天津于家堡深大地下工程新型抗拔樁的研究與應用

吳江斌王向軍上海2015.04.24

天津于家堡深大地下工程新型抗拔樁的研究與應用華東建筑設計研究院有限公司EASTCHINAARCHITECTURALDESIGN&RESEARCHINSTITUTECO.,LTD.目錄一、工程概況二、新型抗拔樁適用性的試驗研究三、新型抗拔樁的承載變形特性分析四、擴底抗拔樁的工程應用P3一、工程概況天津于家堡金融區(qū)規(guī)劃圖鳥瞰于家堡金融區(qū)占地面積3.86平方公里，規(guī)劃120個地塊，總的建筑面積達到950萬平方公里，建成后將是一個集市場會展、現(xiàn)代金融、城際車站、酒店會議中心、行政服務中心、濱河公園和中央大道等于一體的超大規(guī)模國際級的金融區(qū)。P5于家堡南北車庫是金融區(qū)起步區(qū)的先行開發(fā)的35個項目之一。建成后作為配套的綠地公園。均為純地下結(jié)構(gòu)，整體設置4層地下室，單層面積均約2.8萬平米基礎(chǔ)埋深約16.0m工程概況——天津于家堡南、北地下車庫項目北車庫南車庫普遍區(qū)域設置4層地下室局部區(qū)域設置2層地下室純地下結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深深，水浮力問題突出抗拔樁的工程量大、造價高7常規(guī)等截面抗拔樁擴底抗拔樁樁側(cè)后注漿抗拔樁常規(guī)等截面抗拔樁抗拔承載力有限擴底抗拔樁以較小的材料增加獲取顯著的抗拔承載力提高樁側(cè)后注漿抗拔樁改變樁身與樁周土的接觸界面特性，從而提高承載力抗拔樁技術(shù)的發(fā)展當前對擴底抗拔樁和樁側(cè)注漿抗拔樁的研究已經(jīng)開展了不少的研究，其良好的承載特性已經(jīng)得到廣泛的關(guān)注。新型抗拔樁在背景工程中的應用是有一定理論基礎(chǔ)的。新型抗拔樁在天津于家堡地區(qū)并無工程應用先例，開展新型抗拔樁的適用性試驗研究意義重大?？芍苯又笇П尘肮こ痰臉痘O計，也可為后續(xù)類似的項目提供參考。二、新型抗拔樁適用性的試驗研究試樁試驗方案試樁施工背景工程普遍地下4層區(qū)域，單樁抗拔承載力要求達到1800kN樁徑為850mm,等截面抗拔樁,有效樁長約30m。南北地下車庫共計設置抗拔樁超過4000根。工程量大，造價高。工程規(guī)模大，采用新型抗拔樁以節(jié)省工程造價有現(xiàn)實需求。初步估算，采用新樁型后，有效樁長僅需19m，可減短樁長11m。開展新型抗拔樁的適用性試驗研究意義重大減短樁長約11m30m19m試樁試驗方案地下4層區(qū)域，量大面廣。擬開展擴底抗拔樁和樁側(cè)注漿抗拔樁兩種樁型的試樁試驗地下2層區(qū)域范圍相對較小。擬僅開展擴底抗拔樁的試樁試驗SBZ1A——擴底抗拔樁試樁數(shù)量3根有效樁長19m等截面段樁徑850mm擴底直徑1500mm擴大頭高度1.5m+0.75mSBZ1B——樁側(cè)注漿試樁數(shù)量3根有效樁長19m樁徑850mm樁側(cè)設置2道注漿斷面，每道注漿量0.8tSBZ2——擴底抗拔樁試樁數(shù)量3根有效樁長30m等截面段樁徑850mm擴底直徑1500mm擴大頭高度1.5m+0.75m試樁區(qū)域樁型有效樁長（m）數(shù)量砼強度單樁承載力要求/kN普遍地庫區(qū)域擴底樁（SBZ1A）193C301800樁側(cè)后注漿樁（SBZ1B）193C301800