1、原位观测在浙一医院桩基工程中的应用摘要桩基础在现代建筑工程中得到了广泛的应用，但由于结构工程理念的不断更新和发展，对桩基础的设计和施工提出了更高的要求。通过确定和实施原型观测方案，获得了大量的第一手资料，并对其进行初步的整理分析，客观地揭示了工程建设进程中桩基的工作性状，反映了一些客观规律，为进一步丰富和完善桩基工程理论内涵提供了实践依据。关键词原型观测；桩基础；土体；共同承载 Application of Original Observation in Pile Foundation Engineering of the Zhejiang Universitys First Hospital
2、 Zhu Weidong1 Zhang Yingying2 Li Jianhua3(Zhejiang College of Water Conservancy and Hydropower12Zhejiang Institute of Global Physics Technology3) Abstract: Pile foundations are extensively applying in modern buiding engineering.However,with the successive development and renewing of opinion for stru
3、cture engineering,the design and construction have been sternly challenged.By implementing the plan of original observation ,we gained large quantities of firsthand materials which reveal the property of pile foundation during the construction,reflect some objective laws,provide practical evidences
4、to enrich and complete the content of pile foundation theory. Key Wods:Original Observation;Pile foundation;earth;bear load together 中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号： 概述 浙一医院医技楼总高 79.5m，地面（0.00）以上 22 层，地下室一层 5.6m。地面以上为现浇框剪结构，地面以下为钻孔灌注桩及箱型地下室基础。基础底板厚 2m ，支承在 106 根混凝土桩上，桩径600mm，桩身长 31.4m，桩端进入粉质粘土层。 按照常规设计，一
5、般采用桩径8001200 的大直径灌注桩、桩端深入中等风化岩层 1.5m。依此设计传力明确，安全可靠。设计单位经过认真论证与调研后，在保证安全可靠的前提下，本着尽可能节约投资的原则，采用了桩土共同承载的设计方法。即选用桩径为600，持力层选在 62 号粉质粘土层的灌注桩，同时利用基础底板下 9m 厚粉沙土的承载能力。依此设计桩不能单独承担全部上部荷载，一部分荷载需要有土体共同承担。为此在基础内埋设了较多的观测仪器，以便了解在上部荷载作用下，桩基和土体的受力情况，以及建筑物的沉降，以检验设计方法，监督大楼安全施工。 观测内容及方法 根据工程实际及建设和施工单位的要求，确定了以下观测内容。基础内各
6、种观测仪器均在地下室地板浇筑前埋设完毕并立即进行观测，以确定基准值。以后大楼每升高一层观测一次，并及时整理资料向有关单位提交报告，以监控大楼安全施工。 2.1 土压力 在地下室底板下，沿纵向一个剖面，横向三个剖面布置了 19 只土压力盒，了解不同荷载下桩间土压力的大小，记载纵、横剖面上的分布情况，并和桩顶应力观测结果进行比较，以确定桩、土荷载分配关系。 另外，在三桩群桩范围处，布置了 4 只土压力盒，了解群桩内、外土压力的变化情况。 2.2 桩顶反力 沿地基的一个纵剖面和三个横剖面，选择 18 根桩布置了 36 只应变计，以了解角桩、边桩及内桩等不同桩位处，桩顶应力大小及在纵横方向上的分布规律
