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上海银七星室内滑雪场裙楼改建工程桩基咨询

发表时间:2012-03-15 阅读次数:5469次

 

 


 

1工程简介

上海银七星室内滑雪场裙楼改建工程位于上海市七莘路以西、华中路以南,由1幢26层主楼(北楼,高约98.95m)、1幢27层主楼(南楼,高约99.85m)、5层裙房(高约24m)及2层地下车库(开挖深度约8.5m)组成。主楼采用框筒结构,裙房和纯地下车库采用框架结构,基础采用桩筏基础。工程用地面积28330m2,总建筑面积95895m2,其中地上建筑面积78535 m2,地下建筑面积 17360 m2

场地东侧为七莘路,地下室外墙边线距用地红线距离约22.7m;基地南侧为内部绿化,地下室外墙边线距用地红线最小距离大于11m;基地西侧为原裙楼及滑雪场雪道(图1),原裙楼为4层框架结构,十字条形基础(天然地基)建筑物,滑雪场雪道处为天然地面雪场,其东墙为独立基础,轻钢网架结构(图2),地下室外墙边线与原建筑物外墙距离一般为7.8m左右。基地北侧为华中路,地下室外墙边线与用地红线最小距离大于11m。七莘路和华中路上都有管线分布,最近管线为污水管和雨水管,距地下室外墙距离在20m左右。

 

             

2 工程地质条件

本工程场地原为上海银七星室内滑雪场裙楼。场地平整后地势比较平坦,根据岩土工程勘察报告,自然地面绝对标高在4.85~5.51m之间。

根据岩土工程勘察报告,勘察所揭露的75m深度范围内的地基土,主要由饱和粘性土、粉性土、砂土组成,一般具有成层分布特点。根据土的成因、结构及物理力学性质差异共划分为8个主要层次。其中第①、⑤、⑦层根据土的成因、土性特征分为两个亚层,第⑦2层又分为两个次亚层。浅层土分布情况如表1所示。

1 场地浅部土层分布情况一览表

 

土层序号

土层名称

层底标高(m)

标准贯入击数平均值(击)

比贯入阻力平均值ps(MPa)

备注

1

杂填土

3.65~ 3.03

 

 

遍布

2

暗浜填土

1.05~ 0.52

 

 

局部区域分布

粉质粘土

1.25~0.68

 

0.76

遍布

淤泥质粉质粘土夹薄层粉土

-0.80~ -2.09

 

0.95

遍布

淤泥质粘土

-6.49~ -11.39

 

0.51

遍布

粉质粘土夹砂

-14.80~ -22.48

 

1.22

遍布

a

砂质粉土

-13.21~ -21.82

7.0

3.07

局部区域分布

粉质粘土

-23.00~ -24.38

 

2.50

遍布

1

砂质粉土

-32.63~ -33.78

28.8

7.70

遍布

2-1

粉砂

-47.09~ -47.77

54.4

23.36

遍布

2-2

粉砂

-62.27~ -65.09

63.4

 

遍布

粉砂

未钻穿

72.4

 

遍布

3 初步设计方案

根据设计单位提供的初步设计方案:

  1. 26~27层主楼采用Φ700钻孔灌注桩,桩端持力层为第⑦2-1层粉砂,桩长35m,单桩承载力设计值为2835kN,总桩数546根;
  2. 5层裙房采用Φ650钻孔灌注桩,桩端持力层为第⑦1层砂质粉土,桩长27m,单桩竖向承载力设计值为1687kN,总桩数178根;
  3. 2层地下车库抗拔采用Φ600钻孔灌注桩,桩端持力层为第⑥层粉质粘土,桩长20m,单桩竖向抗拔承载力设计值为486kN,总桩数347根。

4 桩基优化设计咨询

4.1 场地地基土分析

对本工程桩基设计、施工有较大影响土层情况如下:

第①2层浜填土,在场地内近南北向分布,暗浜宽度约25m,浜底埋深一般为4.0m左右,局部埋深达4.7m。该层土较为软弱,桩基施工前应对该层土进行换填、回填建筑垃圾等处理措施以满足桩基施工需要。

