CFG樁復合地基和預應力混凝土管樁樁基方案比較研究

張 波 周春雷 丁永剛 劉永超

（1.鄭州市建筑設(shè)計院，河南 鄭州 450052；2.河南工業(yè)大學 土木建筑學院，河南 鄭州 450001；3.黃河科技大學 工學院，河南 鄭州 450064）

1 工程概況

擬建工程主樓地上33 層， 地下2 層為立體車庫，總層數(shù)為35 層，地上主體高度97.40m。經(jīng)計算，單位面積基底平均反力（筏板外擴1 米，標準組合值）為520kN/m2。 主樓基底埋深11.75m，其中基礎(chǔ)加墊層1.7m。

建設(shè)場地位于鄭州市金水區(qū)， 該場地地貌單元屬黃河沖積平原，地形相對平坦，最大高差為1.05m。 由《鄭州市某城中村改造項目巖土工程勘察報告》（詳細勘察）（以下簡稱《地勘報告》）可知，該地區(qū)正常年份地下水變幅為2.0～3.0m 左右，屬潛水類型，主要為大氣降水補給，近3～5年最高水位埋深為1.0m 左右。 場地土自上而下各土層的主要工程地質(zhì)特征如表1 所示。

表1 各層場地土的工程地質(zhì)特征

2 樁基和基礎(chǔ)方案分析

本工程可采用CFG 樁復合地基上的筏形基礎(chǔ)、預應力混凝土管樁樁基上的筏形基礎(chǔ)、 鉆孔灌注樁樁基上的筏形基礎(chǔ)。 以安全、經(jīng)濟為原則，并結(jié)合地域經(jīng)驗深入研究，認真計算，對各種樁型進行分析比較。 由于鄭州地區(qū)鉆孔灌注樁綜合造價比CGF 樁和預應力混凝土管樁均要高很多，本工程暫不考慮鉆孔灌注樁方案。

2.1 CGF 樁

CGF 樁又稱水泥粉煤灰碎石樁，屬于有粘結(jié)強度增強體復合地基，這種樁剛度較大，不僅可以充分發(fā)揮樁的側(cè)阻，若樁端落至較好的持力土層，還可以較好地發(fā)揮樁端承載力的作用。與其他類型的復合地基相比，CFG樁復合地基能夠大幅度提高地基承載力，因此CGF 樁復合地基技術(shù)近幾年在全國及鄭州市當?shù)氐母邔咏ㄖ械玫搅藦V泛的應用，現(xiàn)已成為應用最為普遍的地基處理技術(shù)之一[1]。

2.2 預應力混凝土管樁

預應力混凝土管樁是以預應力混凝土鋼棒為材料應用先張法產(chǎn)生預應力，并采用離心法生產(chǎn)的混凝土樁，無論什么形狀， 其性質(zhì)是一樣的， 都是中空的離心混凝土樁，具有“管”的屬性，成管形，泛稱為先張法預應力混凝土管樁，簡稱“管樁”[2]。 預應力混凝土管樁適用于抗震設(shè)防烈度小于或等于7 度地區(qū)的工業(yè)與民用建筑， 預應力混凝土管樁具有強度高、耐打性好、工期短、造價低、對工程地質(zhì)變化適應性強等優(yōu)點，得到了廣泛的應用。 管樁宜以較厚、較均勻的強風化或全風化巖層、堅硬的粘土層、密實的砂層等為樁端持力層。 如果地質(zhì)條件好，樁端持力層較為理想，能夠有較高的單樁承載力，在保證安全的情況下獲得良好的經(jīng)濟效益[3]。

3 結(jié)合實際工程分析比較CGF 樁和預應力混凝土管樁樁基方案

樁基和基礎(chǔ)方案的確定應綜合考慮安全適用與經(jīng)濟合理性、技術(shù)先進性、地區(qū)經(jīng)驗、施工難易度、成樁質(zhì)量、保護環(huán)境、施工工期等因素。 下面針對以上幾方面因素，結(jié)合實際工程對CGF 樁和預應力混凝土管樁兩種方案進行比較分析。

3.1 安全與經(jīng)濟性分析

擬建建筑的基礎(chǔ)持力層為第3 層粉質(zhì)黏土（場地土的地基承載力特征值為120kPa），天然地基方案不滿足承載力要求，需要進行地基處理。

方案一：CFG 樁復合地基

根據(jù)《地勘報告》，CFG 樁復合地基設(shè)計參數(shù)如表2所示。

表2 CFG 樁復合地基設(shè)計參數(shù)

以 《地勘報告》2# 孔為例進行計算， 取樁徑D=400mm、樁長L=19 米、樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)ap=1.0、單樁承載力發(fā)揮系數(shù)λ=0.85、樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)β=0.95。

根據(jù) 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）[4]式7.1.5-3，單樁豎向承載力特征值：

根據(jù) 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）[4]式7.1.6-1，應滿足樁身強度而

因此，樁身強度應不小于20.8×103kPa。

取單樁豎向承載力特征值Ra=770kN， 取樁身強度fcu=25Mpa。

根據(jù) 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）[4]式7.5.1-2，CFG 樁復合地基承載力特征值：

不同樁間距的復合地基承載力特征值如表3 所示。

表3 不同樁間距的復合地基承載力特征值

方案二：預應力混凝土管樁樁基

表4 不同單樁承載力折合單位面積的地基反力

由《地勘報告》可知，擬建工程場地地下水具有微腐蝕性，預應力混凝土管樁選用PHC-400-AB-95 型樁。 根據(jù)鄭州市地域經(jīng)驗，當管樁樁端持力層為砂層，有效樁長大于9 米時，單樁承載力特征值可達到1100kN，且建筑物的最終沉降量約為20～30mm 左右。 不同單樁承載力折合單位面積的地基反力如表4 所示。

