南京市河西某大型商业广场项目位于建邺区汉中门大街以南、燕山路以东区域^[1]。项目总用地面积约6万m²，总建筑面积约40万m²，地块呈L形，东西向长约310m，南北向长约300m。地上建筑分为A,B两个单体，A单体包含1栋22层高层公寓楼、1栋22层高层办公楼、1栋6层艺术中心和4～6层商业裙房，为大底盘多塔结构;B单体南部为2～4层商业金街;A,B单体整体3层地下室，埋深约15m。A单体高层公寓楼和办公楼采用框架-剪力墙结构，多层部分均为布置少量剪力墙的框架结构;B单体为框架结构。为满足业主对项目工期的要求，A单体两栋高层区域采用全逆作法施工至地上6层，B单体部分区域采用半逆作法施工^[2],A,B单体其余部分均采用顺作法施工，工程整体施工工况复杂。项目总平面示意图见图1，南北向建筑剖面图见图2。

　　 工程抗震设防烈度7度(0.1g)，结构抗震设防类别:A单体高层办公楼和公寓楼的1～7层及多层商业、艺术中心为重点设防类，A单体高层办公楼和公寓楼的其余楼层及B单体多层商业为标准设防类。场地类别为Ⅲ类，建筑地基基础设计等级为甲级，建筑桩基设计等级为甲级。

　　 本工程所处场地位于长江下游，距离长江仅1km，属长江北岸漫滩相平原地貌，地势平坦，建筑场地范围内，各土层分布厚度不均。根据土层沉积特点和物理力学特性，土层可分为五大层，其中(1)填土层分为2个亚层，(2)粉质黏土层分为3个亚层，(3)粉细砂层分为5个亚层，(5)泥岩层分为2个亚层，各土层物理力学参数详见表1。建筑±0.00标高相对于绝对标高为8.5m(吴淞高程)，抗浮设防水位为自然地面下0.5m，场地枯水位相对标高-3.5m，常水位相对标高为-2.0m。

　　 (1)抗压

　　 抗压分为两种情况:一是施工阶段，高层公寓和办公楼采取全逆作法施工至地上6层，因此种情况支护立柱与结构框架柱为两柱合一^[2]，在基坑逆作开挖施工阶段，立柱下的单根桩应承受已浇筑的主体结构梁板自重及施工超载等荷载;二是正常使用阶段，该阶段柱下桩基应满足相应的承载要求，该阶段的荷载为全楼层永久恒荷载+活荷载+扣除一定有利水浮力的底板自重。其中，水浮力有利作用主要是考虑场地内各砂土层地下水为弱承压水，含水厚度大，富水性好，水量丰富，补给源为长江水。经专家专项论证，可考虑利用一定的有利水浮力来抗压，根据专家意见，取0.7倍的场地最低枯水位水头值，即约7.5m的有利水头。工程施工期间，因基坑内采用管井降水，均不考虑有利水浮力作用^[3]。

　　 (2)抗浮

　　 在正常使用阶段，高层结构自重足以抵消水浮力作用，无需考虑抗浮。但在全逆作法施工阶段，高层结构可能存在抗浮不足的不利工况，即上部施工部分楼层时底板已施工完毕，若停止基坑降水，抗浮不能满足设计要求。经验算，最高抗浮水位时，单柱所承受的最大水浮力标准值为9 600～12 100kN。施工至地上6层以后，不考虑二次结构及装修重量，结构自重就能够满足抗浮要求。因此，为避免施工阶段结构整体抗浮不足的安全隐患，设计要求高层公寓和办公楼逆作法施工区施工至地上6层完成后方可停止基坑降水。

