杭州地区某商业综合体桩基优化设计
2014-08-08杨慧昕岑利凯
杨慧昕+岑利凯
摘要：以杭州地区某商业综合体为例，比较详细地阐述了桩基优化设计的思路、方法和过程。文章通过具体数据的对比分析，引入了挤扩支盘桩这种比较适合本项目的桩型，并利用试桩数据作为设计依据这两种优化方法，给工程带来很好的经济效益。
关键词：桩基设计；结构优化；挤扩支盘桩；试桩数据
1工程概况
项目性质为商业综合体，位于杭州市余杭区，地上部分由三幢19层、约99米高的高层建筑和2层裙楼组成，地下2层，其中地下二层为含平战结合6级人防地下室。总建筑面积约17.2万m2。
2工程地质情况
根据区域地质资料，拟建场地上部为全新世湖沼相沉积地层，中部为更新世海陆交互相沉积地层，下部为晚更新世陆相沉积地层，第四纪覆盖层厚度一般为40~50米左右，基底为侏罗系蚀变霏细斑岩。
拟建场地工程地质层可分为七大层，代表性土质剖面见下图。
单柱荷载特征值：裙房2500~4800KN，主楼15000~20000KN。
单柱水浮力（无裙房0.8米覆土）：4500 KN。
3桩基设计
按建筑总平面，室外自然地坪标高相当于黄海高程4.80米，拟建地下室，埋深约11.0m，基础主要设置于③-1c层粉质粘土夹粉土层或③-２淤泥质粉质粘土层上，以上土层力学性质均不能满足拟建建筑物对沉降变形的要求，因此针对本场地，天然地基无法满足设计要求，应采用桩基础。
未优化前（地堪单位建议值），裙房部分拟采用预应力管桩，以⑤-1粘土为持力层，单桩承载力特征值：500桩径为1200KN，600桩径为1500KN，有效桩长为24米；主楼部分采用钻孔灌注桩，以中风化凝灰岩为桩端持力层，单桩承载力特征值：800桩径为4300KN，1000桩径为6200KN。
裙房部分桩型优化分析：
因地下室埋深较大，采用预应力管桩需要“送桩”达到基础底面标高，增加作业难度；又因应力管桩单承载力不高，总桩数多，导致的挤土效应明显；因地下水位较高，大部分桩是抗拔桩，总桩长约24米，必然需要接桩，目前技术水平所限，预应力管桩抗拉接头的质量难以保证，并且接头处钢筋裸露，容易发生锈蚀，存在安全隐患。综上所述，首先排除了使用预应力管桩的方案。
若采用普通灌注桩，以⑤-1粘土为持力层，单桩承载力特征值偏低，单柱均要4桩或5桩才能满足承载力要求。成本比较高。
通过对场地土层情况的分析，我们认为采用挤扩支盘桩比较适合本项目。第一，从该场区土可以看出，该场区4-1、4-2、5-1、5-2、5-3都是工程性质比较好的土层，适于挤压扩径的土层比较厚，可以设置承力盘的土层数量和厚度都比较理想，可以充分发挥支盘桩把桩长范围内好土层端承充分发挥的特点。此外，该土层部分区域含有夹层，采用支盘桩技术根据挤压扩径时的压力表的读数，结合地勘资料可以有效地掌握土层的变化情况，确保将扩径点放在设计要求土层中，这样就可以更有效地保证单桩承载力的均匀。第二，本项目地下水位接近地坪标高，对抗拔有较高要求。挤扩支盘桩技术由于其桩身多处扩径的特点决定了其作为抗拔桩从受力机理角度具有很大的优越性。
挤扩支盘桩抗压单桩承载力计算：
桩径为0.6m，桩端持力层为5-1粉土层，桩底标高为-37.3m，桩顶标高暂定为-9.3，桩长暂定为28.0m，盘径为1.4m，3盘。桩身砼标号为：C35，按裂缝宽度验算结果配筋.