7、和施工过程中的变化情况。 2.3 桩身轴力 本工程在进行单桩静载试验时，曾在两根试桩和两根反锚桩内的 8个剖面上埋设了 68 只钢筋计，由于这四根桩亦是工作桩，可以利用桩内的钢筋计，观测大楼在施工过程中，桩身轴力的变化及分布规律，并与单桩静载试验结果进行比较。 2.4 地下室底板内力 在地下室 2m 厚的底板内布置了 44 只钢筋计。仪器布置成一个纵剖面和三个横剖面。了解底层和面层钢筋的应力分布规律及在施工过程中的变化情况。 2.5 孔隙水压力 在地下室底板下布置了三支孔隙水压力计，了解底板下土体中孔隙水压力大小及其变化。 2.6 大楼沉降 沿大楼四周在0.00 高程上，布置了 19 个沉降观
8、测点，了解大楼在施工过程中的沉降变化，监督大楼安全施工。 2.7 基坑开挖期间桩基位移及坑内土体隆起 在两根桩上布置了两个位移点，观测桩基垂直位移。在坑内土体中布置了两根沉降管，以观测土体分层隆起情况。 观测结果及分析 沉降观测使用日产 AT-2G 精密水准仪，高程采用 85 国家高程基准，观测精度相当于二等水准。 沉降测点分两次布设，其中 J1J10 于大楼施工至第一层时布设。大楼施工至第四层时又在原有测点中加密了 9 个测点，一共 19 个测点。 统计历次观测结果，各测点累积沉降平均值列于表 1。 表 1 沉降观测结果 从观测结果看来，随着上部荷载增大，沉降逐渐增加，其增长速率是较为均匀的
9、，没有突变。2009 年 7 月大楼装修工程基本结束时，平均沉降量为 17.1mm，以后又继续观测了四个月，平均沉降量仅增加了 1 毫米，说明大楼沉降已基本稳定，且各点沉降量基本均匀。 3.1 土压力 土压力盒的实测值中包含了土净压力和孔隙水压力两部分，需要从实测值中扣除相应的孔隙水压力，才能得出土净压力值。三层以前由于基础内抽水引起地下水位波动较大，基础面上时而有水，时而无水，土压力测值规律性差。三层以后地下水位上升至基础面以上，土体处于饱和状态，土压力测值逐渐表现出随上部荷载增大而增大的规律性。在分布形态上表现出周边土压力大，内部土压力小的特征，这是符合一般规律的。但周边土压力与内部土压力
10、的比值不是一个常数。当上部荷载较小，结构空间刚度尚未完全形成时，周边只比内部大 18%。当大楼上升到第十层时，周边比内部大 81%。以后随着上部荷载增大，比值又逐渐变小，当大楼竣工时，周边比内部大 33%。可见基础内土压力随着上部荷载的变化和时间推移是不断调整的。从实测结果中可以看出，从 2009 年 8 月 13日至 11 月 29 日的三个半月中，土压力平均值基本上不再变化，而周边与内部土压力的比值却从 1.56 倍减小到 1.33 倍。 大楼竣工时实测平均土压力为 109.5Kpa，最大 208Kpa，均小于设计容许值。 将土压力与大楼沉降联系起来，两者与建筑层数的关系绘于图 1中，可以
11、看出土压力与大楼沉降均随着上部荷载增加而增加。当 2009 年8 月 13 日以后上部荷载不再增加时，沉降基本上不再增大，土压力也同样不再增大。以后又继续观测了三个半月，两者的测值均无明显变化。 分析三桩群桩范围处内、外土压力实测结果，可得群桩外土压力比群桩内大 20%。从第十层施工以后，这个比值没有变化。 3.2 桩顶反力 图 2 为纵横剖面上桩顶反力分布图。从图中可以看出三层以前，桩顶反力在纵剖面上的分布近似一条直线。随着建筑层数增加，结构刚度逐渐形成以后，桩顶反力也和土压力一样，呈现出中间小，周边大的分布形态。十层以前周边角桩和边桩的平均反力比内桩的平均反力大 20%。十层以后角桩和边桩
12、的平均反力比内桩的平均反力大 35%。以后随着建筑层数增加，这个比值没有多大改变。 大楼施工至 22 层主体结顶时，角桩和边桩的平均反力为 11844KPa，内桩平均反力为 8880KPa。大楼竣工时，由于部分仪器损坏导致资料代表性不够。借用静载试验埋设在四根桩内的钢筋计的实测资料，可以推算出桩顶反力约为 3576KN。此值相当于单桩静载试验下平均极限承载力的83%。角桩和边桩的桩顶反力会更大一些。 3.3 桩身轴力 绘出桩身轴力分布如图 3，结合四根桩内平均轴力、分层摩阻力及桩端阻力实测结果，可以看出桩顶荷载主要由侧摩阻力承受，桩端阻力很小。侧摩阻力约占全部反力的 8689%，端阻力仅占 1