錨樁（MBZ1）198C30/能源中心區(qū)域擴底樁（SBZ2）303C302800kN錨樁（MBZ2）304C30/雙套管位移量測軸力測試地下4層區(qū)域區(qū)域試樁平面布置圖地下二層區(qū)域試樁平面布置圖試樁施工AM全液壓可視旋挖成孔工藝擴大頭孔徑曲線施工可行試樁區(qū)域樁型樁號最大試驗荷載/kN最大樁頂上拔量/mm樁底上拔量/mm單樁抗拔極限承載力/kN對應樁頂上拔量/mm樁底上拔量/mm單樁抗拔極限承載力統(tǒng)計值（標準值）/kN普遍地庫區(qū)域擴底樁（SBZ）有效樁長19mSbz1A-9650095.3990.94600026.6718.515666Sbz1A-11600087.3179.53550020.3012.86Sbz1A-13600083.5175.11550023.454.42樁側(cè)注漿樁（SBZ1B）有效樁長19mSb1zb-6550081.4174.77500027.024.494833Sb1zb-4500082.0376.65450027.614.57Sb1zb-2550085.7778.57500028.133.74能源中心區(qū)域擴底樁（SBZ2）有效樁長30mSb1z2-16720084.9178.43660011.492.186733Sb1z2-187600103.33100.51720015.375.73Sb1z2-20720088.4784.84640012.572.06試樁區(qū)域樁型設計要求單樁抗拔承載力/kN抗拔承載力（特征值）/kN普遍地庫區(qū)域擴底樁（SBZ）18002800樁側(cè)后注漿樁（SBZ1B）18002400能源中心區(qū)域擴底樁（SBZ2）28003350試樁試驗結(jié)果承載力滿足要求三、新型抗拔樁承載變形特性的分析荷載位移曲線及樁身變形樁身軸力分布規(guī)律樁側(cè)摩阻力發(fā)揮特性擴大頭的承載機理荷載位移曲線擴底-19m樁側(cè)注漿-19m擴底-30mP21擴底-19m荷載位移曲線樁頂、樁端同時發(fā)生較大的變形，試樁達到破壞狀態(tài)。P22樁側(cè)注漿樁—19m擴底樁—19m擴底樁—30m荷載位移曲線承載能力抗變形能力樁身軸力分布曲線規(guī)律擴底-19m樁側(cè)注漿-19m當樁頂試樁荷載為1000kN時，兩種樁型樁身軸力分布曲線較接近。樁頂荷載1000kN樁身軸力分布曲線規(guī)律當樁頂試樁荷載為1000kN時，兩種樁型樁身軸力分布曲線較接近。樁頂荷載2000kN樁身軸力分布曲線規(guī)律當樁頂上拔荷載大于3000kN時，兩種樁型樁身軸力分布曲線差異明顯。樁頂荷載3000kN樁身軸力分布曲線規(guī)律隨著樁頂試樁荷載的增大，樁側(cè)注漿抗拔樁距樁端附近的樁身軸力增長有限。而擴底抗拔樁相應位置處的樁身軸力增長幅度較大。樁頂荷載4000kN樁身軸力分布曲線規(guī)律隨著樁頂試樁荷載的增大，樁側(cè)注漿抗拔樁距樁端附近的樁身軸力增長有限。而擴底抗拔樁相應位置處的樁身軸力增長幅度較大。樁頂荷載5000kN樁身軸力分布曲線規(guī)律樁側(cè)摩阻力發(fā)揮特性擴底-19m樁側(cè)注漿-19m當試樁荷載較小時，兩種樁型均依靠樁側(cè)摩阻力抵抗上拔荷載。樁頂荷載1000kN樁側(cè)摩阻力發(fā)揮特性擴底側(cè)注漿當樁頂荷載逐漸增大時，淺部土層，樁側(cè)注漿抗拔樁的側(cè)摩阻力明顯比擴底抗拔樁相應區(qū)域的樁側(cè)摩阻力大深部土層，兩種樁型側(cè)摩阻力的發(fā)揮差異不大。