第⑦1层砂质粉土,该层土分布较为稳定,层顶绝对标高一般为-23.00~-24.38m,层厚为8.30~10.50m,其比贯入阻力Ps平均值为7.70MPa,标准贯入击数平均值N为28.8击,属中密状态,根据大量类似工程经验,在满足沉降要求的前提下,该层为本工程最理想的桩基持力层。

第⑦2-1层粉砂层,层顶绝对标高一般为-32.63~-33.78m,层厚为14.00~15.00m,其比贯入阻力Ps平均值为23.36MPa,标准贯入击数平均值N为54.4击,属密实状态。该层为本工程良好的桩基下卧层,对控制建筑物总体沉降量很有利。根据现有PHC管桩生产工艺以及施工水平,如采用该层作为桩基持力层,若不采用桩位取土等特殊措施,工程桩将无法顺利送至设计标高。

故若采用第⑦2-1层粉砂层及其下土层作为桩基持力层时,根据现有施工工艺,桩型一般采用钻孔灌注桩,基础造价较高。

第⑦2-2层粉砂层,层顶绝对标高一般为-47.09~-47.77m,层厚为14.50~18.00m,标准贯入击数平均值N为63.4击,属密实状态。第⑨层粉砂层,层顶绝对标高一般为-62.27~-65.09m,标准贯入击数平均值N为72.4击,属密实状态。这两层均为本工程良好的桩基下卧层,对控制建筑物总体沉降量很有利。

本场地第⑦层与第⑨层直接相连,对发挥工程桩的承载力以及控制建筑物沉降量均很有利。

因此,宜采用第1层砂质粉土作为主楼桩基持力层。在桩基设计时应注意的是,第1层顶部2~3m处有一层厚度约1m左右的软弱夹层,因此在选择桩长时应注意确定合理的桩端入土深度,在估算单桩承载力时宜按规范要求取桩端阻力影响范围内土层的物力力学性质指标。

4.2 桩基持力层选择

本工程拟建26~27层主楼荷载较大,场地第⑥层粉质粘土及其以上土层承载力难以满足桩基设计要求。根据多项类似工程经验分析,若选用第⑦1层砂质粉土作为桩基持力层完全能够满足单桩承载力及桩基沉降的要求。为了既充分发挥地基土潜力,又确保工程桩后期沉桩顺利进行,根据类似工程经验,宜控制桩端进入持力层深度为5~6m左右(层顶2~3m处有软弱夹层,实际进入持力层深度约3~4m),主楼最终沉降量一般可控制在8cm以内。

本工程拟建5层裙房为框架结构,可选用第⑥层粉质粘土或第⑦1层砂质粉土作为桩基持力层。本工程拟建2层纯地下车库为框架结构,考虑到地下车库较深,柱网间距较大,桩端一般宜进入第⑥层粉质粘土或第⑦1层砂质粉土。为了充分发挥地基土潜力,桩端进入持力层深度宜与桩身结构强度相匹配,故建议桩端进入第⑦1层砂质粉土。

4.3 桩的类型选择

本工程拟建建筑物如选择第⑦1层及以上土层作为桩基持力层,桩的类型选择余地较大,预制桩和钻孔灌注桩均可以满足设计要求。从经济角度进行分析,钻孔灌注桩的单位价格承载力远小于预制桩,从施工角度分析,钻孔灌注桩施工质量相对较难保证,因而建议采用预制桩。

如采用预制钢筋混凝土方桩或PHC管桩,桩径超过400mm时,按照目前市场价格,PHC管桩较预制钢筋混凝土方桩更经济。同时,为了取得较好的经济效益并减少沉桩对周边环境的不利影响,本工程需采用结构强度较高的桩型,以减少桩数,而且较高的单桩竖向承载力设计值也有利于布桩,这些都要求桩端进入第⑦1层要有足够深度,使得地基土提供的承载力比较接近桩身结构强度,因此沉桩将会有一定难度。从沉桩的角度来看,PHC管桩桩身结构强度高,且质量稳定性较预制方桩好,能够更好地满足设计与施工对桩身强度的要求。此外,PHC管桩作为抗拔桩时具有很高的抗拔承载力,可大幅降低桩基工程造价;且PHC管桩作为抗拔桩时一般按无裂缝控制,工程质量较预制方桩或钻孔灌注桩更好。