13、114%。桩顶上部由于筏板的存在限制了桩土间的相对位移，因而桩侧摩阻力不能充分发挥，这是群桩的作用性状不同于单桩之处。其次，和单桩静载试验的结果比较起来，在相同的桩顶荷载下，单桩传递到桩端的荷载更小，只有 1%左右。 将桩身轴力和大楼沉降联系起来可以发现，当大楼主体结顶时，桩顶平均轴力相当于大楼竣工时平均轴力的 67.5%，即相当于全部荷载的2/3 左右。主体结顶时大楼沉降亦相当于竣工时全部沉降量的 2/3 左右。主体结顶至大楼全部竣工时的 16 个月内，桩顶平均轴力增加了 48%，同期大楼平均沉降量增加了 59%。大楼竣工前的 4 个月中，沉降已基本稳定，此时桩顶轴力也只有少量增加。可见桩顶
14、荷载与大楼沉降的增长规律是一致的。 大楼竣工时桩顶平均轴力为 3576KN，相当于单桩极限承载力的83%。桩侧摩阻力相当于单桩极限摩阻力的 80%。由于四根桩的位置处于桩基中部，其测值代表内桩的结果，角桩和边桩的荷载会更大一些。 将四根桩内用钢筋计实测的桩顶荷载平均值，与前述内桩中用应变计实测的桩顶反力平均值进行比较，如表 2，可以看出 10 层以前两者相差大一些，10 层以后两者十分接近。说明用两种观测仪器测出的结果是一致的。 表 2 两种方法测出的桩顶荷载比较 表 3 桩、土荷载分担实测结果 3.4 桩、土承载比 根据实测资料计算出桩基总承载列于表 3 中。从成果中可以看出 10层以前桩基
15、承载稍小一些，10 层以后基本上变化不大，到 22 层主体结顶时桩基承担总荷载的 79%，土体承担总荷载的 21%。此结果和湖北省外贸中心大楼的观测结果很相似。该大楼共 22 层，总高度 82.8m。上部结构为现浇钢筋混凝土框架剪力墙体系，地下部分为箱型基础加满堂摩擦桩群。采用预制混凝土管桩，外径 550mm，壁厚 80mm，桩长 22m，桩尖进入粉沙层。箱基高 5.5m，底板厚 1.5m。其观测结果桩间土分担总荷载的 20%，桩基分担总荷载的 80%。 3.5 地下室底板内力 从底板内钢筋应力实测结果及纵、横剖面内应力分布看出，钢筋应力很小，而且随着上部荷载增加应力逐渐均匀。22 层以前底层
16、钢筋内有少许拉应力，到大楼竣工时，全部为压应力。面层钢筋平均压应力为10.5MPa，底层钢筋平均压应力为 7.7MPa，由于地下室底板厚达 2m，出现此结果是合理的。 3.6 地下室底板下孔隙水压力 孔隙水压力实测结果表明，大楼竣工前，孔隙水压力保持在 40KPa左右，基本不变。边缘孔隙水压力比内部孔隙水压力稍低一些。大楼竣工后孔隙水压力降至 29KPa。 3.7 开挖期间桩基位移及坑内土体隆起 观测结果显示，开挖期间桩基位移及坑内土体隆起均很小，其测值变化也在测量误差范围内。 结论 浙一医院医技楼原型观测工作历时两年半，为大楼的设计和施工提供了有效的反馈资料，起到了监督大楼安全施工的作用。综
17、合以上各类仪器的观测结果和分析，可以得出如下结论： 4.1 在本工程所采用的设计和施工方法下，桩基承担了全部上部荷重的 79%，土承担了 21%。当大楼竣工时，内桩平均桩顶荷重为 3576KN，相当于单桩静载试验时极限承载力的 83%。角桩和边桩的桩顶荷重将比此值更大，估计会接近或达到单桩静载试验的极限承载力。 4.2 基础底板实测内力很小，具有较大的安全裕度。 4.3 大楼竣工前的 4 个月内沉降已基本稳定，一般在大楼使用初期仍需继续观测一段时间。 4.4 原位观测是一件复杂的工作，影响因素很多，受施工干扰很大。许多工程不愿意花费很大精力开展这项工作。然而桩基的工作性状又是人们普遍关心的问题
18、，由于模型试验和单桩载荷试验无法说明群桩的实际情况，因而桩基工程的原位观测就显得尤为重要。本工程所埋设的观测仪器的数量和设计的内容是以往工程中不多见的，尽管存在一些不足之处，但积累了大量的第一手资料，反映了一些客观规律，为改进桩基工程的设计和施工提供了素材。 参考资料： 1 龚晓南.地基处理新技术.陕西：陕西科学技术出版社.1997 2 曾国熙等.地基处理手册.北京：中国建筑工业出版社.1988 3 龚晓南.高等土力学.浙江：浙江大学出版社.1998 4 Hans F.winterkorn ,Hsai-Yang Fang.America:Van Nostran Reinhold Company.1975 5 浙医一院门诊综合楼及医技楼建设工程资料汇编.2000 作者简介： 郑平，高级工程师，现为杭州萧山建设工程质量监督站，材料与检测监督科科长，主要从事建筑工程质量检测和监督管理，曾担任杭州萧山建筑工程质量检测中心主任，杭州萧山建筑科学研究所所长。
