后注浆摩擦桩优化案例分析

张 杰

(北京未来之家建筑设计有限公司，北京 100025)

后注浆摩擦桩优化案例分析

张 杰

(北京未来之家建筑设计有限公司，北京 100025)

以天津某住宅项目作为案例，详细描述了后注浆摩擦桩的设计优化过程,通过分析试桩环节与设计优化环节的控制要点，显示了采用试桩作为优化手段的可行性与优越性。

试桩，后注浆，摩擦桩，设计优化

0 引言

在建筑行业努力实现低碳环保和节能减排，地产行业通过控制成本求得竞争优势的今天，结构优化是建筑设计领域的新兴热点。从社会上出现的相当数量的设计咨询顾问公司、优化公司可见一斑。其实，多种方案比选，追求结构设计的最优最省一直是结构工程师孜孜以求的目标。因地基基础占结构整体造价比重较大，且基础设计中，经验取值较多，一般安全余量较大，故基础的优化往往比上部结构更见成效。作为量大面广的桩基工程，桩基的优化在许多已建工程中节省了可观的资金。本文就天津一例后注浆摩擦灌注桩的优化案例进行探讨。

1 试桩的准备

1.1 规范依据

按照《全国民用建筑工程设计技术措施》2009版结构分册(地基与基础)6.7.2.1，注浆对桩承载力的提高视土性、注浆压力、浆液配比、注浆工艺、注浆量的大小和施工队的操作技术水平等因素而变化，通常幅度在20%～100%之间，在提高承载力的同时，增强桩的质量稳定性与减少桩基础沉降。

按照JGJ 94—2008建筑桩基技术规范的5.3.10，对于泥浆护壁成孔灌注桩，竖向增强段为桩端以上12 m；当为桩端、桩侧复式注浆时，竖向增强段为桩端以上12 m及各桩侧注浆断面以上12 m，重叠部分应扣除。

1.2 项目概况

天津某项目地上为18层～28层高层剪力墙住宅组团，地下为1层车库，主楼基础为承台梁下布桩，车库基础为桩承台加防水板。桩径600 mm，因地基土弱腐蚀，桩基混凝土标号采用C35。主楼-1层层高4.7 m，取地勘报告175号钻孔估算，桩顶标高-5.5 m相当于自然地面下埋深约4.3 m。岩土工程参数见表1。

表1 岩土工程参数

1.3 试桩的载荷试验

本项目试桩检测采用单桩竖向抗压静载荷试验，试验反力采用压重平台提供反力法，即由压重平台提供反力通过试桩钢梁及千斤顶对基桩进行加载试验。堆载配重650 t，基准梁为钢质，长6 m；沉降测定平面距桩顶0.2 m。加载方法采用慢速维持荷载法。为节省成本，本项目试桩仍需做工程桩使用，不压至破坏。

荷载分级：预估极限承载力值的1/10，第一级可按两倍分级荷载加荷。稳定标准：每级荷载作用下，1 h的沉降不超过0.1 mm，认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。终止加荷条件：1)某级荷载作用下，桩顶沉降增量超过前一级荷载作用下桩顶沉降增量的5倍时；2)某级荷载作用下，桩顶的沉降增量超过前一级荷载作用下沉降增量的2倍，且在24 h尚未达到相对稳定时；3)当桩顶总沉降量超过40 mm～60 mm后；4)已达到预估单桩竖向抗压极限承载力；5)已达反力装置的最大加载量。出现上述情况之一时即可终止试验。

卸载：每级卸载值为每级加载值的2倍。

1.4 试验曲线分析

举例取φ0.60×31.00 m(设计桩长)来分析，该桩每级加载360 kN，当荷载逐级加压至4 680 kN时，维持荷载150 min达到相对稳定，该桩的桩顶累计沉降量为22.59 mm，满足设计要求，故终止加荷，分级卸载至0 kN。该桩最终残余变形量为15.44 mm。故该桩的单桩竖向抗压极限承载力实测值可按不小于4 680 kN考虑。

通过图 1Q—s曲线可见，加载到4 680 kN时，本级沉降超过5 mm，累计沉降超过20 mm，曲线即将进入陡降段。若发生明显陡降，其明显陡降起始点对应的荷载即为单桩极限承载力。图2s—lgQ曲线即将出现陡降直线段，而出现陡降直线段的起始点所对应的荷载即为单桩极限承载力。综上考虑，从以上曲线可以看出，非破坏性加载已接近最大值，距离破坏性试桩，即单桩极限承载力相差级数应该已不多。从桩基优化幅度与确保项目整体安全性考虑，决定此时停止加载。

2 一期桩基优化

2.1 注浆方式的选择

首先，从机理上讲，桩端受沉渣影响敏感，经后注浆沉渣得到加固且桩端有扩底效应，桩端沉渣和土的加固效应强于桩侧泥皮的加固效应，所以端阻的增幅高于侧阻，故应优先考虑桩端加固。再者，从《桩基规范》讲，单一桩端后注浆时，竖向增强段为桩端以上12 m。其效果相当于桩端加固，加上桩端以上12 m桩侧加固，因深层土侧摩阻一般大于浅层土的，故效果肯定好于任一位置的单一桩侧以上12 m加固。最后，假设考虑桩端、桩侧复式注浆，此项目最高28层剪力墙，就一般而言，荷载不算大，初步可不考虑。若超过100 m高层，则应考虑。然后根据《规范》，竖向增强段为桩端以上12 m及各桩侧注浆断面以上12 m，重叠部分应扣除。假如在距桩端12 m处增加注浆孔，则按计算值24 m桩承载力已接近4 000 kN。则设计所需要的承载力为3 200 kN，3 600 kN的桩长均会小于24 m，重叠部分造成浪费。桩侧土侧阻力浅层小于50，提高幅度小，且桩短后，持力层上提，浅层持力层的桩端承载力和抵抗沉降均不如深层土。故综上考虑，不采用复式注浆。最终该项目决定采用单一桩端后注浆。