因此建议:

1、 本工程26~27层主楼宜采用国家建筑标准设计(03SG409)PHC AB600 130管桩方案,桩端配40cm开口桩靴。

2、 本工程5层裙房宜采用上海市建筑标准设计(DBJT08-92-2000,图集号2000沪G502)PHC AB500 100管桩方案,桩端配30cm开口桩靴。

3、 本工程2层纯地下车库宜采用上海市建筑标准设计(DBJT08-92-2000,图集号2000沪G502)PHC B500 100管桩方案,桩端配30cm开口桩靴。

4.4 单桩竖向承载力设计值的确定

根据已有的多项PHC管桩工程试桩资料,在地质条件与本工程相类似的情况下,当桩端进入第⑦1层砂质粉土2d~4d以上时,按上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》(DGJ08-37-2002)第13.3.7条规定采用静力触探试验成果进行计算,得到的单桩竖向承载力计算值比较接近静载荷试验值。

根据上海市工程建设规范《地基基础设计规范》(DGJ08-11-1999)第6.2.5条规定,按地基土对桩的支撑能力确定预制桩的单桩竖向承载力设计值时,桩侧极限侧摩阻力标准值可按公式确定:

 

       根据上述公式,确定预制桩桩侧极限摩阻力标准值fs,并按规范要求取桩端以下4倍桩径,桩端以上8倍桩径范围内的桩端极限端阻力标准值fp,通过计算并结合桩身强度,建议:

本工程26~27层主楼PHC AB 600 130管桩单桩竖向抗压承载力设计值为4000kN,5层裙房PHC AB 500 100管桩单桩竖向抗压承载力设计值为2400kN,2层纯地下车库PHC B500 100管桩单桩竖向抗拔承载力设计值为850kN。

4.5 桩基沉降计算

本工程采用上海市工程建设规范《地基基础设计规范》(DGJ08-11-1999)中Mindlin应力公式法估算建筑物沉降时,需根据类似工程条件下的实测建筑物沉降资料来确定桩基沉降计算经验系数。根据我司对数十项类似工程地质条件的建筑物的长期沉降观测资料的统计分析,建议本工程主楼桩基沉降计算经验系数Ψm取0.35

根据建设单位提供的有关资料,并按不同区域的地质资料,计算得出南楼最终沉降量为5.98mm,北楼最终沉降量为5.85mm。

4.6 沉桩的可行性分析(静压桩)

本工程裙房和地下车库桩端进入持力层深度较小,沉桩一般无困难。

本工程主楼如采用PHC 600 AB管桩,当桩基持力层为⑦1层时,桩身所穿过的土层有②、③、④、⑤及⑥层土,沉桩一般无困难,但当桩端进入持力层后,随着桩端进入持力层深度的增加,沉桩动阻力会明显增大,根据我司科研成果,估算其沉桩动阻力初始值约为5500kN左右(以C1号孔为例,沉桩阻力估算曲线如图3所示);考虑到核心筒部位工程桩比较密集,大规模密集沉桩时沉桩动阻力会明显增大,估算后期沉桩动阻力可达7000kN左右(以C1号孔为例,沉桩阻力估算曲线如图4所示),因此宜采用800~900吨(有效压力应大于750吨)的液压静力压桩机。

 

4.7 沉桩对周围环境的影响及防范措施

本场地浅层沉积均为粘性土,其渗透性较差,不利于浅层土体超静孔隙水压力的消散。场地西侧滑雪场主体结构距本工程桩距离约8m左右,为重点保护对象;场地南侧为空地;场地北侧华中路和场地东侧七莘路均距工程桩较远,道路管线相对较少且无特别重要管线。鉴于场地周边比较开阔,因此可采取以下措施来减轻沉桩对周围环境的影响:

