某工程两阶段变刚度复合桩基的设计

第５期（总第１６９期）　地基工程■　某工程两阶段变刚度复合桩基的设计　张金培　（厦门新区建筑设计院有限公司，福建厦门３６１０００）　

摘要为充分发挥复合桩基中土体的承载作用，通过在桩项部安装刚度调节器，形成了一种有别于常规复合桩基的　新技术。根据承台下地基土承载力的大小，结合上部结构荷载的加载情况，将桩基按照两阶段变刚度进行设计。详细介绍　了基于此概念复合桩基的设计思路，提出了变刚度的设计方法，并结合工程实例，给出了设计建议。本项研究是复合桩基　技术的进一步发展，对高层建筑的基础优化具有重要价值。　关键词复合桩基；变刚度；刚度调节器　

１工程概述　本工程位于厦门市湖里区观音山，总建筑面积５０４５２ｍ２，　地上建筑面积３７５００ｍ　，地下建筑面积１２９５２ｍ　，地上为二十　二层办公楼，长４８．０ｍ，宽３１．５ｍ，建筑高度９７．８ｍ，底层层高　５．４０ｍ，标准层层高４．２０ｍ。地下负三层为平战结合六级人防　地下室，地下负二层和地下负一层为停车库。　本工程采用框架核心筒结构，楼盖结构为现浇砼梁板，　抗震设防烈度７度，设计基本地震加速度０．１５ｇ，设计地震分　组第二组，建筑场地类别属Ⅱ类。基本风压０．８０ｋＮ／ｍ　。地下　室防水、抗浮设计的最高地下水位按设计室外地坪标高下　０．５ｍ考虑。　２基础设计　２．１工程地质概况　据钻探揭露，拟建场地地层结构较复杂，现白上而下将　各岩土体的分布如表１：　

表１　岩土设计参数建议值表　

注：“★”为变形模量　２．２基础方案的分析与选择　本工程③残积砂质粘性土的承载力修正后（ｆａｋ约　２８０ｋＮ／ｍ　）无法满足拟建主体建筑设计荷重（基底压力约　４８０ｋＮ／ｍ　）的要求，故拟建主体建筑不具备直接采用天然地　基片筏基础的条件，需采用桩基础方案。　因本场地存在有：本工程设置有３层地下室，如采用挤　土桩施工送桩的长度较大，配桩困难。本场地④全风化花岗　岩大多高出或接近地下室基底，对挤土桩的沉桩阻力较大，　恐难以满足设计桩长的要求；而采用锤击法施工所产生的噪　音对周边环境的影响较大。场地⑤　碎块状强风化花岗、⑥中　风化花岗岩的埋深变化较大，在扣除地下室的埋置深度后，　其埋深仍大大超过人工挖孔桩的相关规定的允许深度。　鉴于本工程天然地基能承担较大部分的上部结构荷载，　且设置有３层的地下室，故采用以天然地基和水浮力承担部　分的上部荷载，主楼下引入部分桩来承担余下的上部荷载，　补足天然地基承载力的不足，并且以此来控制基础总沉降和　

・５７・　■地基工程　翘　建前　２０１５正　减小差异沉降的复合桩基方案。考虑到施工工期的原因，桩　型选择成孔速度快的旋挖灌注桩，为提高单桩承载力特征　值，旋挖灌注桩采用桩端后注浆。　２．３两阶段变刚度复合桩基设计　２．３．１筏板底部地基土的承载力　根据《岩土工程勘察报告》，主楼筏板底部土层大部分为　③残积砂质粘性土，地基承载力特征值ｆ￣＝２２０ｋＰａ。综合考虑　地基土的承载力情况，筏板底部地基土的承载力拟按照地基　承载力特征值ｆａ＝２２０ｋＰａ并考虑深宽修正后采用。　根据《建筑地基基础设计规范）ＧＢ５０００７—２０１　１第５．２．４　条，地基承载力修正按下式进行：　ｆａ＝Ａ＋ｍＹ￣－３）＋ｎ．＇／ｍ（ｄ－０．５）　主楼基础宽度均大于６ｍ，承台面标高一０．９００ｍ，承台高　１．７ｍ，底板厚度０．７ｍ，地下负二层楼板０．２０ｍ，地下负一层楼　板０．１８ｍ，顶板厚度０．１８ｍ，顶板覆土１．Ｏｍ（顶板部分板跨开　洞，故下面计算时暂不考虑顶板和顶板覆土）；　查《建筑地基基础设计规范｝ＧＢ５０００７—２０１　１表５．２．４得　７／ｂ＝０．３、７／ｄ＝１．６、ｙ＝８ｋＮ’ｍ３　ｙ￣＝１０ｋＮ／ｍ　不考虑顶板和顶板覆土时取ｂ＝６ｍ，ｄ：ｆ０．７＋０．２＋０．１８）ｘ　２６　÷１８＋１．７＝３．２６ｍ　修正后的地基承载力：ｆ，＝２２０＋０．３×８×（６—３）＋１．６×１０×　ｆ３．２６－０．５）＝２７２ｋＰａ　考虑顶板和顶板覆土时取ｂ＝６ｍ，ｄ＝（０．７＋０．２＋０．１８＋０．１８１　×２６÷１８＋１．７＋１－４．５２ｍ　修正后的地基承载力：ｆ￣２２０＋０．３×８×（６—３）＋１．６×１０×　ｆ４．５２—０．５）＝２９１ｋＰａ　实取．　＝２８０ｋＰａ　

