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 鄭  楷1，趙大軍2，隗延龍3，畢  巖4

 （1．吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，吉林  長(zhǎng)春  130118；2．吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林  長(zhǎng)春130022；3．中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西  西安  710077；4．中國(guó)新興建設(shè)開(kāi)發(fā)總公司，北京  100039）

[摘要]分別對(duì)北京和西安2個(gè)不同的超高層綜合樓項(xiàng)目及高層住宅項(xiàng)目灌注樁基進(jìn)行了壓漿前和壓漿后樁基沉降量的有限元數(shù)值模擬，并結(jié)合實(shí)際的單樁靜載受壓試驗(yàn)得出的樁基沉降量進(jìn)行分析對(duì)比，得出壓漿后灌注樁數(shù)值模擬沉降量與實(shí)際沉降量之間的誤差率。

[關(guān)鍵詞]樁基礎(chǔ)；高層建筑；灌注樁；后壓漿；沉降；數(shù)值模擬

[中圖分類號(hào)] TU473.1[文章編號(hào)]1002 -8498( 2016) 07 -0066 -04

0  引言

 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速增長(zhǎng)，一方面二、三線城市陸續(xù)崛起，國(guó)家基本建設(shè)投資的規(guī)模和金額不斷增加，各類高層、超高層建筑的興建已成為現(xiàn)代化都市的重要標(biāo)志。另一方面，城市的快速發(fā)展也使建筑工程施工面臨一些新的困難。對(duì)工程建設(shè)場(chǎng)地地質(zhì)條件和施工環(huán)境條件的可選擇性范圍逐漸減小，在有限的規(guī)劃地段內(nèi)滿足更多的使用功能要求和更多的使用者，迫使建筑必須向地上和地下空間發(fā)展，這給樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工提出新的課題。因而樁基礎(chǔ)從最開(kāi)始的小直徑短樁，逐漸發(fā)展成為大直徑長(zhǎng)樁，由預(yù)制樁發(fā)展成為灌注樁。為了獲得更高的承載力且性能穩(wěn)定的樁基礎(chǔ)，同時(shí)要滿足沉降變形的要求，應(yīng)對(duì)其施工工藝及應(yīng)用研究進(jìn)行開(kāi)發(fā)，以便于更好應(yīng)用于實(shí)際工程。

 灌注樁后壓漿技術(shù)是指在灌注樁灌注混凝土之前預(yù)先在樁身周圍或樁底埋置壓漿管，當(dāng)樁身達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度之后，把起到交接固化作用的漿液通過(guò)壓漿管壓入樁身周圍土體或壓入樁端持力層土層中，使樁身與樁身周圍土體或樁端土體緊密結(jié)合成為一個(gè)新的承重固結(jié)體，達(dá)到提高樁基承載力、降低沉降的目的。

1  工程概況

1.1  北京地區(qū)

 本工程為財(cái)富中心Ⅱ期超高層寫(xiě)字樓項(xiàng)目，建筑物高度為264.  15m，地上60層，屋頂為小型停機(jī)坪，地下4層。結(jié)構(gòu)類型為鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為8度，屬于一類超高層建筑。

 1)確定本工程主塔樓采用大直徑灌注樁樁基礎(chǔ)方案。在樁基方案設(shè)計(jì)和施工當(dāng)中，應(yīng)結(jié)合施工場(chǎng)區(qū)地層分布條件選擇合適的樁型，確定合理的樁長(zhǎng)和采用可靠的施工工藝以達(dá)到工程的安全可靠要求。

 2)在確定合理樁長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)綜合考慮地基土層存在的綜合條件：樁端持力層下臥土層的壓縮性、施工場(chǎng)區(qū)低壓縮性土層（主要指卵礫石層、砂土層）的埋深分布、地下水條件等，此外還應(yīng)考慮單樁承載力和樁基變形控制等因素。

 3)樁端持力層選擇

 建議以標(biāo)高-9.510~- 12. 370m以下的第112層夾雜中砂和卵石的黏土層作為樁端持力層，采用該方案時(shí)應(yīng)根據(jù)本地區(qū)建筑工程灌注樁的設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)，采取可靠的樁端、樁側(cè)后壓漿工藝，提高基樁承載力，并須滿足設(shè)計(jì)要求。

