一座北塔楼及三层商业裙楼。塔楼用途集办公楼, 酒店及公寓式酒店于一身.两座塔 楼之建筑平面及竖向布置相近. 利用华东院编制的“高层建筑桩筏、桩箱底板沉降和内力计 算高精度有限元 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 程序”－PWMI对该工程进行了竖向承载力验算、水平荷载验算、底板 抗剪验算、底板抗冲切验算、沉降验算等。同时对钻孔灌注桩采用桩底后压浆处理。对同类 工程的分析有较高的参考价值。 关键词: 桩筏基础；设计；桩底后压浆 1. 概述 本项目场地位于上海浦东陆家嘴金融贸易区 X2 地块,陆家嘴世纪大道及银城西路交 界，由上海新陆一房地产有限公司投资建设, 整项目占地 64,406 平方米, 地上总建筑面积 355,000 平方米。包括北楼和南楼两座多功能之超高层塔楼、一座北塔楼及三层商业裙楼。 塔楼用途集办公楼, 酒店及公寓式酒店于一身。 两座塔楼之建筑平面及竖向布置相近。 1.1 北塔楼概述 北塔楼从室外地面至主屋面装饰体之高度约为 260m, 地上共 58 层 [3] 。主屋面上设约 15 至 20m 高钢桁架构筑物。 地面下设 4 层地下室。 地下 1、2、3 层之层高分别为 7m, 7m, 3.5m(连疏水层)。 裙楼共 3 层 - 裙楼之首层, 二层及三层, 层高分别为 7m, 6m 及 6m, 裙 楼屋顶最高点为 19m(连天窗/装饰性屋顶最高点为+30m)。: 1．2 地质概况 根据勘察探明, 场地地层分布主要有以下特点 : （1）表部第 1 层杂填土土部多为 20cm 厚混凝土地坪, 其下 2-3m 夹多量碎石﹑砖块等杂物, 构成较为复杂。 （2） 20 层粘质粉土, 俗称江滩土, 大致分布于浅部 3.0m 至 10.0m 深度范围内,属近代黄 浦江河漫滩沉积土层。 （3） 4 层淤泥质粘土。第 5 层粉质粘土, 分布较为稳定, 流塑至软塑状态, 属软弱粘性土。 （4） 第 6 层粉质粘土(俗称硬土层), 除在场地东南角层面埋深起伏较大外(层面最大埋深 约 31.50m), 其余地段层位起伏平缓。 该层是上海地区划分 Q3 与 Q4-的标志层。 （5） 第 7 层砂性土层, 总厚度约 40.0m, 呈中密 – 密实状态。 其中第 71 层砂质粉土, 中 密状态, 厚度约 2.30-8.10m; 第 72 层粉细砂, 密实状态, 砂性较纯, 总厚度较大(厚度 约 21.70-28.90m), 层位稳定 , 土性极佳 ; 第 73 层粉砂夹砂质粉土 , 厚度约 4.70-13.00m, 局部夹细砂﹑粘质粉土及薄层粘性土, 土性略次于第 72 层。 （6） 第 9 层顶面埋深一般约 68.0-75.8m, 总厚度约 16.0m。 其中第 9 层粉砂夹粉质粘土, 厚度约 6.70-15.00m, 夹中粗砂及多量粉性土, 土性变化较大; 第 92 层含砾中粗砂, 分布较为稳定, 土性较第 91 层佳。 （7） 第 10 层粉质粘土, 层面埋深分布较稳定, 顶面埋深约 86.0-87.0m, 局部夹少量粉砂, http://www.paper.edu.cn - 2 - 土性一般呈上硬下软的变化规律。第 11 层顶面埋深一般约 89.0-95.0m, 埋深及厚度 较大, 顶部多夹薄层粘性土, 中下部砂性较纯。根据岩土工程勘察报告(详勘), 桩侧 极限摩阻力 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值 Fs 及桩端极限端阻力标准值 Fp 见下表 1： 表 1 桩侧极限摩阻力标准值 Fs 及桩端极限端阻力标准值 Fp 双桥静探 钢管桩(预制桩) 钻孔灌注桩 层号 土层名称 层底埋深 (m) qc (MPa) fp (kPa) Fs (kPa) Fp (kPa) Fs (kPa) Fp (kPa) ②a 粘质粉土 7.8-10.5 0.91 11.2 6m 以 上 15 6m 以 下 30 6m 以上 15 6m 以下 25 ④ 淤泥质粘 土 17.0-19.1 0.54 12.0 25 20 ⑤ 粉质粘土 23.6-31.5 1.02 20.9 40 30 ⑥ 粉质粘土 28.4-33.6 2.29 57.7 75 2000 60 ⑦1 砂质粘土 33.3-38.5 11.71 89.8 90 5500 70 2000 ⑦2 粉细砂 59.0-63.5 24.65 146.7 120 5500 90 3000 ⑦3 粉砂夹砂 质粉土 68.0-75.8 20.34 148.7 110 8000 85 2800 91 粉砂夹粉 质土 79.0-85.5 15.21 157.6 100 6500 80 2500 注: 上表中各土层的 Fs 和 Fp 值除以安全系数 2 即为相应的特征值。 