　　 考虑结构荷载情况及逆作法施工方案，若采用天然地基，底板下部土层的工程特性无法满足承载要求，故考虑本地区常用的两种桩基础:1)预应力混凝土管桩(简称管桩)^[4]。该桩型具有质量易于控制、造价低、施工工期短的优点;但管桩为挤土桩，施工时挤土效应明显;且按地下室埋深计算，送桩长度达15m左右，而常规的送桩极限长度为10m;基础底板标高位于软弱土层(2)₂淤泥质粉质黏土层中，基坑开挖容易造成桩基倾斜，南京市河西地区已发生多起类似工程事故^[5];高层公寓和办公楼所在区域工程地质剖面揭示，地基中含有较厚的(3)₂粉细砂层(具有中等偏低压缩性)，最厚处达17.2m，管桩穿越此层有一定的困难，若穿透此层需引孔;另经计算表明，以(3)₂粉细砂层作为持力层并不能提供理想的承载力特征值。综上分析可知，管桩方案不可行。2)钻孔灌注桩。该桩型具有桩径、桩长可灵活选择，穿透能力强，单桩承载力大，对地层适应性强，对土层无挤密作用，对周围建筑物影响相对较小等优点;缺点是桩底沉渣厚度不易控制，但鉴于南京市河西地区软弱地基土的特性，为解决柱承受的荷载较大问题，建筑基础通常采用钻孔灌注桩，且钻孔灌注桩在该地区已有成熟的施工经验，同时，也能满足逆作法支护立柱的插入。因此最终选择钻孔灌注桩。

　　 考虑两栋高层结构自重大，需要很高的桩基承载力，工程桩的混凝土强度等级按当地灌注桩混凝土强度等级能取到的最高值取值，以最大限度地发挥土层提供的侧阻力和端阻力，实际工程桩混凝土强度等级取C45。同时，参考文献[6,7]的相关工程实践及研究成果可知，本工程桩底部位于(4)砾中粗砂层、(5)₁强风化泥岩层和(5)₂中风化砂质泥岩层中，若采用桩底后注浆方式，能够大幅提高单桩抗压承载力，可取得较好的经济性。因此，对高层公寓和办公楼区桩基采用桩底后注浆技术，并对不同桩长、桩径和承载力方案进行比选，各桩基方案参数如表2所示。

　　 表2中，方案1～3因承载力特征值2大于承载力特征值1，即由桩身强度控制，故不再进行桩长的比选;而方案4,5是根据桩身强度设计值与土层侧阻和端阻所提供的承载力同时达到最大为原则选出的最佳入岩深度，经计算入岩深度为6m。结合结构初步计算结果及墙柱底部内力分布情况，选择方案1和4搭配组合布桩，整体布桩系数接近1.1，这种布桩形式经济合理且有适当的安全余量。高层办公楼区及其周边桩基实际布置平面图见图3。

　　 (1)抗压

　　 抗压分为两种情况:一是部分区域采用逆作法施工，在此工况下，单柱单桩压力来之自上向下逆作时楼层恒、活载及重型车辆通行荷载;二是正常使用阶段，该阶段柱下桩基应满足相应的承载要求，该阶段的荷载为全楼层永久恒荷载+活荷载+扣除一定有利水浮力的底板自重，若地下室顶板或屋面有覆土时，则计入楼层恒载。经计算，4～6层商业区域使用阶段的单柱轴力标准值为2 100～3 300kN。

　　 (2)抗浮

　　 在正常使用阶段，单柱净水浮力标准值为水浮力-0.95×(全楼层恒载+底板自重)，若地下室顶板或屋面有覆土时，则净水浮力标准值应扣除相应覆土重。4～6层商业区域单柱净水浮力标准值为4 200～5 400kN，下沉式广场及内、外街纯地库区域单柱净水浮力标准值为7 600～9 500kN。

　　 场地四周均为城市主干道，受场地限制，施工阶段需在多层区域设置3条10m宽栈桥，栈桥主要承受竖向荷载(以活荷载和动力荷载为主)和一定的水平荷载。荷载主要分为两部分:一部分是栈桥结构体系自身的重量(包括面板或路基箱、栈桥梁、有关的支撑杆件、钢格构柱等的重量)，按恒荷载考虑。另一部分是使用荷载，包括栈桥上的堆载和车辆荷载。车辆荷载考虑动力系数，堆载一般为基坑施工期间钢筋、模板等施工材料的重量，按活荷载考虑。栈桥下单根立柱轴力标准值为4 000～5 200kN，基础为单柱单桩形式。