2.2 桩长优化分析

因本项目先打桩，后开挖，所以表2中，需要用试桩抗压实测值Qui，减去设计桩长以上部分桩周土极限承载力，约4 m，28×4×1.884=211，近似按200考虑，得其设计桩长所对应的抗压极限承载力值Quk。表3中，EFG区作为项目一期，设计院根据地勘报告，计算出原始，即优化前设计桩长28 m，31 m，34 m，对应承载力3 200 kN，3 600 kN，4 000 kN。

试桩共5根，根据表2中Quk，34 m为4 650 kN，28 m为3 950 kN，即单纯从表面看，28 m即可基本取代优化前的34 m桩，但考虑28 m试桩只有两根，相对于该区1 000多根桩，比例很低，为保险起见，不能按100%减少桩长，而取2/3的优化量，即优化2/3×(34-28)=4 m，取30 m对应承载力为4 000 kN，根据表2中已有的一根31 m对应的4 480 kN的试桩来看，差值480 kN，按照每米对应200 kN，30 m取4 000 kN安全余量是足够的。

同理，按照桩长减4 m的幅度，原设计31 m-4 m=27 m，因表2中28 m对应3 950 kN，故27 m 对应3 600 kN，安全余量足够。原设计28 m-4 m=24 m，但考虑本次试桩最短28 m，无24 m桩实测数据。且桩长短，侧阻力，端阻力均有减小；24 m桩持力层为9a或9b间杂土层，本次试验无持力层为该土层的试桩。所以仍考虑将持力层选为11a土层。故桩长减2 m，定为26 m。

根据地勘报告推荐值，桩侧后压浆提高系数1.5，桩端后压浆提高系数2.3。试桩后效果较好，将桩侧后压浆提高系数提高为1.6。重新计算承载力，26 m计算承载力3 388 kN，3 388/3 200=1.06%，27 m为3 507 kN，3 507/3 600=97.4%，30 m为3 857 kN。3 857/4 000=96.4%。基本吻合。一期与二期优化前后桩长对比见表3。

表2 一期试桩单桩竖向抗压极限承载力实测值

表3 一期与二期优化前后桩长对比

本期EFG区全部桩基检测均通过验收。且各区经过近2年的沉降观测，最大沉降200多毫米，符合设计要求。

3 二期桩基优化

ABCD区作为项目二期，晚于一期施工，因设计单位更换后，新的设计单位认为二期距离一期有数百米，不能直接采用一期的试桩结果。出图后，发现桩图由不同设计人按照地勘计算，选取桩长，居然有11种之多，最长达到38 m，40 m。沟通后，设计方认为是严格按照地勘计算出的桩长，若归并，则必会给甲方带来浪费。桩长种类偏多且桩基成本较一期要高不少，经几方协商后，在一期的基础上，有必要重新做试桩。

选5种桩长，各做2根。本着二期优化幅度不小于一期的原则，二期的26 m,27 m,30 m三种试桩直接按之前优化后的3 400 kN,3 600 kN,4 000 kN来试，26 m根据前次计算值3 388 kN，与27 m只差1 m，故可适当提高到3 400 kN。这三种桩试桩均合格。另有两种试桩31 m，34 m，参照前次试桩结果，直接按4 300 kN，4 600 kN来试桩。本期单位布桩时尽量在剪力墙纵横墙交角处布桩，故有些轴线桩数较一期减少，但桩长增加。试桩需多出31 m，34 m两种，参照前期试桩结果，直接按4 300 kN,4 600 kN来试桩。试桩结果全部达标。

二期试桩单桩竖向抗压极限承载力实测值见表4。

表4 二期试桩单桩竖向抗压极限承载力实测值

4 结语

两次桩基优化A区～F区共7个分区，总计节省成本约700万元，经济效益是显著的。

1)试桩作为一种有效的优化手段，对于大体量的建筑，应尽量优先选用。

2)对于试桩结果，应进行仔细的对比分析，选取有一定安全余量的数值。分期开发的项目，不同期之间相互验证。

3)岩土工程参数修正后，重新计算，将计算值与试桩实测值对比，相互验证。

[1] JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].

[2] 全国民用建筑工程设计技术措施(2009年版)编委会.全国民用建筑工程设计技术措施——结构(地基与基础)[M].北京：中国计划出版社，2009.

Optimum case analysis of post grouting friction pile

Zhang Jie

(BeijingFutureHomeArchitecturalDesignCo.,Ltd,Beijing100025,China)

By taking the case of Tianjin residential project, it describes the optimum design process of post grouting friction pile in detail. By analyzing the control points of test pile link and optimum design link, it shows the feasibility and superiority of taking the test pile as optimum method.

test pile, post grouting, friction pile, optimum design

2015-02-27

张 杰(1980- ),男,硕士,工程师

1009-6825(2015)13-0061-03

TU473.1

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