2．根据报告内容建议,其重点内容如下 （1）属稳定场地, 为可进行建设的一般场地, 根据拟建场地的工程地质条件, 适宜建造本工 程超高层建筑。 （2）本次勘察未发现暗滨﹑暗塘等不良地质现象。 （3）拟建场地类别为 IV 类, 抗震设防烈度为 7 度, 设计基本地震加速度值为 0.10g, 拟建 场地在深度 20.0m 范围内无饱和砂质粉土和砂土层分布, 故在抗震设防烈度为 7 度时, 不考虑场地地基土地震液化影响。 （4）拟建地浅部地下水和地基土对混凝土无腐蚀性, 对钢结构具有弱腐蚀性。 （5）根据场地的周边环境条件﹑场地地层条件及沉桩可行性分析, 本工程塔楼及裙房宜采 用钢桩或钻孔灌注桩;纯地下室区域宜采用预制桩或钻孔灌注桩[2]。 (6)工程塔楼属超高层建筑, 根据单桩承载力﹑沉降控制要求等因素,塔楼桩可考虑以 7-2,层 为桩基持力层。 http://www.paper.edu.cn - 3 - 2.2 桩基及基础底板设计 2.2.1 本工程地基基础设计等级为甲级。 桩周土极限摩擦阻力及桩端极限端承力见表 2。 表 2 桩周土极限摩擦阻力及桩端极限端承力 钻孔灌注桩 地层 编号 土层名 称 一般层面埋 深(m) 标贯击数 N63.5 桩侧极限摩阻力标 准值 fs(kPa) 桩端极限端阻力标 准值 fp(kPa) 抗拨承载 力系数 ②a 质粉质粘土 5.11 15 0.6 ④ 淤泥质粘土 13.86 20 0.6 ⑤ 粉质粘土 21.12 30 0.6 ⑥ 粉质粘土 25.3 60 0.6 ⑦1 砂质粉土 31.22 79 70 2000 0.5 ⑦2 粉细砂 56.98 38.8 90 3000 0.5 ⑦3 粉砂加 砂质粉 土 66.51 101 85 2800 ⑨1 粉砂加粉粘土 78.15 116 80 2500 2．3 桩基设计 本工程有三层地下室（局部有夹层），开挖深度 21.6 米。根据场区环境和地质情况及桩基 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 专家会之会议 意见 文理分科指导河道管理范围浙江建筑工程概算定额教材专家评审意见党员教师互相批评意见 ,桩基选用钻孔灌注桩方案。主塔楼为 φ850 钻孔灌注桩，并采用桩底 后注浆工艺，原先结构设计考虑有效桩长约 40 米,桩基的持力层选用⑦2 层。采用了桩底后 压浆工艺后，可以有效控制基础沉降及保证桩基承载力。施工前将进行场外试桩及工程桩试 桩，以确定最终的单桩设计承载力。估计经桩底后压浆后，桩的设计承载力将有 30%-35% 的增加。桩身长度将在有试桩结果后适当调整.尽量使桩筏基础的基础平面形心与上部结构 竖向永久荷载重心重合.塔楼采用群桩筏板承台,承台厚度约 3500mm；裙楼及纯地下室部分 基础为厚度 1400mm 的筏板桩承台。 2． 4 沉降计算说明 本工程基础底板计算分析软件采用华东院编制的“高层建筑桩筏、桩箱底板沉降和内力计 算高精度有限元分析程序”－PWMI。该程序经过了上海建委科技委的鉴定，并在华东院的 高层建筑基础设计中长期使用，得到了大量工程实践的验证。PWMI 有限元分析软件在弹性 范围内对桩－土、筏板箱基内的墙体分别采用群桩相互作用理论、厚板理论、地基模型模拟 http://www.paper.edu.cn - 4 - 进行分析，其计算原理为： ⑴、利用弹性半空间的 Mindlin 解答和 Boussinesq 解答进行群桩分析，求得桩土刚度矩阵。 ⑵、上部结构刚度采用地基梁模型进行模拟，底板用八结点弹性厚板等参模型离散、模 拟，在相应结点处将桩土刚度、上部结构刚度叠加到底板刚度矩阵中，形成基础结构的 总刚度矩阵。最后利用分块解方程组求得基础沉降、底板内力以及桩顶反力。 结构设计考虑到本工程两幢塔楼和低座酒店上部荷载较大，基础由受压工况控制，其下分 别布置 φ850 和 φ700 的后注浆钻孔灌注桩。