　　 基础底板底面相对标高为-15.0m，坐落于(2)₂淤泥质粉质黏土或(2)₃层淤泥质粉质黏土夹薄层粉砂，若采用天然地基，其修正后基础承载力特征值为130kPa，而4～6层商业均摊荷载为140～160kPa，从纯抗压的角度看，扣除有利的水浮力作用后，天然地基能够满足承载要求，但考虑单柱荷载大，需采用较大面积的独立基础或筏板基础，传力路径较长，柱底与跨中不均匀沉降明显，采用天然地基方案不合理亦不经济，故不考虑。同时，由3.2.1节所述基础设计工况可知，多层商业区域基础需满足抗压兼抗拔的双重要求，且以抗拔工况控制，故考虑以下四种基础形式:1)管桩和钻孔灌注桩桩型，分析见3.1.2节所述;2)扩大头锚杆，扩大头锚杆的持力层需要可塑及以上黏土层或中密以上砂层，而本场地由北向南(3)₂粉细砂层分布不均，且在部分场地无此土层，故此方案不可行;3)劲性复合桩^[9]，采用外径800mm、内径500mm的劲性复合桩，以(3)₂粉细砂层为持力层，桩长23m，计算得到的单桩抗压特征值为1 357～1 819kN，达不到设计所需的承载力要求。而若以(3)₃粉细砂层为持力层，施工复杂程度大增，经济性明显下降，无优势。

　　 因此，高层结构以外的商业区域基础形式仍选用钻孔灌注桩。另外，本工程基坑支护形式为钻孔灌注桩+三轴深搅止水帷幕，工程桩及支护结构均采用钻孔灌注桩可充分利用场地宽度，分区域多班组同时施工，能够大幅度缩短施工工期。

　　 由于多层商业部分场地面积大，各土层厚度分布不均，根据勘察资料提供的土层剖面信息，以地勘4-4剖面(图1中地质差异南北界线)为界，将场地为南区和北区，两区的土层分布主要区别为北区大部分区域缺失(3)₃层，而南区表1中所示土层均有分布，故两区同一桩型的桩，为达到相同的承载力，桩长需要有一定差异。

　　 考虑多层商业区域的工程桩抗压兼抗拔，(3)_2A层为深厚软塑土，不宜作为桩基持力层，优先选择(3)₃粉细砂层或(4)含砾中粗砂层作为桩基持力层。因工程桩以抗拔控制，桩基承载力基本取决于土层提供的承载力，故桩身混凝土强度取低值更为经济，实际采用C35混凝土。同时，为选择经济合理的桩基方案，进行了如表3所示的抗拔桩多方案比选。

　　 根据表3计算各桩基单位体积所能提供的承载力(简称为“效能比”)，可知，桩径600mm的桩基效能比最大，桩径650mm次之。考虑本工程为3层地下室，埋深较大，场地含深厚软弱土及砂层，土质条件差，600mm的桩径较小，容易发生塌孔、缩颈等不利现象，经讨论不作为比选项，则最终选择桩径650mm、承载力特征值为1 400kN的桩型作为工程桩。

　　 A单体为高层及多层不设缝的大底盘结构，高层与多层两者高度及自重相差大。高层结构区域桩基承载力以抗压控制，以(5)₂中风化砂质泥岩层为桩端持力层，且采用桩端后注浆方式，其沉降量小，这由4.2节试桩结果得到了验证，高层塔楼沉降可满足规范要求。多层商业区桩基承载力由抗浮控制，沉降小。采用JCCAD软件进行整体基础沉降理论计算，计算结果显示，理论计算和试验两者的沉降量基本接近，满足规范的限值要求。工程实施阶段，通过合理设置后浇带及施工顺序，待高层结构主体封顶后，根据实测沉降量及理论计算最终沉降量推断后期沉降差，能够满足设计要求后再封闭后浇带。

　　 本工程试桩根据业主方内部质量管控文件《设计试桩管理规定》的要求，试验桩应按规范^[4,8]规定持续加载，直至桩侧或桩端土体破坏，或桩身材料破坏，以最终试桩结果确定单桩竖向承载力特征值。由于本工程桩数量大，总造价高，最大化利用桩基实际承载能力，可以大幅度节省工程造价。具体试桩要求如下。

　　 (1)根据工程初步桩基布置要求，试桩信息汇总如表4所示。

　　 (2)采用3+1的形式，即每种桩型打设4根桩，取其中3根桩用于静载试验，1根桩备用。

　　 (3)因南北两区土层分布的差异性，同一类型桩应在两区均有分布，且试桩位置尽可能靠近勘察钻探孔，以尽可能测试出勘察报告提供的土体参数的准确性。

　　 (4)对于抗拔及抗压桩试桩，均做破坏性试验，即加载至土体破坏或桩身破坏。

　　 (5)试桩预估的加载值范围在土体能够提供的极限承载力理论值至桩身强度标准值之间。预估出加载值可供试桩单位准备相应的加载设备。

　　 (6)考虑试桩加载为极限值，为避免抗压试桩桩身较早破坏，试桩混凝土强度等级较工程桩有所提高，即650mm桩径的试桩为C45混凝土，750mm和1 000mm桩径的试桩为C50混凝土;抗拔试桩桩身混凝土强度等级不提高。