樁頂荷載3000kN樁側(cè)摩阻力發(fā)揮特性擴底側(cè)注漿當試樁達到較高水平時，對于樁側(cè)注漿抗拔樁來說，全樁長范圍內(nèi)的側(cè)摩阻力得到進一步的增強，特別是深部土層側(cè)摩阻力的增長幅度較大。擴底抗拔樁全樁長范圍的側(cè)摩阻力亦有增長，但增長幅度有限。樁頂荷載5000kN樁側(cè)摩阻力發(fā)揮特性擴底側(cè)注漿土層試樁實測平均值/kPa勘察報告值/kPa增強系數(shù)β（7）粉質(zhì)粘土83481.73（8）粉質(zhì)粘土84.7521.63（9）粉土粉砂93.3701.33（10）粉土粉砂97.7701.40樁側(cè)注漿增強系數(shù)土層試樁實測平均值/kPa勘察報告值/kPa實測值與建議值的比值（7）粉質(zhì)粘土56.3481.17（8）粉質(zhì)粘土58521.12（9）粉土粉砂60700.86（10）粉土粉砂62700.89擴底抗拔樁擴大頭抗力的發(fā)揮特性擴底-19m樁側(cè)注漿-19m擴大頭抗力等截面段樁側(cè)摩阻力擴底抗拔樁-199號樁11號樁13號樁平均值樁頂極限荷載6000.005500.005500.005666.67樁端附近軸力(kN)3172.002896.003003.003023.67擴大頭抗力占比0.530.530.550.53樁側(cè)注漿-192號樁4號樁6號樁平均值樁頂極限荷載5000.004500.005000.004833.33樁端附近軸力(kN)858.00855.00910.00874.33樁端軸力占比0.170.190.180.18擴大頭抗力的發(fā)揮特性極限狀態(tài)下，擴大頭提供的抗拔承載力可占總承載力的50%以上擴大頭的承載機理試樁試驗的數(shù)值擬合Q=3000kNQ=4000kNQ=5000kNQ=5500kN擴大頭的承載機理擴大頭與周邊土體的相互作用根據(jù)擴頭段法向應力分布，計算得到擴頭段的抗拔擴頭段法向應力豎向分力提供了擴頭段的主要抗拔力，占擴頭段總抗拔力約70%。擴大頭的承載機理擴底抗拔樁的承載力由樁側(cè)摩阻力與擴大頭抗力共同組成，兩者承載力的發(fā)揮是一個異步的過程首先由等截面段樁土側(cè)摩阻力提供抗拔力；當上拔荷載進一步增大后，擴大頭開始逐漸發(fā)揮作用，并且擴大頭抗力占試樁總荷載的比例逐步上升當?shù)冉孛娑螛秱?cè)摩阻力達到極限狀態(tài)后，擴大頭可繼續(xù)提供抗拔承載力，甚至超過樁側(cè)摩阻力提供的抗拔承載力擴大頭周邊土體隨樁頂加載增加，受到擴大頭的擠壓力逐漸增大，逐漸進入塑性狀態(tài)，并最終貫穿整個擴大頭區(qū)域，周邊土體受壓達到極限狀態(tài)后，擴底抗拔樁發(fā)生整體向上的變形，達到破壞狀態(tài)。擴大頭的承載機理擴底抗拔樁極限承載力計算方法

假定極限破裂面荷載傳遞法被動土壓力折減系數(shù)為被動土壓力折減系數(shù)取值表擴大頭角度

(度)0°5°15°20°30°折減系數(shù)0.120.550.900.950.97極限狀態(tài)下法向壓力計算值擴大頭位置被動土壓力值組號樁號實測極限承載力(kN)實測平均值旁壓法計算值SBZ1a（有效樁長18m）9#60005666520011#550013#5500SBZ2（有效樁長30m）16#66006733670018#7200