綜合考慮施工擠土因素和群樁效應， 本工程管樁按壓入第5 層細砂層不小于1.0m 計算，預估有效樁長約為10m，單樁承載力特征值為1050kN。 實際施工樁長應結(jié)合現(xiàn)場壓樁力、進入持力層深度等確定。

根據(jù)以上計算分析結(jié)果：（1） 擬建工程如采用CFG樁復合地基方案， 應取樁徑D=400mm， 取有效樁長L=19m， 單樁豎向承載力特征值Ra=770kN， 樁間距D=1.25m，復合地基承載力特征值fspk=520kPa；（2）擬建工程如采用預應力混凝土管樁樁基方案， 應取樁徑為400mm的PHC-400-AB-95 型樁，取有效樁長L=10.0m，單樁承載力特征值為1050KN，樁間距D=1.40m。

3.2 經(jīng)濟指標分析

目前市場參考價，樁身強度fcu為25MPa 的CFG 樁為68 元/m，樁徑為400mm 的PHC-400-AB-95 型預應力混凝土管樁為130 元/m。

單根CFG 樁價位：19×68=1292 元。

單根預應力混凝土管樁價位：10.0×130=1300 元。

工程單位面積折合的價位：

CFG 樁復合地基為1×1292/（1.25×1.25）=826.88 元；

預應力混凝土管樁樁基為1×1300/（1.4×1.4）=663.26元。

CFG 樁復合地基與400mm 樁徑的預應力混凝土管樁樁基的造價比為1：0.802。

從經(jīng)濟指標上分析，10m 樁長的400mm 樁徑的預應力混凝土管樁較19 米樁長的CFG 樁造價節(jié)約19.8%左右，該項目總節(jié)約造價為180 萬元左右。

3.3 技術(shù)先進性分析

CFG 樁和預應力混凝土管樁均是近年來在人工挖孔樁、鉆孔灌注樁、沉管灌注樁、方樁、鋼管樁等眾多樁種中脫穎而出的樁型，與其他樁型相比，具有單位承載力造價低、對地質(zhì)條件適應性強、施工技術(shù)成熟等優(yōu)勢。

3.4 地區(qū)經(jīng)驗分析

CFG 樁和預應力混凝土管樁都可以作為本工程地基處理方案，在鄭州市及周邊地區(qū)均有大量的成功范例。

3.5 施工難易度、確保成樁質(zhì)量、保護環(huán)境、施工工期分析

CFG 樁和預應力混凝土管樁兩種樁型在施工難易度、確保成樁質(zhì)量、保護環(huán)境、施工工期等方面各具優(yōu)缺點。

CFG 樁的優(yōu)點是施工技術(shù)成熟， 單位長度樁長價位也較低。 CFG 樁的不足之處是CFG 樁是排土樁， 在樁入土范圍內(nèi)存在第5 層細砂層，成孔時容易縮徑，出現(xiàn)重復排土現(xiàn)象，成樁時如果提升過快、施工過程控制不好，容易造成縮徑、夾芯、斷樁，引起地面沉陷等，對周圍建筑物、道路、管線等造成不利影響。 另外CFG 樁在施工完成28 天后才能進行承載力檢測。 且根據(jù)河南省 《豫建標（2008）第57 號文》規(guī)定，對于工程勘察等級和基礎(chǔ)設(shè)計等級均為甲級的建筑， 采用CFG 復合地基方案時需要進行CFG 復合地基專項審查，不利于縮短施工總工期。

預應力混凝土管樁施工技術(shù)也非常成熟， 但是單位長度樁長價位較CFG 樁高，然而單位承載力造價低，且屬于預制樁，成樁質(zhì)量可靠，而且施工機械化程度較高、施工速度快，不用現(xiàn)場攪拌混凝土，堆放砂、石、水泥等原料，不會發(fā)生堆土和泥漿滿地流淌等混亂現(xiàn)象，不污染環(huán)境。 另外在施工10 天后即可進行承載力檢測，大大縮短施工工期。 預應力混凝土管樁的不足之處是對本工程砂層要求較高，群樁施工時，后施工的樁易出現(xiàn)有效樁長不能保障，樁頂高出設(shè)計標高的現(xiàn)象，造成浪費，且壓樁力過大或施工不當會出現(xiàn)爆樁現(xiàn)象。 另外由于靜壓樁機的噸位較重，若現(xiàn)場開挖后施工，遇有地下水時，可能會出現(xiàn)陷機的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

以上從安全適用與經(jīng)濟合理性、技術(shù)先進性、施工難易度、成樁質(zhì)量、保護環(huán)境、施工工期等方面進行了比較分析，分析表明預應力管樁樁基、CFG 樁復合地基均可應用于本工程，建議優(yōu)先采用預應力管樁樁基方案。 具體方案應根據(jù)現(xiàn)場試樁情況確定。

［1］朱偉. 淺談水泥粉煤灰碎石樁 ［J］. 山西建筑,2011,37（11）:79-80.

［2］廖振中.管樁簡明手冊［M］.成都:四川大學出版社，2012：1-18.

［3］鄭俊杰，聶重軍，彭宏.預應力混凝土管樁研究與應用進展［J］.平頂山工學院學報，2004，13（4）:51-55.

［4］中國建筑科學研究院.JGJ79-2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.