江宁医改中心混凝土桩基分析.pdf

2 0 1 6年第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C ONCRE T E AND CE ME NT P RODUC T S 2 01 6 No4 A p r i l 江宁医改中心混凝土桩基分析 蒋跃楠 ， 万大前 。 ( 1 金陵科技学院建筑工程学院， 南京 2 1 1 1 6 9 ； 2 中国建筑第八工程局有限公司， 上海 2 0 0 1 3 5 ) 摘要 ： 以江宁 医改 中心一期 工程 为依托 。 探讨 了桩基础 的设计 与施工方 法， 分析 了抗拔 桩与抗压桩 的静 栽试 验 。 结果表 明， 本工程的抗拔 桩平均回弹率一般 大于抗压桩 ； 抗拔桩 回弹变形 中桩 身的弹性恢复只是小部分 ， 桩身质 量 对抗拔桩 的变形有 一定影响； 同一地段发生 同等位移条件下 ， 抗压荷 栽明显大于抗拔荷载 且荷 载差异随位移的增 加 而增加 ： 荷栽作 用下 的基桩 变形与检测 的间隔时间关 系不 大。 关键词 ： 抗拔桩 ； 抗压桩 ； 静 栽试验 ； 变形量 Ab s t r a c t ： A s p r o j e c t o f J i a n g n i n g h o s p i t a l c a r e c e n t e r I， d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n m e tho d o f p i l e f o u n d a t i o n a r e i n v e s t i g a t e d ， s t a t i c l o a d e x p e r i me n t a l r e s u l t s o f t e n s i o n p i l e a n d c o mp r e s s i o n p i l e are a n aly z e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t ， a v e r a g e r e b o u n d r a t e o f t e n s i o n p i l e i n t h i s p r o j e c t i s m o r e t h a n c o m p r e s s i o n p i l e s ； e l a s t i c r e c o v e r y of t e n s i o n p i l e i n r e b o u n d d e f o r ma t i o n i s a s ma l l p a r t ，t h e r e i s t h e i n f l u e n c e of p i l e q u a l i t y o n d e f o r ma t i o n of t e n s i o n p i l e ；u n d e r t h e s a me are a a n d s a me c o n d i t i o n o f d i s p l a c e me n t ， c o mp r e s s i o n l o a d i s o b v i o u s l y mo r e t h a n t e n s i o n l o a d ，a n d w i t h i n c r e a s i n g t h e d i s p l a c e - me n t ， t h e l o a d d i ff e r e n c e i n c r e a s e d ； u n d e r t h e r o l e o f l o a d ， p i l e d e f o rm a t i o n a n d d e t e c t e d i n t e r v al h a v e l i t t l e r e l a t i o n s h i p Ke y wo r d s ： T