1、 工程概况
9号观邸DK3高层剪力墙住宅地上三十三层地下两层,地基基础设计为phc管桩,桩径500,桩长L=40m,通过设计和施工两个环节的优化,将桩长变更为32~35m,共节约费用100多万元。
2、 地质条件
场地地貌单元属黄土梁洼区。
2.1地层结构
(1)填土:
杂填土①-1Q4ml:以建筑垃圾为主,含大量砖瓦块、灰渣等,含少量粘性土,土质不均匀,普遍分布。
素填土①-2Q4ml:以粘性土为主,含少量砖瓦碎块、灰渣等,局部为原有建筑地基,土质不均匀。
(2)黄土②Q32eol:具虫孔,大孔,含少量钙质薄膜,零星钙质结核、蜗牛壳,具有湿陷性,中等偏高压缩性。
(3)古土壤③Q31el:具团粒结构,含钙质结核,层底结核较富集,局部具有湿陷性
(4)黄土④Q22eol:具虫孔,大孔发育,含少量钙质薄膜,零星钙质结核、蜗牛壳。层底结核较富集,局部具有湿陷性。
(6)粉质粘土⑥~⑩Q22al:含铁锰氧化物、零星钙质结核、蜗牛壳及云母。层底部夹有中粗砂透镜体,呈灰黄色~灰色,密实,饱和。
2.2湿陷性评价
场地属自重湿陷性黄土场地。
2.3地基土的承载力特征值
地基承载力特征值
土层名称及
编号 黄土
② 古土壤
③ 黄土
④ 古土壤
④-1 黄土
④-2 古土壤
⑤ 粉质粘土
⑥
fak(kPa) 160 150 150 160 150 160 170
土层名称及
编号 粉质粘土
⑦ 中粗砂
⑦-1 粉质粘土
⑧ 中粗砂
⑧-1 粉质粘土
⑨ 中粗砂
⑨-1 粉质粘土
⑩
fak(kPa) 170 190 190 220 220 240 230
15#楼~19#楼场地属自重湿陷性黄土场地,地基湿陷等级为Ⅱ级,若采用桩基础方案,桩侧负摩擦力的影响较大,单桩竖向极限承载力标准值偏小。地勘报告建议,为提高桩基的竖向承载力,减小桩长,在桩基施工前,采用素土或灰土挤密桩等方法进行预处理,消除基底下湿陷土层的自重湿陷性。实施过程中,考虑到如果采用预处理方案,施工环节多工期长,影响进度计划,决定采用phc静压管桩基础,在桩基设计过程中,考虑负摩阻力影响。
3、 桩基设计环节优化
设计院提供计算结果:底层墙柱最大组合内力:299176.8KN
换算为标准值:299176.8/1.25=239341.44KN
底板重:442x1.8x25=19890KN
基底竖向力合计:239341.44+19890=259231.44KN
优化前桩基设计参数:D=500mm,L=40m,单桩竖向极限承载力标准值5400KN,n=137根。经过分析荷载数据和地勘报告,认为桩基承载力和桩长取值均有优化余地,按照桩长35m,扣除负摩阻力影响,计算单桩极限承载力为4750KN,按此计算总桩数为n=259231.44/2375=109根,设计院出图时调整为131根。
4、 桩基施工环节优化
15号楼设计单桩极限承载力标准值为4750KN,在沉桩过程中,由于土层不均匀,黄土中局部夹有砂层透镜体,桩顶标高相差很大,有的在终止压力达到4750KN情况下,桩顶高出设计标高4m,有的在压力仅达到3370KN即压到桩顶设计标高,如何确定合理的终止压力和贯入度,对于保证桩身完整性和桩基承载力非常关键。
4.1终止压力确定
在沉桩过程中遇到浅层夹砂或钙质结核层时,可以顺利穿透,基本不影响沉桩,但是,假如夹砂层埋深较深,由于桩侧摩阻力已经累积很大,如果硬要穿透该层,需要加大设备压力,很容易将桩身压裂,因此,确定合适的终止压力,既要减少桩头的外露长度,又要保证桩身完好无损,成为实施中的一个难点,目前还没有看到针对具体土层的相关资料。我们的做法是,采用比桩的竖向极限承载力稍高一些的数值即5100KN,按此数值压完桩之后,检测单位跟进检查桩身完整性,确认没问题后再确认。
4.2桩入土深度确定
由于土层不均匀,在压桩之前,根据地勘报告很难断定某个部位的某根桩在某个压力下能够入土多少,在满足承载力情况下,尽量减小桩长,较少截桩数量是我们的控制目标。我们的设计桩长为35m,在现场接两次桩头,分三段来组合,在确定分段长度的时候即考虑可以组合成总长32~35m,在施工现场打桩时,根据桩的平面位置,将其分别成组,每组先试压一根35m的桩,如果能够顺利压入,则周边的桩也按35m,如果在终止压力达到5100KN时还不能压到设计标高,则根据桩顶高出情况,调整周边桩的长度,做好每根桩的施工记录。按照这样的原则,施工完成后,抽取按终止压力和最小桩长两种情况控制的桩作单桩竖向静载试验,结果均能满足设计承载力要求。
5、优化效益核算
经过对桩基在设计和施工两个环节的优化,DK3共五栋高层节约成本100多万元。需要说明的是,施工阶段的优化需要施工管理人员一丝不苟的密切配合才能实现。
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