1.2  西安地區(qū)

 本工程為上水苑公寓樓項(xiàng)目，建筑物高度為99. 45m，地上33層，地下1層。結(jié)構(gòu)類型為剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為8度，屬于甲類高層建筑。

 1)確定本工程主塔樓采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)方案。鉆孔灌注樁的樁長(zhǎng)、樁徑可由設(shè)計(jì)單位提供的樁基參數(shù)自行確定，采用可靠的施工工藝以達(dá)到工程的安全可靠要求。

 2)根據(jù)勘察試驗(yàn)資料，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)按不同樁長(zhǎng)與樁徑，對(duì)鉆孔灌注樁的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行估算。樁基施工前，應(yīng)進(jìn)行試樁，鉆孔灌注樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)最終確定。

 3)樁端持力層選擇

 建議以標(biāo)高- 10. 000~- 11. 800m以下的第⑤層粉質(zhì)黏土層作為樁端持力層，采用該方案時(shí)應(yīng)根據(jù)本地區(qū)建筑工程灌注樁的設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)，采取可靠的樁端、樁側(cè)后壓漿工藝，提高基樁承載力，并須滿足設(shè)計(jì)要求。

2數(shù)值模擬

 借助通用有限元軟件建立樁一土體系的結(jié)構(gòu)模型，模擬靜載荷試驗(yàn)過(guò)程，對(duì)不同樁長(zhǎng)、樁徑的灌注樁基進(jìn)行承載力變形及位移沉降的分析研究，并結(jié)合實(shí)際情況為數(shù)值模擬在灌注樁施工中的應(yīng)用提供有效資料。數(shù)值模擬模型如圖1所示。

3  分析對(duì)比

3.1北京地區(qū)

 樁基為普通大直徑長(zhǎng)樁，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C45，樁身直徑分別為800mm和1 000mm，樁長(zhǎng)為37. 20m。承重土層為第112層夾雜中砂和卵石的黏土層。根據(jù)工程具體要求及模擬試驗(yàn)得出工程樁壓漿試驗(yàn)參數(shù)如下。

 1)壓漿設(shè)計(jì)方案  本工程的工程樁均采用樁端及樁側(cè)雙壓漿模式。

 2)壓漿材料選用P．O32.5普通硅酸鹽水泥，壓漿水灰比值為0. 60~0.75。

 3)后壓漿質(zhì)量控制采用壓漿量和壓漿壓力雙控方法，以水泥注入量控制為主，泵送終止壓力控制為輔。

估算水泥壓入量及泵送終止壓力如表1所示。

 考慮到灌注樁基在壓漿前與壓漿后的沉降問(wèn)題，模擬計(jì)算與靜載試驗(yàn)所得樁基沉降量對(duì)比如表2，3所示。在數(shù)值模擬階段和單樁承載力靜壓試驗(yàn)階段，得出Q-s曲線如圖2所示。

 1)本工程樁基共422根，其中ɸ800mm樁基263根，ɸ1 000mm樁基159根。

 2)對(duì)于北京地區(qū)本工程壓漿使用的適合水灰比為0. 60~0.75。樁端和樁側(cè)的泵送壓力分別為≥2. 0MPa和≥1.0MPa。

 3)由表2對(duì)比得知，壓漿前和壓漿后灌注樁基的沉降量發(fā)生了明顯的變化，ɸ800mm樁沉降量減少了38. 27%，ɸ1000mm樁沉降量減少了31.40%。

 4)由表3不同壓漿量下樁基沉降量變化對(duì)比得知，在壓漿量以15%左右遞增時(shí)，ɸ800mm和ɸ1000mm的樁基沉降量線性遞減。

 5)由圖2可知，在荷載線性遞增的條件下，ɸ800mm樁基的沉降誤差累積率隨著荷載的增加由14. 64%逐漸增加到36. 3%。ɸ1000mm樁基沉降的誤差累積率隨著荷載的增加由26.7%增加到44.11%。

