设置变形调节器复合桩基在工程中的应用

王继果 周 峰 董 祥

(1.三江学院土木工程学院，江苏 南京 210012；2.南京工业大学交通学院，江苏 南京 210003； 3.南京工程学院建筑工程学院，江苏 南京 211167)

设置变形调节器复合桩基在工程中的应用

王继果1周 峰2董 祥3

(1.三江学院土木工程学院，江苏 南京 210012；2.南京工业大学交通学院，江苏 南京 210003； 3.南京工程学院建筑工程学院，江苏 南京 211167)

通过在桩顶设置不同刚度的变形调节器，解决了普通桩基无法应用于存在大量孤石的复杂土层的技术难题，现场监测数据表明该设计方案能够有效的减小建筑物的不均匀沉降，取得很好的经济和社会效益。

变形调节器，复合桩基，不均匀沉降

0 引言

设置变形调节复合桩基是近年来提出的一种新的桩筏基础形式。其通过在桩顶与筏板之间设置专门研制的调节装置，优化与调节桩土支承刚度的大小与分布，实现桩土支承刚度的人为控制。除可用于端承型桩的桩土共同作用外，还有望应用于变刚度调平设计、老桩的再生利用以及土岩结合地基等支承刚度严重不均匀的情况[1-3]。

1 工程概况

厦门市某工程由五幢30层的高层住宅楼及相关配套公建——会馆、幼儿园及沿街商业等组成，总建筑面积20万m2，建筑物总高度97 m，地下室埋深11 m，全场地范围内设2层地下室。

工程地质条件复杂，土层中分布有大量直径不等未风化完全的孤石。具体地质情况如下：

①素填土：为人工整平场地之回填土层。色杂，以褐黄灰、灰褐、褐红色为主，稍湿～饱和，土质疏松不均匀，呈疏松～稍密状为主，主要成分为砂质粘性土混中粗粒石英砂、碎石等，局部混有石块及少量砖块。分布均匀，层厚约1 m～4.4 m。

②淤泥质土：海相淤积成因。灰、深灰、灰黑色，以流塑为主，饱和，局部地段含5%～10%左右的石英质中粗砂粒及少量腐殖物、贝壳碎片。分布均匀，层面埋深1 m～4.3 m，层厚约0.4 m～8.1 m。

③粘土：冲积成因。浅灰、褐灰黄、灰黄等色，可塑～硬塑，很湿～饱和，含约5%～10%石英质中细砂，局部地段该层中夹粉质粘土及泥质中粗砂薄层，土质较均匀，粘性较好，干强度较高。埋深3.5 m～10.7 m，层厚约0.6 m～7 m。该层为力学性质较好、具中等压缩性地基土层。

④砂质粘土：坡洪积成因。褐色、褐灰黄等色，可塑～硬塑，很湿～饱和，含约10%～25%石英质中粗砂粒及少量细砂粒，干强度较高，韧性中等。层面埋深1.9 m～13 m，层厚约0.6 m～8 m。该层为力学性质较好、具中等压缩性地基土层。

⑤1可塑残积砂质粘性土：系中粗粒花岗岩原地风化残留产物。褐黄、褐红、灰黄、黄白等色，可塑，很湿～饱和，长石、云母等矿物已全部风化为次生粘性矿物。层面埋深4 m～13.9 m，层厚约0.9 m～18.2 m。该层为力学性质较好、具中等压缩性地基土层。

⑤2硬塑残积砂质粘性土：系中粗粒花岗岩原地风化产物。褐黄、浅紫色等色，硬塑，很湿～饱和，长石、云母等矿物已趋风化完全。层面埋深4.8 m～23.5 m，层厚约1.4 m～24.3 m。该层属力学性质良好、具中等(偏低)压缩性地基土层。

⑥1全风化花岗岩：系中粗粒花岗岩风化形成。褐黄、灰黄等色，岩石风化完全，长石、云母等已趋全风化为次生粘性矿物，呈硬～坚硬土块状，结构较致密。层面埋深17.5 m～41.5 m，厚度约1.9 m～25.1 m。该层属力学性质良好、具较低压缩性地基土层。

⑥2-1散状强风化花岗岩：系中粗粒花岗岩风化形成。褐黄、浅灰黄、黄白等色，长石、云母等矿物绝大部分风化。层面埋深15.4 m～53.2 m，厚度约1.2 m～17.6 m。该层具较好工程性质。岩石坚硬程度属软岩。

⑥2-2破裂状强风化花岗岩：系中粗粒花岗岩风化形成。浅黄、浅灰黄、黄褐等色。云母等矿物大部分风化，颗粒间联结力尚存，岩体呈碎裂状结构。层面埋深17.1 m～65.9 m，厚度约1 m～42.2 m。该层具有良好工程性质。岩石坚硬程度属较软岩，岩体完整程度属破碎。

⑥3中风化花岗岩：系中粗粒花岗岩风化形成。浅褐黄、灰黄、浅灰等色，组织结构部分破坏。岩体上部长石、云母等造岩矿物已显著风化失去光泽，往下风化作用逐渐减弱。该层具良好工程性质。岩体坚硬程度属较硬岩，岩体完整程度属较破碎～较完整。该层层内局部差异风化作用较明显，局部呈微风化状。