e n s i o n p i l e ； C o mp r e s s i o n p i l e ； S t a t i c t o a d e x p e r i me n t ； De f o r ma t i o n a n a o u t 中图分类号 ： T U 7 4 文献标 识码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 6 ) 0 4 9 0 0 5 1 工程概 况 南京江宁区医疗服务 中心按三级 甲等医院、 医 科大学附属 医院 、 区级 医疗急救 中心的规模和相关 标准设置 ， 拟建成集 医疗 、 教学 、 科研 、 预 防、 保健 、 康复 、 急救功能为一体 的现代化综合性医院。新建 工程位于江宁老城 区， 东至外港河西路 、 西至湖山 路 、 南至外 港河南路 、 北至泥塘西路 一期工程总建 筑面积为 1 9 6 7 0 0 m 2 ， 二期建成后全院总建筑面积约 为 2 3 6 2 0 0 m ， 工程总平面如图 1所示 。一期工程主 要 由病房楼 、 产科楼 、 医技楼 及教研楼 等单 项建筑 组成 ， 其 中医技楼和周边绿地部分作为人 防工程区 域 进行 了大面 积开 挖 ，地下 部 分 总建 筑 面积 共 5 8 8 3 5 m ， 新建建筑物的具体工程性质见表 1 。 2工程地 质 本工程 场地属丘陵岗前河漫滩相过渡 地貌单 元 ， 主要 覆盖第 四纪松散沉积物 ， 场区地 势起伏 变 图 1 江宁医改中心平 面图 化大。根据土层的成因时代 、 物理力学性质指标等 差异 ， 本场地共划分五个工程地质层 ， 各层岩土体 的分布及具体特征见表 2 。 表 1 本工程建筑物一览表 基金项 目： 金陵科技学院科研启动基金( j i t - r c y j - 2 0 1 4 0 2 ) 。 一 9 0 3 桩 基础 设计 及施 工 3 1 桩基设计 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 蒋跃楠， 万大前 江宁医改中心混凝桩基分析 由表 2可知， 本场地浅层士体松散、 深层岩体 强度高， 故采用双控标准进行桩基设计。桩基础必 须同时满足桩长和人岩深度两个要求 ， 桩长不得小 于 1 0 m、桩端嵌入岩层一定深度。本工程单幢建筑 物的桩基础设计概况如下： 病房楼设计 4 2 2 根钻孑 L 灌注桩，其中3 7 5 根为0 8 0 0 ra m的抗压桩， 4 7 根为 0 6 0 0 m m的抗拔桩 ， 桩端嵌岩深魔大于 2 4 mI 教研 楼 设计 了 3 1 9根钻 孑 L 灌 注桩 ，其 中 2 6 9根 为 0 6 0 0 m m的抗压桩 ， 5 O根为 0 6 0 0 ra m的抗拔桩。 桩 端嵌岩 深度 大于 1 2 m；产科 楼设计 了 2 7 0根 0 6 0 0 ra m的抗压桩；医接楼及周边绿化部分为人防 工程区域 ， 设计两层太地下室， 其中氪一层的建筑 面积为7 8 4 5 m 2 ， 负二层的建筑面积为 7 7 3 9 ， 由于 大地下室的地上部分均为中低层建筑，所以设计 1 1 4 9 根 0 6 0 0 m m的抗拔桩， 嵌岩深度大予 2 ,4 m。 3 2 桩基施工 本工程的抗拔和抗压桩基础全部采用钻孔灌 注桩 ， 利用 1 2台 G P S 一 1 0型钻机正循环成孔 ， 为加 快钻进速度， 在上层可塑性粉黏土中转速控制在 档；在下层残积土和粉砂岩中转速控制在 I 档 ， 部 分钻孔在终孔前提取适量岩石碎渣进行封样交付 监理 、 勘察设计和业主进行确认。在桩基成孔过程 中尽量利用原土造浆， 松散易塌地层中的泥浆比重 控制在 1 3 0左右，黏性土层中的泥浆比重控制在 1 2 5 左右。