单桩抗拔承载力特征值Ra计算，计算公式：
R=QUK/2………………………………CECS192：2005 5.3.1
Uk =UΣλiqsi Li+ΣηqpjApj…………CECS192：20055.3.2
A侧阻B盘阻
A=3.14*0.6*（4*11*0.65+3.5*8*0.7+7.9*28*0.75+（9.4-1.2*0.7）*21*0.7+（5.2-1.2*0.7*2）*24*0.75）
A=759.80KN
B1=3.14*（0.7*0.7-0.3*0.3）*400*0.95=477.28kN
B2=3.14*（0.7*0.7-0.3*0.3）*700*0.85=747.32 kN
B3=3.14*（0.7*0.7-0.3*0.3）*700*0.75=659.40 kN
Ra= 2643.8kN（取2600KN）
普通灌注桩型抗压单桩承载力计算：
桩径为0.80m，桩端持力层为11-a全风化凝灰岩层，桩底标高为-46.3m，桩顶标高暂定为-9.3m，桩长暂定为37m，桩身砼标号为：C35，其它按构造配筋
单桩抗压承载力特征值Ra计算，计算公式：
Ra=3.14*0.8*（2*11+3.5*8+7.9*28+9.4*21+5.7*24+4*19+3.1*32+1.4*25）+3.14*0.4*0.4*1200=2651.67kN（Ra取2600kN）
相同承载力桩型经济分析（按2012年定额）
名称 桩型 桩身砼强度等级 单桩承载力特征值KN 单桩砼量 m3 最小布桩间距 m 单价元/m3 单桩造价 单桩节约造价
普通灌注桩 Φ800，桩长37米，入岩约1.5米 C35 2600 19.59 2.4 1000 19590 45%
挤扩支盘桩 Φ600，盘径1.4m，3个盘，28米 C35 2600 9.24 2.1 1170 10811
经济分析结论
1、本项目抗压挤扩支盘桩可比普通灌注桩节省基础桩总价45 %，经济效益可观；
2、本项目抗拔挤扩支盘桩可比普通灌注桩节省基础桩总价30 %，计算略。
主楼部分桩型优化分析：
根据地质报告，主楼桩如果按照《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.3.9条规定，单桩竖向承载力特征值Ra可按下式估算：Ra = Quk/2=u∑qsia Li + 0.5ζr frk Ap，Φ800钻孔灌注桩，桩长约41米，入中风化岩1.5米，计算结果为4800KN，而根据浙江省地方标准《工程建设岩土工程勘察规范》（DB 33/1065-2009）规定，单桩竖向承载力特征值Ra可按下式估算：Ra = up∑qsia Li +qpaAp，计算结果为4300KN，两种算法均未达到桩身承载力极限。优化思路：根据经验，地质报告的端阻及侧阻均取值偏低，可以通过试桩进行判断，并根据试桩结果确定单桩竖向承载力。
实际试桩结果如我们的预期，单桩竖向承载力特征值Ra达到6300 KN，综合布桩及承台等因素后节省基础桩总价20 %。
综上所述，此项目把优化的理念用在桩基设计中，带来了比较好的经济效益。
参考文献
[1] 顾国荣.桩基优化设计与施工新技术[M].北京:人民交通出版社, 2011.
[2] 盛宝婷等.挤扩支盘桩设计与施工及其技术要点[J].浙江建筑, 2006(02).
[3] 刘永超,郑刚等.预应力混凝土管桩斜截面抗剪承载力试验研究[J].建筑结构,2011(5).
[4] 周晓悦等.复杂桩端持力层下单桩承载力能力优化设计[J].建筑结构,2011(10).
摘要：以杭州地区某商业综合体为例，比较详细地阐述了桩基优化设计的思路、方法和过程。文章通过具体数据的对比分析，引入了挤扩支盘桩这种比较适合本项目的桩型，并利用试桩数据作为设计依据这两种优化方法，给工程带来很好的经济效益。
关键词：桩基设计；结构优化；挤扩支盘桩；试桩数据
1工程概况
项目性质为商业综合体，位于杭州市余杭区，地上部分由三幢19层、约99米高的高层建筑和2层裙楼组成，地下2层，其中地下二层为含平战结合6级人防地下室。总建筑面积约17.2万m2。
2工程地质情况
根据区域地质资料，拟建场地上部为全新世湖沼相沉积地层，中部为更新世海陆交互相沉积地层，下部为晚更新世陆相沉积地层，第四纪覆盖层厚度一般为40~50米左右，基底为侏罗系蚀变霏细斑岩。
拟建场地工程地质层可分为七大层，代表性土质剖面见下图。
单柱荷载特征值：裙房2500~4800KN，主楼15000~20000KN。
单柱水浮力（无裙房0.8米覆土）：4500 KN。
3桩基设计
按建筑总平面，室外自然地坪标高相当于黄海高程4.80米，拟建地下室，埋深约11.0m，基础主要设置于③-1c层粉质粘土夹粉土层或③-２淤泥质粉质粘土层上，以上土层力学性质均不能满足拟建建筑物对沉降变形的要求，因此针对本场地，天然地基无法满足设计要求，应采用桩基础。