2 复合桩基设计

本工程最终采用地基土承担大部分荷载的广义复合桩基方案，采用少量桩基来承担一部分荷载，并控制沉降。另外通过自适应变形调节器的使用，保证桩土之间的变形协调。

2.1 桩数的确定

桩径1 m，桩长15 m的人工挖孔桩单桩极限承载力值按式(1)估算：

PU=u∑ψsiqsiklsi+ψpqpkAp

(1)

取单桩极限承载力为5 180 kN，单桩承载力特征值为2 590 kN。

北楼一基底坐落在可塑残积砂质粘性土⑤1层上。保守计算，经深、宽修正后的地基土承载力特征值为345 kPa。基底总荷重644 119 kN，则所需总桩数可按式(2)验算:

n≥(N-faA)/pa

(2)

将有关数据代入式(2)可以求得用桩数量30根时，就能满足承载力验算要求。但考虑到实际布桩和控制沉降的需要，最终布桩60根左右。

2.2 沉降计算

1)按简化修正实体深基础方法计算沉降。

(3)

2)按复合桩基方法计算沉降。

只考虑基础底板引起的沉降，桩引起的沉降忽略。按照箱基规范的两种沉降计算方法计算沉降，则沉降为35 mm～67 mm。

综上所述，本工程复合桩基的沉降可估算为30 mm～60 mm。

2.3 自适应变形调节器的设置

本工程非嵌岩桩单桩承载力特征值为2 590 kN，嵌岩桩单桩承载力特征值约为5 400 kN，平均每幢楼下布桩60根左右，预计桩间土压缩量为3 cm。每根桩顶设置3台并联的自适应变形调节器，调节器总刚度按嵌岩桩承载力来确定，k=5 400 kN/30 mm=180 kN/mm，预留总调节位移为2S0=60 mm。

3 工程现场测试分析

3.1 建筑物沉降

北一楼共布置10个沉降观测点，封顶半年后的沉降最大值为31.3 mm，最小为19.3 mm，平均为25.2 mm。由于建筑物正在进行外装，因此建筑物的沉降并没有稳定，平均沉降速率为0.036 mm/d。考虑到建筑物的荷载约为总设计荷载的一半左右，所以25.2 mm的平均沉降是合理的，预期最终沉降为50 mm，这和设计时的估算值是一致的。

建筑物的最大沉降差为6.7 mm，不均匀沉降率为4/10 000，远小于规范要求的2‰。

3.2 基底土压力

随着时间的推移，基底土压力近似呈线性增大，建筑物封顶后有逐渐稳定的趋势。土压力最大值为160 kPa，最小为110 kPa，平均140 kPa左右。考虑到目前荷载约为设计值的一半左右，如按目前实际荷载倒推，则土压力值略大于140 kPa，说明测试结果是合理的。

3.3 桩顶变形调节器

桩顶反力基本随时间呈线性增加，但是当建筑物封顶后，桩顶反力不再增加，并略有下降。桩顶反力为900 kN左右，变形调节器的变形约为6 mm，这和最初设定的调节器刚度基本一致，说明本工程变形调节器的设计是正确合理的。

变形调节器的平均压缩变形量仅为6 mm，即使考虑目前建筑物刚封顶，最终平均压缩变形量也不会超过15 mm，远小于设计时的假设值。

综上所述，根据建筑物实测结果显示，工程实测的各项性能指标与设计时的预期基本一致，说明本工程的设计是合理成功的。另外30层的高层建筑下仅布60根短桩，说明本工程设计也是经济的。

4 结语

1)从现场测试数据分析来看，广义复合桩基设计理论与方法是合理的、正确的。

2)通过实施以天然地基为主，辅以桩顶沉降可按需发生的土与桩共同协调承载的广义复合桩基设计概念，实现在困难地质条件下建造30层高层建筑的目标，不仅节省了基础施工周期，而且取得了较好的经济效益和社会效益。

3)本工程实践中经验的积累，可为今后工程项目中制定基础方案提供借鉴和参考。

[1] 周 峰，宰金珉，梅国雄，等.桩土变形调节装置的研制与应用[J].建筑结构，2009(7)：40-42.

[2] 林树枝，郭天祥，周 峰.设置变形调节装置桩筏基础设计方法及工程实践[J].福建建筑，2012(7)：88-91.

[3] 杜 磊.浅谈广义复合基础新技术的应用[J].福建建筑，2012(5)：52-54.

Practice of generalized composite foundation by use of deformation regulator

WANG Ji-guo1ZHOU Feng2DONG Xiang3

(1.CollegeofCivilEngineering,SanjiangUniversity,Nanjing210012,China；2.CollegeofTransportationScienceandEngineering,NanjingTechUniversity,Nanjing210003,China;3.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，NanjingInstituteofTechnology，Nanjing211167，China)

By setting different stiffness deformation regulator top of the pile, to solve the technical problems of ordinary pile can not be applied there is a lot of complex soil boulder, field monitoring data indicate that the non-uniformity of the design can effectively reduce the settlement building achieved good economic and social benefits.

deformation regulator， composite pile， uneven settlement

1009-6825(2014)30-0105-02

2014-08-15

王继果(1980- )，男，硕士，讲师； 周 峰(1979- )，男，博士，副教授； 董 祥(1980- )，男，硕士，副教授

TU473.1

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