大直徑擴(kuò)底灌注樁設(shè)計(jì)

余 勇，陳焰周，肖 飛，徐必兵

(中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司,湖北 武漢 430071)

1 工程概況

濱湖時(shí)代廣場C-01地塊工程東臨合肥市南北主動脈徽州大道,北靠城市南門戶方興大道,西接西藏路;南面為煙墩路。由C1—C7,C9塔樓、商業(yè)裙房,休閑會所組成。其中C2棟為一棟集辦公超高層多功能建筑,地上建筑面積約8.2萬m2。地下3層,地上41層,建筑高度178.8 m,1層高6.0 m,2層—5層高5.4 m,6層—40層高4.2 m,41層高4.25 m。主樓軸線平面尺寸為37.2 m×49.8 m,平面基本柱網(wǎng)尺寸為9.0 m×12.9 m,9.0 m×12.3 m。

建筑實(shí)景圖見圖1。本工程從2013年開始建設(shè),2016年封頂,2019年竣工驗(yàn)收,本文主要討論C2棟的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50 a,建筑抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類),抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)地震分組為第一組,設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g,Ⅱ類場地,場地特征周期為0.39 s。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲級,樁基設(shè)計(jì)等級為甲級。上部結(jié)構(gòu)采用混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系。

2 工程地質(zhì)概況

依據(jù)《安徽省高速公路房地產(chǎn)有限責(zé)任公司濱湖時(shí)代廣場C-01地塊巖土工程勘察報(bào)告(詳勘)》,擬建場地位于合肥市濱湖新區(qū)徽州大道與煙墩路交叉口西北角,其第四紀(jì)地貌型態(tài)屬江淮丘陵地貌單元。

2.1 土層情況

勘察報(bào)告中給出擬建場地內(nèi)各層巖土的厚度、地基承載力特征值fak、壓縮模量Es及土層極限側(cè)、端阻力標(biāo)準(zhǔn)值詳見表1。

表1 土層特性表

由于土層起伏不大,取C2棟主樓范圍內(nèi)的探孔土層厚度的平均值作為標(biāo)準(zhǔn)土層的厚度。其標(biāo)準(zhǔn)土層分布及厚度詳見表2。

表2 土層厚度及標(biāo)高

2.2 水文地質(zhì)條件

勘察報(bào)告中給出擬建場地在①層素填土中賦存有上層滯水,分布不連續(xù),其水量和水位受大氣降水控制。在③層粉土夾粉質(zhì)黏土中埋藏有承壓水,承壓水頭高度約5.0 m(水頭標(biāo)高約-15.0 m),在④1,④2層砂質(zhì)泥巖中埋藏有少量裂隙水。場地地下水及土壤對混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性,對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

2.3 場地與地基的地震效應(yīng)

合肥市抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g(第一組)。勘察報(bào)告中給出擬建場地土類型為中硬土,為Ⅱ類建筑場地,屬于對建筑抗震有利地段。場地的特征周期為0.39 s。根據(jù)③層粉土夾粉質(zhì)黏土的埋藏條件、巖性特征及現(xiàn)場標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果,在7度地震作用下不會發(fā)生液化現(xiàn)象。

2.4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)建議

勘察報(bào)告中給出本項(xiàng)目超高層可采用鉆孔灌注樁或挖孔樁基方案,宜以④2層中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖作為樁端持力層[1]。

經(jīng)專家評審及合肥市有關(guān)部門的批準(zhǔn),本項(xiàng)目基礎(chǔ)最終確定采用大直徑挖孔擴(kuò)底灌注樁基方案。

3 大直徑挖孔擴(kuò)底灌注樁設(shè)計(jì)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)組合作用下的內(nèi)力

為了明確各樁所受的豎向力,將地下3層四周墻體改為梁輸入,得到各柱、墻下的內(nèi)力。

圖2給出了C2棟的柱、墻在1.0D+1.0L作用下墻、柱構(gòu)件的豎向壓力。

3.2 單樁承載力特征值

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[2],本工程挖孔樁可采用樁基規(guī)范5.3.6條大直徑樁,同時(shí)考慮樁側(cè)摩阻力與樁端阻力。

對于樁側(cè)與樁端阻力的尺寸效應(yīng),樁側(cè)阻力尺寸效應(yīng)(僅考慮強(qiáng)風(fēng)化以上土層),按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的表5.3.6-2,樁端由于進(jìn)入中風(fēng)化巖層,不考慮樁端尺寸效應(yīng)。