未优化前（地堪单位建议值），裙房部分拟采用预应力管桩，以⑤-1粘土为持力层，单桩承载力特征值：500桩径为1200KN，600桩径为1500KN，有效桩长为24米；主楼部分采用钻孔灌注桩，以中风化凝灰岩为桩端持力层，单桩承载力特征值：800桩径为4300KN，1000桩径为6200KN。
裙房部分桩型优化分析：
因地下室埋深较大，采用预应力管桩需要“送桩”达到基础底面标高，增加作业难度；又因应力管桩单承载力不高，总桩数多，导致的挤土效应明显；因地下水位较高，大部分桩是抗拔桩，总桩长约24米，必然需要接桩，目前技术水平所限，预应力管桩抗拉接头的质量难以保证，并且接头处钢筋裸露，容易发生锈蚀，存在安全隐患。综上所述，首先排除了使用预应力管桩的方案。
若采用普通灌注桩，以⑤-1粘土为持力层，单桩承载力特征值偏低，单柱均要4桩或5桩才能满足承载力要求。成本比较高。
通过对场地土层情况的分析，我们认为采用挤扩支盘桩比较适合本项目。第一，从该场区土可以看出，该场区4-1、4-2、5-1、5-2、5-3都是工程性质比较好的土层，适于挤压扩径的土层比较厚，可以设置承力盘的土层数量和厚度都比较理想，可以充分发挥支盘桩把桩长范围内好土层端承充分发挥的特点。此外，该土层部分区域含有夹层，采用支盘桩技术根据挤压扩径时的压力表的读数，结合地勘资料可以有效地掌握土层的变化情况，确保将扩径点放在设计要求土层中，这样就可以更有效地保证单桩承载力的均匀。第二，本项目地下水位接近地坪标高，对抗拔有较高要求。挤扩支盘桩技术由于其桩身多处扩径的特点决定了其作为抗拔桩从受力机理角度具有很大的优越性。
挤扩支盘桩抗压单桩承载力计算：
桩径为0.6m，桩端持力层为5-1粉土层，桩底标高为-37.3m，桩顶标高暂定为-9.3，桩长暂定为28.0m，盘径为1.4m，3盘。桩身砼标号为：C35，按裂缝宽度验算结果配筋.
单桩抗拔承载力特征值Ra计算，计算公式：
R=QUK/2………………………………CECS192：2005 5.3.1
Uk =UΣλiqsi Li+ΣηqpjApj…………CECS192：20055.3.2
A侧阻B盘阻
A=3.14*0.6*（4*11*0.65+3.5*8*0.7+7.9*28*0.75+（9.4-1.2*0.7）*21*0.7+（5.2-1.2*0.7*2）*24*0.75）
A=759.80KN
B1=3.14*（0.7*0.7-0.3*0.3）*400*0.95=477.28kN
B2=3.14*（0.7*0.7-0.3*0.3）*700*0.85=747.32 kN
B3=3.14*（0.7*0.7-0.3*0.3）*700*0.75=659.40 kN
Ra= 2643.8kN（取2600KN）
普通灌注桩型抗压单桩承载力计算：
桩径为0.80m，桩端持力层为11-a全风化凝灰岩层，桩底标高为-46.3m，桩顶标高暂定为-9.3m，桩长暂定为37m，桩身砼标号为：C35，其它按构造配筋
单桩抗压承载力特征值Ra计算，计算公式：
Ra=3.14*0.8*（2*11+3.5*8+7.9*28+9.4*21+5.7*24+4*19+3.1*32+1.4*25）+3.14*0.4*0.4*1200=2651.67kN（Ra取2600kN）
相同承载力桩型经济分析（按2012年定额）
名称 桩型 桩身砼强度等级 单桩承载力特征值KN 单桩砼量 m3 最小布桩间距 m 单价元/m3 单桩造价 单桩节约造价
普通灌注桩 Φ800，桩长37米，入岩约1.5米 C35 2600 19.59 2.4 1000 19590 45%
挤扩支盘桩 Φ600，盘径1.4m，3个盘，28米 C35 2600 9.24 2.1 1170 10811
经济分析结论
1、本项目抗压挤扩支盘桩可比普通灌注桩节省基础桩总价45 %，经济效益可观；
2、本项目抗拔挤扩支盘桩可比普通灌注桩节省基础桩总价30 %，计算略。
主楼部分桩型优化分析：
根据地质报告，主楼桩如果按照《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.3.9条规定，单桩竖向承载力特征值Ra可按下式估算：Ra = Quk/2=u∑qsia Li + 0.5ζr frk Ap，Φ800钻孔灌注桩，桩长约41米，入中风化岩1.5米，计算结果为4800KN，而根据浙江省地方标准《工程建设岩土工程勘察规范》（DB 33/1065-2009）规定，单桩竖向承载力特征值Ra可按下式估算：Ra = up∑qsia Li +qpaAp，计算结果为4300KN，两种算法均未达到桩身承载力极限。优化思路：根据经验，地质报告的端阻及侧阻均取值偏低，可以通过试桩进行判断，并根据试桩结果确定单桩竖向承载力。
实际试桩结果如我们的预期，单桩竖向承载力特征值Ra达到6300 KN，综合布桩及承台等因素后节省基础桩总价20 %。
综上所述，此项目把优化的理念用在桩基设计中，带来了比较好的经济效益。
参考文献
[1] 顾国荣.桩基优化设计与施工新技术[M].北京:人民交通出版社, 2011.