２．３．２筏板底部水的承载力　

根据《岩土工程勘察报告》，勘察期间大致为雨季，各钻　孑Ｌ初见水位为３．６６—５．７８ｍ，稳定水位为２．５０～４．５９ｍ（标高　８．５０～９．９９ｍ）。据场地地形地貌特征和地区气候特点，预计地　下水位年变化幅度约１－２ｍ。　主楼筏板外地下室底板面标高一０．９００ｍ，底板厚度　０．７ｍ；　ｆａ　＿－－ｙ对（［８．５００ｍ一２．０００ｍ一（０．９００ｍ一０．７００ｍ）］＝８１ｋＰａ（实取　５０ｋＰ￣　２．３．３单桩承载力估算　本工程采用１２００ｍｍ旋挖灌注桩（采用桩端后注浆），桩　长３０ｍ，桩端持力层为⑤　砂砾状强风化花岗岩。单桩极限承　载力按下式计算：　

Ｑａ＝Ｑ，￣＋Ｑｐｋ＝　ｑ　＊　ｇＰ　４　式中：ｇｍ一桩侧第ｉ层土的极限侧阻力标准值；ｇ　—极　限端阻力标准值。　

・气Ｒ・　

计算得单桩承载力特征值为３６００ｋＮ，考虑桩端后注浆　可提高承载力，因此，最终取单桩承载力特征值为４０００ｋＮ。　２．３．４设计参数∈和１１的确定　根据ＳＡＴＷＥ计算分析，主楼部分（考虑筏板自重）作用　于基础的总荷载为Ｎ＝７７６６００ｋＮ＋９１８００ｋＮ（筏板自重１　＝８６８４００ｋＮ，修正后地基土承载力特征值为￣＝２８０ｋＰａ，水承　载力特征值为　水＝５０ｋＰａ，筏板面积为Ａ　＝１８４４ｍ２，则基底压　力为：　ｐｋ＝Ｎ／Ａ　＝４７１ｋＰａ＞ｆ，＋ｆ，水＝３３０ｋＰａ　完全采用天然基础不能满足承载力要求，为了发挥地基　土的承载力，本工程在桩顶和筏板之间增加变形调节装置，　按两阶段变刚度复合桩基础进行设计，以地基土承载力为　主，辅以部分桩基补偿承载，从而可以取得巨大的经济效益。　首先考虑充分发挥地基土的承载力，初步估算第一阶段　复合桩基承担的竖向荷载　＝　水）Ａ　＝６０８５２０ｋＮ，则第一阶　段荷载比例取初始值∈＝ＮＵＮ：０．７０，第一阶段桩荷载分担比　１１先按　＝０．２估算。然后根据“两阶段变刚度复合桩基础　的设计方法”进行试算，得到∈＝０．８５，　＝０．２８，设计桩数　ｎ＝９１，筏板净面积为Ａｏ＝Ａ　一ｎ×Ａｅ＝１７４１ｍ　则：　

ｑ　Ｎｓ＝—

（／　－ｎ￣Ｎ：３０５ｋＰａ　

￣＝３３０ｋＰａ　

０　０　Ｑ　：　：（１－１￣）Ｎ＋ｒｌＮ１：３７００ｋＮ＜尺＝４０００ｋＮ　

ｎ　ｎ　“　

式中：《——第一阶段荷载比例；　

——第一阶段桩荷载分担比。　可以初步估算地基承载力和单桩承载力均可满足要求，　水和土承担竖向荷载的６１％，桩承担竖向荷载的３９％。旋挖　灌注桩布桩方案如图１所示，桩数为９ｌ根，桩径为１２００ｒａｍ，　桩长为３０ｍ，桩端持力层为⑤　砂砾状强风化花岗岩，桩身纵　筋为１８曲１８，桩身混凝土强度等级为Ｃ３０，单桩承载力特征　值为４０００ｋＮ。　

ｌ　！　￥土囝　母土￥　母　回　国　固　固　￥　固　堡　一　Ｊ　Ｌ　国　￥　ｑ　》　ｑ　》　窜　●　

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图１主楼桩基础平面布置图　第５期（总第１６９期）　巍　地基工程■　２．３．５沉降变形计算　沉降变形计算按照《高层建筑岩土工程勘察规程》附录Ｂ　用变形模量Ｅ。估算天然地基平均沉降量的方法进行计算，计　算过程如下：　

