開封市高層建筑地基基礎(chǔ)方案選型分析

張寶戌

【摘要】本文根據(jù)開封新區(qū)金鼎麗都小區(qū)勘察成果，對有代表性的典型地層上的高層建筑地基基礎(chǔ)方案選型進(jìn)行了比選分析。針對不同類型的建筑物，結(jié)合開封市中軟土場地的特性，對CFG樁復(fù)合地基、PHC管樁、PHS方樁、鉆扎灌注樁及后注漿技術(shù)方案的設(shè)計(jì)方法、施工工藝及存在的問題進(jìn)行了分析。高層建筑地基基礎(chǔ)方案選型均應(yīng)滿足強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性的要求，采用變剛度調(diào)平進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過試樁滿足施工工藝可靠性的要求，同時(shí)考慮造價(jià)與工期等因素后進(jìn)行確定。【關(guān)鍵詞】高層建筑 地基基礎(chǔ)方案 選型分析 設(shè)計(jì)方法 強(qiáng)度 變形 工期

一、引言

近年來開封市建筑業(yè)規(guī)模逐步增大，高層建筑越來越多，結(jié)構(gòu)體系也越來越復(fù)雜，對地基承載力和變形控制提出了更高的要求。由于高層建筑荷載較大且分布不一定均勻，如果地基基礎(chǔ)方案選型不當(dāng)，建筑結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生不均勻沉降或次生應(yīng)力，影響建筑物的正常使用。開封新區(qū)金鼎麗都小區(qū)中18層建筑物為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，29層建筑物為剪力墻結(jié)構(gòu)，采用筏板基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)單位提供的基底平均壓力分別為300kpa、470kpa。

二、巖土工程條件

擬建場地地貌單元屬黃河中下游沖積形成的一級階地，在勘探深度60米范圍內(nèi)，本場地地基土層根據(jù)地層的沉積年代、成因及工程性質(zhì)分為9層。地基土主要由粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂組成，①～④層屬新近沉積土，以粉土、粉質(zhì)粘土為主，狀態(tài)較差；⑤～⑧層屬一般沉積土，以粉土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂為主，狀態(tài)較高；⑨層為粉質(zhì)粘土，硬塑狀，屬第三系沉積巖層。巖土工程勘察報(bào)告提供的地基土力學(xué)及建議的設(shè)計(jì)參數(shù)見下表。

（一）CFG樁復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算

采用CFG樁進(jìn)行地基處理時(shí)，可處理至③層。根據(jù)場地條件，建議處理至⑧層細(xì)砂，樁入土深度23.0m左右，有效樁長約19，0米，正方形布樁，樁徑0.4米，樁距1.4米，面積置換率6.4%。根據(jù)

（二）設(shè)計(jì)、施工中存在的問題分析

場地地層條件簡單，主要由粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂構(gòu)成，CFG樁施工過程中應(yīng)注意軟弱粉土、粉質(zhì)粘土對成樁質(zhì)量的影響。試樁期間對不同地層選擇合適的提鉆速度，并對泵送流量和壓力進(jìn)行控制，施工完成后進(jìn)行樁身完整性檢測。

四、樁基設(shè)計(jì)方案

（一）預(yù)應(yīng)力管樁（PHC.AB型樁）

假定選用預(yù)應(yīng)力管樁，分別以樁徑0.4m、0.5m為例進(jìn)行估算，結(jié)果見下表。

（二）預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土空心方樁（PHS.AB型樁）

假定選用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土空心方樁，分別以邊長0.35m、0.40m為例進(jìn)行估算，結(jié)果見下表。

（三）鉆孔灌注樁及后注漿技術(shù)

根據(jù)地基條件和現(xiàn)有施工能力，選用鉆孔灌注樁時(shí)單樁豎向承載力估算結(jié)果見下表。

根據(jù)本場地條件，如采用樁端后注漿技術(shù)，以樁徑為0.5米為例進(jìn)行計(jì)算，后注漿側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)βsi，端阻力增強(qiáng)系數(shù)βp見下表：

依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94--2008） 5.3.10條估算注漿后單樁豎向承載力特征值為：Rα：Quk/2≈3600/2=1800KN。

五、對不同地基基礎(chǔ)方案選型的九點(diǎn)看法

（1）開封新區(qū)上部以中軟土地層為主，根據(jù)周邊項(xiàng)目建筑復(fù)合地基檢測數(shù)據(jù)，對于18層建筑在面積置換率取較大值時(shí)，CFG樁復(fù)合地基承載力特征值為320kpa，可以滿足強(qiáng)度和變形的要求。對于29層建筑基底壓力較大，采用復(fù)合地基方案時(shí)承載力和變形不能滿足設(shè)計(jì)要求。由于上部存在軟弱土層，可能出現(xiàn)斷樁、縮徑、夾泥以及引起地面過大沉降等現(xiàn)象，應(yīng)采取措施加強(qiáng)樁身完整性的控制。

（2）對于預(yù)應(yīng)力方樁和管樁進(jìn)行樁型比選時(shí)，預(yù)應(yīng)力管樁試算了樁徑為0.4、0.5米的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為2154、2928kN，預(yù)應(yīng)力方樁試算了邊長為0.35、0.4米的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為2295、2743M經(jīng)比較相同樁徑或邊長的預(yù)應(yīng)力方樁比預(yù)應(yīng)力管樁計(jì)算得到的單樁豎向極限承載力提高25%左右，克服了管樁與土摩擦力小的缺點(diǎn)，具有穿透性好、抗剪能力高、施工破損率低、節(jié)省材料降低造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。

（3）采用鉆孔灌注樁技術(shù)由于施工過程中產(chǎn)生的泥皮和樁底沉渣導(dǎo)致單樁豎向極限承載力偏低，采用鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)可有效提高單樁承載力，但與施工質(zhì)量關(guān)系密切且造價(jià)高。與預(yù)應(yīng)力方樁或管樁進(jìn)行樁型比選時(shí)，應(yīng)綜合考慮建筑物荷載情況、施工工期與造價(jià)等因素。

（4）對于CFG樁復(fù)合地基與預(yù)應(yīng)力方樁或管樁比較時(shí)，預(yù)應(yīng)力方樁或管樁造價(jià)相對較高，但在樁體質(zhì)量上有保證且施工速度快。CFG樁復(fù)合地基承載力檢測休止時(shí)間為28天，預(yù)應(yīng)力方樁或管樁承載力檢測休止時(shí)間為15天，因此，采用預(yù)應(yīng)力方樁或管樁可有效縮短工期，提供工程效益。

（5）對于剪力墻或柱下采用變剛度調(diào)平進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過調(diào)整樁徑、樁間距或樁的入土深度等方案控制建筑物基礎(chǔ)的內(nèi)力和不均勻變形。

（6）對于預(yù)應(yīng)力方樁邊長為0.35米，工程樁單樁豎向抗壓載荷試驗(yàn)結(jié)果如下。

邊長為0.35米的預(yù)應(yīng)力方樁單樁豎向抗壓極限承載力靜載試驗(yàn)實(shí)測值比計(jì)算值高13%，因此施工圖設(shè)計(jì)前應(yīng)先進(jìn)行試驗(yàn)樁單樁豎向極限承載力靜載荷試驗(yàn)，以確定施工工藝和單樁豎向極限承載力及沉降指標(biāo)。