(1)合理安排压桩流程及控制沉桩速率

合理的压桩流程及适当控制沉桩速率,原则上是背离被保护对象(尤其是滑雪场主体)方向进行,压桩初期压桩速率控制在6~8根/日,同时在压桩过程中根据监测结果适当调整沉桩速率,但每天沉桩数量不得大于10根,并保证沉桩期间每天有8小时以上的休止时间。当被控对象位移累计量超过10mm(或日位移增量超过2mm),采用跳压(间隔距离应大于20m)或停压等办法调节和控制土体位移量。

(2)设置防挤沟

在整个场地四周设置一圈防挤沟进行保护,防挤沟可以减小地表土的位移,一般防挤沟深度为1.5m左右,底宽不小于1m。

(3)设置位移监测系统

对邻近建筑物、地下管线等进行位移观测(水平向和垂直向),在压桩施工期间,每天至少观测一次,如位移值超过报警值(邻近建筑物:累计位移超过10mm或2mm/日;地下管线:累计位移超过10mm或3mm/日)应每天观测两次,并及时报送业主、施工等有关方面,以便调整压桩流程和速率或进一步采取措施。

4.8 最终咨询建议

(1)本工程各建筑物均采用第1层砂质粉土作为桩基持力层。主楼桩型采用国标PHC AB 600 130管桩,配40cm开口桩靴,桩长26m,总桩数356根;裙房桩型采用上海标准PHC AB 500 100管桩,配30cm开口桩靴,桩长24m,总桩数119根;地下车库桩型采用上海标准PHC B 500 100管桩,配30cm开口桩靴,桩长22m,总桩数113根。

(2)本工程通过静载荷试验确定单桩竖向承载力设计值,主楼Rd=4000kN,裙房Rd=2400kN,地下车库Rd’=850kN

(3)建议本工程主楼桩基沉降计算经验系数Ψm取0.35

(4)沉桩方式宜采用静力压桩工艺,静压桩设备应与管桩的桩身强度相匹配,建议采用800~900吨(有效压力大于750吨)的液压静力压桩机。在施工过程中,要严格控制焊接质量,焊接前确认管节及端板是否合格平整,焊接过程按相应标准进行,焊接后冷却时间不应小于8分钟。

(5)选择质量可靠的管桩生产企业,要求厂家严格控制管桩的质量,确保管桩高压蒸养后要有14天以上的常温养护时间。

5 咨询成果分析与验证

本工程2007年3月我司介入设计咨询,2007年6月通过审图,2007年8月开始桩基施工,2007年12月基坑开挖到底,2008年12月结构封顶。

在此过程中,设计单位最终完全采纳了我司上述建议,通过参建各方共同努力,本工程取得了圆满成功。通过分析比较和工程施工,可以得出:

  1. 桩基总造价不到原初步设计方案的30%,直接节约桩基工程造价800万元以上。
  2. 由于桩数减少及桩型改变,桩基施工工期大大缩短。
  3. 静载荷试验表明,单桩承载力完全能够满足设计要求。
  4. 施工单位采用1000吨液压静力压桩机,沉桩动阻力实测值与估算值接近,95%以上的工程桩压到了设计标高(见图5)。
  5. 由于省却了钻孔灌注桩在基坑开挖过程中的截桩处理,从而大大加快了基坑开挖进度,也降低了基坑围护风险。
  6. 主楼结构封顶时,建筑物沉降量2~3cm,估计桩基最终沉降量不大于6cm,完全满足桩基沉降量要求。地下车库未发生上浮现象,主楼和地下车库之间也未因差异沉降产生不良影响。
  7. 在采纳我司建议后,沉桩对周围环境的影响较小,未对周围道路、管线和建筑物造成明显影响,尤其未影响滑雪场的营业。

 

 

 

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