在钻孔过程中， 当钻机钻进至离设计孔 深 1 0 m 一 0 5 m处时开大泵量采用慢速扫孔式钻进至 终孔，然后将钻头提离孑 L 底 1 0 2 0 e ra进行清孔排 渣， 此工序的时间不少于 3 0 m i n ， 第一次清孔后提出 钻杆，测量孔深并立即安放钢筋笼和混凝土导管， 通过导管压入清浆进行第二次清孔，第二次清孔 后 ， 由专人测量孔深 及孔底沉渣 ， 要求沉渣厚度小 于 l O c m； 两次清孔结束后保持孔 内水头高度 ， 3 0 mi n 内灌注混凝土 超过 3 0 m i n的必须重新测定孔底沉 渣厚度 以免沉渣过厚或岩层泡水时间过长影响桩 身质量及单桩承载力。 3 。 3 桩基整改 由于本工程人 防区域 的西南角为岩层浅区 。 表 层土 4 m以下便是中风化泥质粉砂岩 ，针对该地质 状况设计单位对桩基础进行 了整改 ， 把原钻孔灌注 桩改成旋挖灌注桩 ， 共设计 7 O根旋挖抗拔桩 ， 但在 施工过程 中发现旋挖桩 的施工时间为 l m h左右 ， 严重影 响施工工期 ，为加快进度只能重新修改， 经 过反复核算，最后把旋挖灌注桩改为有效桩长 4 m、 桩身全断面进入中风化砂岩 的人工挖孔或冲孔桩 ， 该全嵌岩抗拔桩的极 限承载力标准值为【 l 】 ： Q 醅 = 0 。0 4 f r h ( 1 ) = 0 0 4 x 1 0 x l 0 0 0 x r r x 0 6 x 4 0 = 3 01 6 k N 因为该区域 的抗拔桩设计承载力为 7 0 0 k N， 根 据验算结果， 桩基承载力满足要求。 4 桩基检测结果及分析 为 了检验单桩设计承载能力 ， 抗拔桩和抗压桩 在施工完成 1个月后进行 了静载试验 ， 各建筑物桩 基试验的相关参数及结果如下。 4 1 病房楼静载试验结果及分析 病房楼 的主楼为小高层建筑 ，辅楼为低层建 筑 。 桩基础完工后 对 7根桩进行抗拔 、 抗压 的静载 试验。 试验结果见表 3和图 2 、 图 3 。 由下列图表可知 ， 抗压桩和抗拔桩的静载 曲线 都属于缓变形 ， 但试验结果 明显不 同 ， 对于抗拔桩 而言 ， 当上拔荷载超 过 7 0 0 k N后 ， 桩顶位移将迅速 增大 ， 而抗压桩则竖向压力增加到 4 0 0 0 k N后 ， 桩顶 沉降及其变化速率才逐渐增大 ， 这是钢筋混凝土材 料抗压强度远大于抗拉强度的结果。在图 2和图 3 中， 抗压桩卸载后 的回弹量均小于抗拔桩 ， 其原 因 有两个 ：一是抗拔桩 的受力方 向与重力方 向不一 致 ， 抗拔桩卸载后在 自重作用下将 回落 而抗压桩 91 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 6年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 2 4 0期 衙 载 k N 图 2 病房楼抗拔桩静载试验 曲线 桩端刺人土体后 。 卸载不能恢复全部变形 ； 二是抗 拔桩 以钢筋受力 为主 ，而抗压 桩以混凝 土受力为 主 ， 钢筋有一定的弹性而混凝土为塑性材料。 4 2 医技楼静载试验结果及分析 医技楼及周边绿化地带 为整体 大开挖 的两层 人 防地下室 。 桩基础全部为抗拔桩 。 基础完工后共 抽检 1 2根桩 ， 其试验结果见表 4和图 4 表 4 医技楼检测结果汇总表 一 9 2 1 6 l 4 1 2 l 0 8 6 4 2 O 荷 载 k N 图 3 病 房楼抗压桩静载试验 曲线 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 O O 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0 荷载， k N 图 4 医技楼抗拔桩静载试验 曲线 由表 4和图 4可知 1 2根抗拔桩的静载试验变 化趋势相似 ， 其中 2 1 #和 2 2 6 #桩 的回弹率较大 ， 为 4 8 3 ， 8 #桩的回弹率较小 ， 为 3 5 3 。 根据文献 2 ， 在上拔力作用下 。 考虑重力影响后桩身的最大弹性 伸长量可按下式进行近似计算 ： S - _ 4 Q - , n d 2 Ly o 霄 Ep ( 2 ) 式中 ： O为桩顶上拔力 ， k N； L为桩长 ， m； d为桩 径 ， m； T G 为桩 自重 ，取 2 5 k N m m Z ； 为桩身弹性模 量 ， 取 3 1 5 x l 0 4 N m m 2 。 