ｓ　毫（　）　叭　

主楼筏板面积按主楼结构外边线外扩３ｍ计算，面积约　为１８４４ｍ２，基础平面尺寸约为３７．５ｍ×５４ｍ。　根据ＪＣＣＡＤ计算分析，准永久组合下上部结构荷载值　为（扣除水浮力作用）Ｎｑ＝８３７１７６ｋＮ－ｆ．水Ａｃ＝７４５０００ｋＮ，其基底　平均反力ｐ＝ｑ。：　ｑｓ＝－－（　一’Ａ　：２４２ｋＰａ　‘ｃ　沉降计算深度：ｚｌｌ＝（ｚｍ＋∈ｂ）Ｂ＝（１２＋０．４５×３７．５）×　０．７５＝２１．６ｍ　根据钻孔统计，承台底土层位：１０ｍ的残积砂质粘性土，　１２ｍ的全风化花岗岩，以下为碎块状强风化花岗岩和中风化　花岗岩。　Ｋｌ＝　：ｌ　１３５６０ｋＮ／ｍ　ｌ　结合已有工程的经验，变形调节装置刚度Ｋ，＝１２００００ｋＮ／ｍ，　竖向自由变形量为４０ｍｍ。　３结论　本工程采用天然地基、水浮力、旋挖灌注桩共同承担上　部荷载的复合桩基方案。桩型选用旋挖灌注桩，桩径１．２ｍ，采　用桩端后注浆，桩长为３０ｍ，桩端持力层为砂砾状强风化花　岗岩，单桩承载力特征值为４０００ｋＮ，根据ＪＣＣＡＤ和ＹＪＫ计　算地基承载力和单桩承载力均可满足设计要求。　

参考文献　【ｌ】ＧＢ　５０００７—２００２，建筑地基基础设计规范ｉｓ】，北京：中国　建筑工业出版社，２００２．　【２】ｊｃｊ　９４—２００８，建筑桩基技术规范【ｓ】，北京：中国建筑工业　出版社。２００８．　［３］ＪＧＪ７２—２００４，高层建筑岩土工程勘察规程【ｓ】，北京：中国　建筑工业出版社，２００４．　表２沉降值　［４］郭天祥，林树枝．桩顶设置弹性支座的端承桩复合桩基的　

考虑到厦门当地复合桩基础工程沉降实际观测的经验　总结，式Ｂ．０．１中的沉降经验系数可取０．２。沉降计算具体　见表２。最后复合桩基地基土的沉降变形为：Ｓ＝２０ｍｍ　２．３．６变形调节装置刚度Ｋ的确定　根据上述复合桩基沉降量ｓ可得，变形调节装置变形量　Ｓｔ＝Ｓ＝２０ｍｍ，则变形调节装置的刚度：　

设计及应用Ｕ１．福建建设科技，２０１０　（００１）：１１—１４．　【５］５林树枝，郭天祥，何波．两阶段变刚　度端承桩复合桩基的设计及应用　Ⅱ】．福建建筑，２０１０（００５）：１－４　ｌ６】林树枝，周峰．设置变形调节装置桩筏基础工作机理及应　用领域Ⅱ】．福建建筑２０１０（１２）：卜３　［７］林树枝，郭天祥，周峰．设置变形调节装置桩筏基础设计方　法及工程实践Ⅱ】．福建建筑，２０１２（７）：８８－９１．　【８】宰金珉，周峰，梅国雄，王旭东．端承桩复合桩基及其设计　方法Ⅱ］．工业建筑，２００８．３８（１）６０—６４．　

（上接第６６页）　吊运方法：吊运时吊机索具在已拆除梁片支座吊点进行　试吊，将梁板吊空２００—３００ｒａｍ后停车，停留１０ｍｉｎ，检查吊　机及机索具是否完好、平稳，无异常情况后吊机缓慢起钩，保　持１０ｍ回转半径不动，按照示意图方法缓慢旋转将板梁吊至　平板拖车上方，调整好方位后将其就位。吊运完成第一片板　梁后，两辆吊车同时移位至第二跨桥梁处，并按照相同方法　吊运其他梁片。　５．６板梁运输及破碎　由于空心板梁系大型构件，在运输板梁前必须和当地路　政和交警部门协商道路的通行路线和通行时间，制定详细的　运输计划，取得路政部门的同意；运输所经道路必须进行平整　和顺直的修整，保证运行车和板梁平稳行驶及拐弯半径，对于　局部较软的路段，采取铺设钢板或对路面进行局部处理。　板梁到达项目弃土场后，同样采用２台ＳＴＣ７５型汽车吊　进行吊卸，吊卸方法同前所述。现场使用２００＃挖机破碎锤对　板粱进行分解破碎，并做好现场防护措施。　６总结　随着城市的发展，许多不适合发展的桥梁和危桥需要拆　除，拆桥远比新建桥梁更加复杂危险，稍有不当就会发生危　险。本拆除施工中，通过事前计划，事中控制调整，事后分析　完善，全过程进行管理；保证了工程的质量、安全、进度，圆满　的完成了施工任务。希望能带给大家一些启发和帮助。