　　 (7)750mm和1 000mm桩径的抗压试桩采用桩端后注浆，浆液水灰比为0.6，桩端终止注浆压力为8MPa，单桩水泥注浆量为1.8t。

　　 (8)抗拔试桩采用双套管钢护筒以消除设计桩顶标高以上无效段土侧阻力的影响;而抗压试桩考虑经济性、操作便捷性以及无效段范围内软弱土体提供的侧阻力有限(占总承载力的比重小)，不采用钢护筒方式，仅按比例扣除无效段理论摩阻力计算值。

　　 (9)试验均采用慢速维持荷载法。

　　 完成的试桩结果数据汇总见表5、表6。各组试桩具有一致的荷载-变形规律，则各组试桩中的1号试桩Q-S曲线图如图4所示。

　　 根据表5、表6和图4所示的试桩结果，经分析可知:1)抗压和抗拔桩荷载-位移(Q-S)曲线均呈陡变型，则桩基极限承载力取Q-S曲线发生明显陡变点对应的加载值;当同一类型试桩极限承载力极差^[3]不超平均值的30%时，取承载力平均值扣除无效段理论计算值作为工程桩承载力极限值，桩基承载特征值取承载力极限值一半;2)1-SZ1～1-SZ4桩承载力试桩值大于理论值的47.5%，若仅以承载力理论计算值作为加载，则所取桩基承载力偏于保守，浪费较多，分析认为勘察单位提供的侧摩阻力参数偏低;3)相较抗压承载力提高幅值，两组抗拔桩承载力试桩值仅比理论值高出8%左右。咨询勘察单位，各土层抗拔系数均参照规范^[8,10]取值，分析推测该地区各土层抗拔系数取值较规范值偏小;4)采用桩底后注浆方式大幅提高了桩基承载力，说明在本工程地质条件下采用桩底后注浆是合理可行的;5)工程桩承载力特征值对应的桩基沉降量均为10～12mm,Q-S曲线呈缓变型，能够满足3.3节所述的沉降控制要求。

　　 本工程试桩(含备用桩)共20根，且桩均布于场地内，根据地质勘察报告及试桩所得相关数据，本项目工程桩施工需要注意的事项如下:

　　 (1)本地块(4)含砾中粗砂层，局部含卵石，成分为硅质，形状为椭圆形，尺寸一般为0.2～0.5cm，卵石尺寸最大者为15cm，为顺利施工工程桩，应采用反循环钻孔成孔施工工艺，以更好地控制桩底沉渣。

　　 (2)桩基中上段土层主要为砂土和软弱土层，施工时应合理配制泥浆比重，以防塌孔和缩颈，桩端持力层(5)₂中风化砂质泥岩层侵水易软化，成孔后应及时灌注混凝土，避免桩孔进入岩层后长时间遭水浸泡，导致桩端部岩土强度降低。

　　 (3)后注浆质量对单桩承载力提高程度影响大，应加强施工过程的监督管理，建议采用参数自动监测记录装置，以监控每根后注浆桩基的施工参数，并以总注浆量为主控因素，注浆压力、注浆流量等为辅控因素进行浇筑质量控制，确保工程桩与试桩的一致性。

　　 (1)根据结构形式、荷载分布情况及不同设计工况，对多种可行的基础方案进行分析与比选，使场地提供的地基承载力得以最大化利用，如选择抗压桩最佳入岩深度及选择效能比高的抗拔桩等。

　　 (2)考虑本工程基础埋深15m，地下水位高且补给源为长江水，经专项论证，可利用一定高度的有利水头分担竖向荷载。

　　 (3)后注浆工艺能较大幅度提高桩基承载力。

　　 (4)进行破坏性试桩时，试桩桩身混凝土强度等级应适当提高，从而能够最大程度利用桩基实际承载能力。

　　 (5)多高层结构基础抗压桩、抗拔桩及基坑支护桩宜采用同一桩型，有利于工程施工。