 6)按沉降量增加數(shù)值計(jì)算累積沉降誤差率的環(huán)比值，ɸ800mm樁基環(huán)比值由19. 6%減小到4.8%。ɸ1000mm樁基環(huán)比值由27.4%減小到7.4%。

3.2西安地區(qū)

 樁基樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C45，樁身直徑為600mm，樁長(zhǎng)為27. 5m和30. 0m。承重土層為第⑤層粉質(zhì)黏土層。根據(jù)工程具體要求及模擬試驗(yàn)得出工程樁壓漿試驗(yàn)參數(shù)如下。

 1)壓漿設(shè)計(jì)方案  本工程的工程樁均采用樁端及樁側(cè)雙壓漿模式。

 2)壓漿材料選用P.O 32.5普通硅酸鹽水泥．壓漿水灰比值為0. 50~0.55。

 3)后壓漿質(zhì)量控制采用壓漿量和壓漿壓力雙控方法，以水泥注入量控制為主，泵送終止壓力控制為輔。

估算水泥壓入量及泵送終止壓力按表4所示。

 考慮到灌注樁壓漿前與壓漿后的沉降問(wèn)題，數(shù)值模擬計(jì)算與靜載試驗(yàn)所得樁基沉降量對(duì)比如表5所示。在數(shù)值模擬階段和單樁承載力靜壓試驗(yàn)階段，得出Q-s曲線如圖3所示。

1)本工程用樁量總數(shù)為126根。

 2)對(duì)于北京地區(qū)本工程壓漿使用的適合水灰比為0. 50~0.75。樁端和樁側(cè)的泵送壓力分別為≥2. 1MPa，≥2.3MPa和≥1.0MPa。

 3)由表5對(duì)比得知，壓漿前和壓漿后灌注樁基的沉降量發(fā)生了明顯變化，27.5m的樁沉降量減少了25.94%，30m的樁沉降量減少了21.42%。

 4)由圖3所示的Q-s曲線變化得知，在荷載線性遞增的條件下，27.5m樁基的沉降誤差累積率隨著荷載的增加由18.67%逐漸增加到32.19%。30m樁基沉降的誤差累積率隨著荷載的增加由28.11%增加到43.34%。

 5)按沉降量增加數(shù)值計(jì)算累積沉降誤差率的環(huán)比值，27.5m樁基環(huán)比值由17.34%減小到2.48%。30m樁基環(huán)比值由20.94%減小到3.19%。

4結(jié)語(yǔ)

 1)由2個(gè)工程實(shí)例得知，北京地區(qū)和西安地區(qū)在樁基施工中采用的都是樁端樁側(cè)后壓漿技術(shù)，考慮到工程地質(zhì)條件的不同，壓漿選取的雖然是相同材料，但2個(gè)工程的水灰比不同，樁端泵送壓力也不相同。

 2)通過(guò)上述2個(gè)工程樁基的數(shù)值模擬與靜載試驗(yàn)所得的樁基沉降量對(duì)比得知，在承重持力層都是黏土層的前提下，大直徑樁的沉降誤差率在30%～40%，小直徑樁的沉降誤差率在20%~30%，說(shuō)明數(shù)值模擬與靜載試驗(yàn)的沉降誤差率隨樁徑和樁長(zhǎng)的增加而逐漸增加。

 3)由Q-s曲線得知，在荷載依次遞增的條件下，大直徑樁的沉降誤差累積率比小直徑樁多出8.03%~11.9%，但數(shù)值隨樁長(zhǎng)差值的減小而減小。

 4)由沉降量增加數(shù)值計(jì)算累積沉降誤差率的環(huán)比值對(duì)比得知，樁徑越小、樁長(zhǎng)越短的樁基環(huán)比值低于樁徑越大、樁長(zhǎng)越長(zhǎng)的樁基。兩者相差6%左右。

 5)灌注樁后壓漿技術(shù)所涉及的因素較多，而在實(shí)際施工中各種因素往往是并列存在并相互作用，具體情況更為復(fù)雜，今后仍需要進(jìn)一步開(kāi)展研究工作。