裙楼区域大致分为地下四层和地下三层两个部 分，由于地上层数不高，基础由抗拔工况控制，其下布置了 φ600 的等截面钻孔灌注桩作为 抗拔桩。桩位布置图见。为了准确反映基础底板和桩基在不同受力工况下的变形和承载情况， 分别对整块底板和各高层建筑的独立底板进行了不同工况的计算分析。基础底板和桩基础的 变形和承载情况受上部荷载和地下水位的影响较大。因此我们分别就表 3 的几个工况条件下 的基础底板进行了计算分析 表 3 基础底板计算的工况条件 荷载情况 地下水位 北塔楼 南塔楼 低座 裙楼 低水位 D＋L D＋L D＋L D＋L 整体计算 高水位 D＋L D＋L D＋L D 北塔楼 低水位 D＋L —— —— —— 南塔楼 低水位 —— D＋L —— —— 单体计算 低座酒店 低水位 —— —— D＋L —— 注：1. 地下水位为低水位时水位埋深 1.5m，高水位时水位埋深 0.5m。 2. D—传至基础底板的恒荷载，L—传至基础底板的活荷载。 3. 计算中未考虑周边地下连续墙的自重及承载作用。 3. 整体计算 3．1 沉降计算 整体计算分析中，整块基础底板呈现主楼下沉、裙楼上抬的变形趋势。高层与裙房交界位 置底板变形由下沉转为上抬，邻近高层的抗拔桩承受压力下沉。基坑周边未考虑地下连续墙 的自重及承载作用，上抬数值相对较大。低水位和高水位两种工况条件下，两幢塔楼和低座 酒店的下沉量相差不大，而裙楼区域的上抬变形相差在 15mm 左右。整体计算高低水位两个 工况的底板变形情况如下表 4 所示 表 4 整体计算高低水位两个工况的底板变形情况 变形（cm） 北塔楼 南塔楼 低座酒店 裙楼一 裙楼二 低水位 －8.6 －8.0 －3.8 1.0～1.6 1.4～2.1 高水位 －8.0 －7.9 －3.3 2.5～2.9 2.3～3.4 注：1. 裙楼一为地下四层的区域，裙楼二为地下三层的区域。 2. 裙楼区域的变形统计未考虑底板的边缘区域和与主楼邻近的区域。 3. 北、南塔楼和低座酒店的数字为沉降最大值 http://www.paper.edu.cn - 5 - 3．2 桩顶反力 从低水位的计算结果来看，两幢塔楼下 φ850 的工程桩桩顶反力设计值最大为 6425kN 左 右，低座酒店下的工程桩最大为 2375kN 左右，均未超过对应的单桩承载力设计值。而裙楼 区域除底板边缘的部分工程桩外，绝大部分都均未达到单桩抗拔承载力设计值（1350kN）。 高水位的计算结果中，两幢塔楼下工程桩的单桩受力比低水位的结果略小。最大不超过 6400kN，低座酒店下的工程桩最大为 2038kN。裙楼区域的抗拔桩单桩受力较大，底板周边 的单桩受荷更大。各部分工程桩单桩桩顶荷载如下表 5 所示。整体底板变形图见图 1。 图 1 整体底板变形图 表 5 各部分工程桩单桩桩顶荷载 桩顶反力（kN） 北塔楼 南塔楼 低座酒店 裙楼一 裙楼二 低水位 －6450 －6000 －2375 550～850 700～1000 高水位 －5950 －5950 －2025 1400～1550 1300～1900 单桩承载力设计值 －7400 －7400 －4400 1350 1350 注：1. 裙楼一为地下四层的区域，裙楼二为地下三层的区域。 2. 裙楼区域的桩顶反力统计未考虑底板的边缘区域和邻近主楼的区域。 北、南塔楼和低座酒店桩顶反力为压力，裙楼一、二的为拉力。北塔楼的单体计算可以反 映出底板中部下沉量较大，边缘下沉量较小的典型盆式沉降，其最大沉降量和整体计算的结 果相差无几。但是边缘区域由于不考虑裙楼底板的上抬影响，下沉量较整体计算结果大了接 近 25mm。和沉降类似，桩顶反力的变化趋势也基本相同。中心区域桩顶反力最大值在 6450kN 左右，边缘部分的桩顶反力由整体计算中的 3500kN 左右变化为 5500kN 左右。 底板变形图如下图 2 所示： http://www.paper.edu.cn - 6 - 图 2 北塔楼底板变形图 沉降变形满足现行规范的要求. 4. 小结 (1)为消除钻孔灌注桩桩底沉渣过多,提高单桩承载力,可对桩进行桩側, 桩底后压浆处理.