把 2 1 # 、 2 2 6 #及 8 静的相关参数代人上式，经计 8 6 加 u魄m H 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 蒋跃楠 ， 万大前 江宁医改中心混凝土桩基分析 算 得 ： 1 桩身 = 2 7 9 m m， 2 l 实 测 = 7 3 7 ra m； A S z 2 6 桩身 = 2 6 3 mm， 5 2 2 6 实 测 ： 6 4 9 m m； 1 佣桩 身 = 2 5 7 m m， 实 测 = 4 5 3 ram。 对 比计算 和实测结果 ，不论是 回弹率较高 的 2 1 # 、 2 2 6 #桩还是 回弹率较小的 8 #桩 ，桩身的弹性 变形量均小于实际 回弹量 ， 这表明抗拔桩的回弹变 形 中桩身的弹性恢复量只是一小部分 总变形还有 卸载后桩身混凝土微裂缝的闭合 以及桩端回落等 ， 因此 ， 抗拔桩受力后 的变形是复杂 的， 认 为抗拔桩 变形为桩身 弹性变形和土体变形是不完整的 ， 桩身 质量对抗拔桩变形有一定影响 ， 这一点在文献【 3 1 中 也有 提及 4 3 产科楼及教研楼静载试验结果及分析 产科楼及教研楼均为多层建筑 ， 产科楼进行 了 3根桩的抗压静载试验 ，教研楼抽检了 1 0根桩 ， 其 中 5根桩进行 了抗拔静载试验 、 5根桩进行了抗压 静载试验 ， 试验结果见表 5 、 表 6和图 5 图 7 。 制 表 5产科楼检测桩结果汇总 荷载 k N 图 5 产科楼抗压桩静载试验曲线 童 荷载 l 【 N 图 6 教研 楼抗 拔桩 静载试验 曲线 荷载 l 【 N 图 7 教研楼抗压桩静载试验曲线 一 9 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 6年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 2 4 0期 对 比图 5和图 7可知 在相同的终止荷载作用 下 ， 产科楼抗 压桩的残余 变形量较大 ， 其原 因是产 科楼的基桩挣力层深 ， 桩端进入中风化泥质粉砂岩 中的深度小 ，桩端的嵌 固作用弱导致残余变形大。 总体而言 。 产科楼和教研楼抗压桩的变形量都小 于 病房楼 。 这是 终止加载条件不同造成 的 ， 产科 楼和 教研 楼 的最大 施 压荷 载为 3 5 0 0 k N，而病房 楼 为 7 2 0 0 k N， 远大于前者。 在 图 6中 教研楼 3 8 #抗拔桩 的变形量 明显大 于其它桩 。 但变形过程平缓 ， 这说 明该 桩的桩底沉 渣较厚 如果施工过程 中清孔不彻底或孔壁塌落等 因素造成桩底沉渣过厚 ， 桩身受到上拔力作用后变 形将 明显增加。 5抗拔 桩 与抗压 桩 的受荷 机 理 从前述试验结果可见 。 抗压桩 和抗拔桩 的静载 试验 曲线均呈缓变 型 ， 在满足终止加载条件下 ( 加 载至设计要求 的单桩竖向抗 压或抗拔承载力特征 值 2倍 ) ， 各桩均未达到极限破坏 ， 桩基还保 留一定 的安全储备 。对比同一工程的抗拔 、 抗压桩静载试 验 曲线 ， 在发生 同等位移条件下 ， 抗压荷载明显大 于抗拔荷载 这种差异随位移 的增加而增加 。 分析基桩的荷载传递方式可知 ， 桩顶受荷后首 先传给上层桩侧土体 ， 桩侧土体达到极限强度则桩 土发生相对位移 ， 荷载继续 向下传递 ， 根据文献 4 】 和文献 f 5 1 ，桩侧摩阻力 的发挥与桩顶受荷方 向有 关 ， 在相 同位移条件下 抗拔桩 的侧摩阻力小于抗 压桩 的侧摩 阻力 ，两者侧摩阻力 比值 A在 O 5 1 0 之间。本工程中， 造成抗拔 、 抗压桩侧摩阻力差异 的 因素主要是桩周土体应力状态。根据表 2中的工程 地质状况 ， 本工程桩周土体基本为有一定强度 的黏 性土 ， 桩顶受荷后 。 桩周侧摩阻力可根据库仑公式 进行计算6 1 ： f = t r h t a n 8 ( 3 ) 式 中： 为桩周径 向应力 ； 6为桩周土体内摩擦 角 。