那么單樁豎向承載力特征Ra,1為:

上式中各參數(shù)的物理含義同《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》5.3.6條。

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的5.8.3條及條文說明。本工程樁的樁身強(qiáng)度控制的承載力特征值為Ra,2。樁基混凝土采用C35。

根據(jù)本工程實(shí)際狀況及專家建議,在計(jì)算中樁側(cè)阻力不宜考慮,僅作為樁基的安全儲備,主要有以下幾點(diǎn)原因:

1)本工程大多數(shù)為大直徑挖孔樁,極限承載力大,最大樁基要承擔(dān)超過60 000 kN,采用錨樁法靜載試驗(yàn)或自平衡預(yù)埋載荷箱法均不可實(shí)現(xiàn)[3]。

當(dāng)在樁基擴(kuò)底完成后,進(jìn)行樁基基底巖基靜載荷試驗(yàn),可以確定樁基基底承載力。而樁側(cè)阻力現(xiàn)階段沒有較好辦法進(jìn)行有效檢測。

2)由于本工程挖孔樁采用了擴(kuò)大頭,從側(cè)摩阻力的傳力機(jī)理來看,側(cè)摩阻力以較小擴(kuò)散角度向持力層擴(kuò)散應(yīng)力,因而應(yīng)扣除樁身至擴(kuò)大頭間環(huán)形面積的阻力,否則將會過高估計(jì)樁的承載力,但是該環(huán)形面積內(nèi)的應(yīng)力為非線性分布,很難準(zhǔn)確估算。

3)由于樁身直徑較大,基樁間的中心距一般均小于3d,各基樁的摩阻力均不能各自發(fā)揮充分。

對于核心筒下的挖孔樁,由于樁間距較小,僅外圍樁的摩阻力能得到充分發(fā)揮,中間樁的摩阻力難以得到發(fā)揮。

4)以本工程使用較多的兩種樁身直徑(2.7 m,3.8 m)來看,按照公式計(jì)算(未考慮上述情況下的摩阻力折減)的摩阻力與端阻力的比值分別為0.198,0.180,表明本工程樁基是以端承為主。

綜合以上4點(diǎn)原因,取Ra,1≈Rp=2 355D2。

計(jì)算的各直徑單樁承載力特征值如表3所示。

表3 單樁承載力特征值計(jì)算結(jié)果

由于結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為γ0=1.1,計(jì)算書后述提供的恒載、活載以及地震作用下的柱及墻下內(nèi)力均為標(biāo)準(zhǔn)值,即要求基樁承載力特征值與恒載和活載標(biāo)準(zhǔn)組合作用下的內(nèi)力比不小于1.1倍,或者也可以對基樁承載力特征值進(jìn)行折減,即Ra/γ0后進(jìn)行布樁。

3.3 樁基布置及沉降觀測

根據(jù)墻、柱等構(gòu)件的豎向內(nèi)力(見圖2),按照不同直徑樁基的承載力,C2棟樓的樁基布置如圖3所示。

外框架柱下采用一柱一樁,核心筒部分采用群樁布置,并根據(jù)核心筒分擔(dān)的豎向力大小,采用兩種直徑的樁基。

設(shè)計(jì)時(shí),在核心筒四角設(shè)置4個(gè)沉降觀測點(diǎn),在外框架四角和中部設(shè)置了8個(gè)沉降觀測點(diǎn)。根據(jù)最終沉降觀測記錄,核心筒的4個(gè)觀測點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)基本一致,均值為18.5 mm;外框架的8個(gè)觀測點(diǎn)的沉降值最小為18.3 mm,最大為22.0 mm,均值為20.0 mm。因此,從觀測結(jié)果看,建筑物整體沉降值小,且整體沉降基本均勻,滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

合肥濱湖時(shí)代廣場C2棟超高層建筑的基礎(chǔ)采用大直徑挖孔擴(kuò)底灌注樁,外框架柱下采用一柱一樁,核心筒部分采用群樁布置,樁端持力層為中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。計(jì)算表明大直徑挖孔擴(kuò)底灌注樁的承載力以樁端的端阻力為主,側(cè)摩阻力占比較小[4]。本工程中樁間距基本均小于3D,側(cè)摩阻力發(fā)揮不充分,樁基承載力只取樁端承載力,不考慮樁側(cè)阻力的貢獻(xiàn)。