通 过压浆使桩底沉渣得到固化[1],被注土体孔隙部分被浆液充填,散粒被胶后,土体的强度和变形 模量得到提高. (2) 桩筏基础由于其整体性好、竖向承载力高、基础沉降小、调节不均匀沉降能力强等优点 被广泛用于超高层建筑基础中. (3) 桩筏基础在竖向荷载作用下，上部结构、桩筏基础与土的共同作用工作特性主要表现在 桩与筏板的荷载分担和桩顶反力的非等值分布两个方面。桩间土越软，筏板对荷载的分担比 越小，若筏底存在适当厚度的硬土层，即使下面的桩间土很软，筏板亦具有一定的分担作用。 若桩端持力层较硬，桩的刺入变形小，基底土反力一般较难发挥。桩距的大小对基底反力有 很大的影响。其分担比随桩距的增大而上升，一般桩距大于5倍桩径时，基底土对荷载便有 明显的分担，当为6倍桩径时，筏板分担为65%的实例。因此，过密的布桩不利于充分发挥 桩间土的承载作用。故我们在设计桩筏基础时根据具体情况条件进行合理的设计。做到既安 全又经济[4]。 参考文献 [1].周国钧,等.灌注桩设计施工手册.北京:地震出版社,1991 [2].建筑地基基础设计规范,G B 50007- 2002,中国建筑工业出版社 [3]上海陆家嘴金融贸易区 X2 地块北塔楼超限高层抗震审查报告[R]. 茂盛结构顾问有限公司,2006,(9) [4].陈晓平,基础工程设计与分析.北京: 中国建筑工业出版社,2005 http://www.paper.edu.cn - 7 - Ultra-high-rise building of the pile foundation design YU Dingfu Xi'an University of Science and Technology Building construction of the Shenzhen Branch of the design,Maunsell Aecom ShenZHen (518000) Abstract Shanghai Pudong Lujiazui Financial and Trade Zone X2 block from the new Shanghai Co., Ltd. to invest in land and real estate, the whole project covers an area of 64,406 square meters and total floor area of 355,000 square meters of construction. Building projects include North and South, two of the multi-functional high-rise towers, the north tower and a three-Qunlou business. Set-use office towers, hotels and apartment-hotel package.'s Construction of two towers and the vertical plane similar to the arrangement. Huadong Hospital prepared to use "high-rise building pile-raft, the bottom plate pile settlement calculation of internal forces and high-precision finite element analysis program "-PWMI the vertical bearing capacity of the project were checked, check the level of load, shear checked floor, floor punching anti-checked, check settlement, and so on. At the same time, using bored pile after pile at the end of grouting to deal with. The analysis of similar projects have a high reference value. Key words: Pile foundation; design; later-pressed morater under pile