桩土之间的径 向应力对桩周侧摩阻力有直接影 响 ， 抗拔桩受到上拔力作用后 桩体产生的收缩趋 势使径 向作用力相应减小 ； 而抗压桩则相反 。因此 ， 荷载作用方 向不同将导致抗 拔桩的侧摩阻力小于 抗压桩 。 抗拔桩和抗压桩 的侧摩 阻力都是从上到下逐 渐发挥 的 ， 当荷 载较小 时 桩顶荷载 由桩身上部侧 摩阻力承担 ， 随着荷 载的增加 。 在上部侧摩 阻力 到 达极限后 ， 桩土发生相对位移 ， 桩体 下部侧摩 阻力 发挥作用 。 抗拔桩在荷载增大到一定程度时端部土 体松弛 。 桩端阻力必然会减小 ， 相应地桩端侧摩阻 94 力也会减小 ， 表现 为纯摩擦桩 ； 而抗压桩 随着 的荷 载增加 ， 端部产生压密效应 。 这种压密效应增强 了 桩端的阻力 相应使桩端侧摩阻力也增大 ， 表 现为 端承摩擦桩 。 桩端阻力的差异使抗拔荷载小于抗压 荷载。 根据上述各图中的静载试验曲线可知 。 本工程 抗拔桩和抗压桩的变形量与时间没有相关性 ， 荷载 作用下的基桩变形不因施工 和检测之 间的时间间 隔而改变 这一点 与预制桩有所不 同， 这是因为钻 孔灌注桩在施工过程 中对桩周土体 的原始应力状 态破坏较小 ， 只要桩 身混凝土达到强度后 ， 时间对 检测结果影响不大。 6结论 ( 1 ) 嵌岩桩的设计与施工应根据工程具体地质 状况进行适当调整 ， 在桩基承载力满足要求的前提 下 ，尽量采用最合适 的施工方法 以加快施工进度 ， 提高经济效益和社会效益。 ( 2 ) 抗拔桩 平均 回弹率一般 大于抗 压桩 ， 主要 是抗拔桩卸载后在 自重作用下 的回落 和钢筋 的弹 性作用 ， 而抗压桩以混凝土受力为主。 ( 3 ) 抗拔桩 回弹变形 中桩身 的弹性恢复只是小 部分 。 更多的是卸载后桩身混凝土微裂缝 的闭合及 其它因素， 桩身质量对抗拔桩 的变形有一定影响。 ( 4 ) 抗拔桩 与抗 压桩在发 生同等位移条 件下 ， 抗压桩 的荷载 明显大于抗拔桩 ， 荷载差异 随位移的 增 加 而增 加 主要 是 两种 桩 受力 后 的 桩周 应 力 状态 及桩 端 阻力不 同造 成 的 。 参考文献 ： 【 1 】 吴兴序 ， 于志强 ， 庄卫林 岩层 中抗拔 桩的承载力计 算方法 探讨 J 西南交通 大学学报， 2 0 0 2 ， 3 7 ( 2 ) ： 1 9 0 1 9 4 【 2 】 刘鸿文 材料力学【 M 】 北京： 高等教育 出版社， 2 0 1 1 3 】 张忠苗， 吴庆勇， 张广兴 抗拔桩和抗 压桩受力性状 异同性 研究 J 工程 勘察， 2 0 0 6 ( 6 ) ：4 9 4 m， L M P e r f o r ma n c e o f a x i a l l y l o a d e d p i p e p i l e s i n l a n d J G e o t e c h E n g r g A S C E ， 1 9 9 1 ， 1 1 7 ( 2 ) ： 2 7 2 - 2 9 6 5 】 陈小强， 赵春风， 甘爱 明 成层土 中抗 拔桩与抗压桩 的模型 试验研究 J 】 地下空 间与工程学报， 2 0 0 9 ( 增 2 ) ： 1 5 3 7 1 5 4 1 6 1 R a n d o l p h M F A t h e o r e t i c a l s ma y o f t h e p e rf o rm a n c e o f p i l e s D U n i v e r s i t y o f C a m b r i d g e ， 1 9 7 7 收 稿 日期 ： 2 0 1 5 1 2 2 9 作者简 介 ： 蒋跃楠 ( 1 9 6 9 一 ) ， 女 ， 高级 工程 师、 博士。 通讯地址 ： 江苏南京市江宁 区弘景大道 9 9号 联 系电话 ： 1 5 3 1 2 2 0 9 0 5 7 E ma i l ： 1 6 7 9 0 8 9 5 6 2q q c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m