[2] 盛宝婷等.挤扩支盘桩设计与施工及其技术要点[J].浙江建筑, 2006(02).
[3] 刘永超,郑刚等.预应力混凝土管桩斜截面抗剪承载力试验研究[J].建筑结构,2011(5).
[4] 周晓悦等.复杂桩端持力层下单桩承载力能力优化设计[J].建筑结构,2011(10).
摘要：以杭州地区某商业综合体为例，比较详细地阐述了桩基优化设计的思路、方法和过程。文章通过具体数据的对比分析，引入了挤扩支盘桩这种比较适合本项目的桩型，并利用试桩数据作为设计依据这两种优化方法，给工程带来很好的经济效益。
关键词：桩基设计；结构优化；挤扩支盘桩；试桩数据
1工程概况
项目性质为商业综合体，位于杭州市余杭区，地上部分由三幢19层、约99米高的高层建筑和2层裙楼组成，地下2层，其中地下二层为含平战结合6级人防地下室。总建筑面积约17.2万m2。
2工程地质情况
根据区域地质资料，拟建场地上部为全新世湖沼相沉积地层，中部为更新世海陆交互相沉积地层，下部为晚更新世陆相沉积地层，第四纪覆盖层厚度一般为40~50米左右，基底为侏罗系蚀变霏细斑岩。
拟建场地工程地质层可分为七大层，代表性土质剖面见下图。
单柱荷载特征值：裙房2500~4800KN，主楼15000~20000KN。
单柱水浮力（无裙房0.8米覆土）：4500 KN。
3桩基设计
按建筑总平面，室外自然地坪标高相当于黄海高程4.80米，拟建地下室，埋深约11.0m，基础主要设置于③-1c层粉质粘土夹粉土层或③-２淤泥质粉质粘土层上，以上土层力学性质均不能满足拟建建筑物对沉降变形的要求，因此针对本场地，天然地基无法满足设计要求，应采用桩基础。
未优化前（地堪单位建议值），裙房部分拟采用预应力管桩，以⑤-1粘土为持力层，单桩承载力特征值：500桩径为1200KN，600桩径为1500KN，有效桩长为24米；主楼部分采用钻孔灌注桩，以中风化凝灰岩为桩端持力层，单桩承载力特征值：800桩径为4300KN，1000桩径为6200KN。
裙房部分桩型优化分析：
因地下室埋深较大，采用预应力管桩需要“送桩”达到基础底面标高，增加作业难度；又因应力管桩单承载力不高，总桩数多，导致的挤土效应明显；因地下水位较高，大部分桩是抗拔桩，总桩长约24米，必然需要接桩，目前技术水平所限，预应力管桩抗拉接头的质量难以保证，并且接头处钢筋裸露，容易发生锈蚀，存在安全隐患。综上所述，首先排除了使用预应力管桩的方案。
若采用普通灌注桩，以⑤-1粘土为持力层，单桩承载力特征值偏低，单柱均要4桩或5桩才能满足承载力要求。成本比较高。
通过对场地土层情况的分析，我们认为采用挤扩支盘桩比较适合本项目。第一，从该场区土可以看出，该场区4-1、4-2、5-1、5-2、5-3都是工程性质比较好的土层，适于挤压扩径的土层比较厚，可以设置承力盘的土层数量和厚度都比较理想，可以充分发挥支盘桩把桩长范围内好土层端承充分发挥的特点。此外，该土层部分区域含有夹层，采用支盘桩技术根据挤压扩径时的压力表的读数，结合地勘资料可以有效地掌握土层的变化情况，确保将扩径点放在设计要求土层中，这样就可以更有效地保证单桩承载力的均匀。第二，本项目地下水位接近地坪标高，对抗拔有较高要求。挤扩支盘桩技术由于其桩身多处扩径的特点决定了其作为抗拔桩从受力机理角度具有很大的优越性。
挤扩支盘桩抗压单桩承载力计算：
桩径为0.6m，桩端持力层为5-1粉土层，桩底标高为-37.3m，桩顶标高暂定为-9.3，桩长暂定为28.0m，盘径为1.4m，3盘。桩身砼标号为：C35，按裂缝宽度验算结果配筋.
单桩抗拔承载力特征值Ra计算，计算公式：
R=QUK/2………………………………CECS192：2005 5.3.1
Uk =UΣλiqsi Li+ΣηqpjApj…………CECS192：20055.3.2
A侧阻B盘阻
A=3.14*0.6*（4*11*0.65+3.5*8*0.7+7.9*28*0.75+（9.4-1.2*0.7）*21*0.7+（5.2-1.2*0.7*2）*24*0.75）
A=759.80KN
B1=3.14*（0.7*0.7-0.3*0.3）*400*0.95=477.28kN
B2=3.14*（0.7*0.7-0.3*0.3）*700*0.85=747.32 kN
B3=3.14*（0.7*0.7-0.3*0.3）*700*0.75=659.40 kN
Ra= 2643.8kN（取2600KN）
普通灌注桩型抗压单桩承载力计算：
桩径为0.80m，桩端持力层为11-a全风化凝灰岩层，桩底标高为-46.3m，桩顶标高暂定为-9.3m，桩长暂定为37m，桩身砼标号为：C35，其它按构造配筋
单桩抗压承载力特征值Ra计算，计算公式：
Ra=3.14*0.8*（2*11+3.5*8+7.9*28+9.4*21+5.7*24+4*19+3.1*32+1.4*25）+3.14*0.4*0.4*1200=2651.67kN（Ra取2600kN）
相同承载力桩型经济分析（按2012年定额）
名称 桩型 桩身砼强度等级 单桩承载力特征值KN 单桩砼量 m3 最小布桩间距 m 单价元/m3 单桩造价 单桩节约造价
普通灌注桩 Φ800，桩长37米，入岩约1.5米 C35 2600 19.59 2.4 1000 19590 45%
挤扩支盘桩 Φ600，盘径1.4m，3个盘，28米 C35 2600 9.24 2.1 1170 10811
经济分析结论
1、本项目抗压挤扩支盘桩可比普通灌注桩节省基础桩总价45 %，经济效益可观；
2、本项目抗拔挤扩支盘桩可比普通灌注桩节省基础桩总价30 %，计算略。
主楼部分桩型优化分析：
根据地质报告，主楼桩如果按照《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.3.9条规定，单桩竖向承载力特征值Ra可按下式估算：Ra = Quk/2=u∑qsia Li + 0.5ζr frk Ap，Φ800钻孔灌注桩，桩长约41米，入中风化岩1.5米，计算结果为4800KN，而根据浙江省地方标准《工程建设岩土工程勘察规范》（DB 33/1065-2009）规定，单桩竖向承载力特征值Ra可按下式估算：Ra = up∑qsia Li +qpaAp，计算结果为4300KN，两种算法均未达到桩身承载力极限。优化思路：根据经验，地质报告的端阻及侧阻均取值偏低，可以通过试桩进行判断，并根据试桩结果确定单桩竖向承载力。
实际试桩结果如我们的预期，单桩竖向承载力特征值Ra达到6300 KN，综合布桩及承台等因素后节省基础桩总价20 %。
综上所述，此项目把优化的理念用在桩基设计中，带来了比较好的经济效益。
参考文献
[1] 顾国荣.桩基优化设计与施工新技术[M].北京:人民交通出版社, 2011.
[2] 盛宝婷等.挤扩支盘桩设计与施工及其技术要点[J].浙江建筑, 2006(02).
[3] 刘永超,郑刚等.预应力混凝土管桩斜截面抗剪承载力试验研究[J].建筑结构,2011(5).
[4] 周晓悦等.复杂桩端持力层下单桩承载力能力优化设计[J].建筑结构,2011(10).
