濕陷性黃土地區(qū)建筑工程樁基優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

崔澤濤

（中鐵二十二局集團(tuán)有限公司，北京 100043）

濕陷性黃土是指在上覆土層自重應(yīng)力作用下，或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，因浸水而發(fā)生下沉變形的性質(zhì)。濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，其土質(zhì)較均勻、結(jié)構(gòu)疏松、孔隙發(fā)育。在未受水浸濕時(shí)，一般強(qiáng)度較高、壓縮性較小。當(dāng)在一定壓力下受水浸濕，土的結(jié)構(gòu)會(huì)迅速被破壞，產(chǎn)生較大附加下沉，強(qiáng)度迅速降低。濕陷變形是由于地基被水浸濕所引起的一種附加變形，往往是局部和突然發(fā)生的，而且很不均勻，對(duì)建筑物的影響很大，危害性很大。

1 工程概況

某項(xiàng)目位于甘肅省蘭州市，項(xiàng)目包括2#～4#住宅樓及1#商業(yè)，主樓地下室均與大地下室連成一體，大地下室頂板覆土1.6～1.8m，大地下室最大平面尺寸約135.75m×114.7m。地下功能：除3#、4#主樓及部分地下車庫為甲類核六級(jí)人防地下室以外，其余1#、2#及周邊地下車庫為設(shè)備用房及地下車庫。2#～4#住宅樓采用樁筏基礎(chǔ)，樁端以卵石層作為持力層；其余商鋪以及大地下室均采用樁基加300mm厚構(gòu)造底板，樁基均采用人工挖孔樁。

2 樁基試樁及檢測方案

2.1 試樁目的

通過試樁過程，可以了解項(xiàng)目地質(zhì)情況，檢測樁基方案可行性，檢驗(yàn)樁基施工質(zhì)量可靠性。根據(jù)單樁豎向靜載荷試驗(yàn)確定單樁豎向承載力特征值，由于地質(zhì)報(bào)告提供的數(shù)值往往偏于保守，因此可以根據(jù)靜載報(bào)告提高樁承載力，優(yōu)化樁型或減少樁數(shù)。

2.2 試樁方法

靜載荷實(shí)驗(yàn)+低應(yīng)變檢測。利用工程樁當(dāng)作錨樁，試樁樁徑為800mm，擴(kuò)大頭直徑為1500mm；采用6根工程樁作為抗拔樁，原設(shè)計(jì)工程樁樁徑為1000mm，擴(kuò)大頭直徑為2000mm，現(xiàn)改為樁徑900mm、擴(kuò)大頭直徑1800mm。通過靜載荷試驗(yàn)確定試樁極限端阻承載力，根據(jù)實(shí)際承載力大小報(bào)設(shè)計(jì)院進(jìn)行樁身優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.3 試樁點(diǎn)位選擇

選擇場地內(nèi)地質(zhì)條件較復(fù)雜地段，依據(jù)地勘報(bào)告地層分析和地勘剖面圖，綜合考慮在4#11軸A-B軸中間、10軸B-E軸中間及21軸A-B中間分別試樁。試樁采取人工挖孔樁，共計(jì)3根。布置圖如圖1所示。

圖1 試樁方案平面布置圖（單位：mm）

3 樁基優(yōu)化方案

依據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，結(jié)合擬建工程特點(diǎn)、場地土及周圍環(huán)境條件，擬建地下室及1#～4#地基處理建議采用人工挖孔樁，以⑤層卵石層為樁尖持力層，樁端平面所能提供的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為3500kPa，如表1所示（表中極限端樁阻力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)應(yīng)各樁徑的單樁承載力特征值）。假設(shè)通過試樁，樁樁端平面所能提供的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值能達(dá)到5000kPa，Z1可替代Z2，Z2可替代Z4，Z3可替代Z5，Z4可替代Z6；如果極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值能達(dá)到6000kPa，Z1可替代Z2，Z2可替代Z4、Z5，Z3可替代Z6。此方案只考慮到優(yōu)化樁徑，如果將1#承臺(tái)下的群樁改為單樁還可以優(yōu)化數(shù)量。

表1 試樁方案分析表

4 樁基優(yōu)化經(jīng)濟(jì)效益和優(yōu)劣

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

通過試樁，極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到6500kPa左右，Z2可替代Z4～Z6的樁基。該項(xiàng)目原設(shè)計(jì)樁基416根，優(yōu)化后樁基372根，優(yōu)化數(shù)量近10%。4#樁基優(yōu)化前后對(duì)比如表2、表3所示。

表2 4#樁基優(yōu)化前

表3 4#樁基優(yōu)化后

通過優(yōu)化前后對(duì)比分析，樁徑大大減小，配筋主筋三級(jí)鋼的數(shù)量從14根減少至10根，相應(yīng)的施工成本減少。如果在工期可控的前提下，做試樁大有必要，可以充分挖掘地基的承載力。該項(xiàng)目通過樁基優(yōu)化節(jié)約成本近100萬元左右，試樁成本7萬元左右，經(jīng)濟(jì)效益顯而易見。

4.2 試樁優(yōu)劣

（1）優(yōu)點(diǎn)。①檢驗(yàn)地勘報(bào)告，核實(shí)地質(zhì)情況，了解地層情況；②檢驗(yàn)施工可行性，核實(shí)施工條件，為后續(xù)施工積累施工經(jīng)驗(yàn)；③優(yōu)化樁型和樁基數(shù)量，節(jié)約成本；④工期進(jìn)度安排較合理。

（2）缺點(diǎn)。①如果持力層承載力不理想，會(huì)造成一定的成本損失；②4#可能需補(bǔ)充工程樁；③施工難度大，試驗(yàn)過程復(fù)雜；④若無空閑時(shí)間，影響施工工期和進(jìn)度。

5 結(jié)論

在濕陷性黃土地區(qū)樁基工程正式施工前，應(yīng)進(jìn)行試樁，以核實(shí)施工條件、相應(yīng)的樁尖標(biāo)高、單樁承載力以及穿透硬夾層的可能性。通過試樁，可以了解濕陷性黃土地區(qū)的地質(zhì)情況，不過地質(zhì)報(bào)告提供的數(shù)值往往偏于保守，對(duì)此，可以根據(jù)靜載報(bào)告挖掘持力層承載力，從而達(dá)到優(yōu)化樁型和減少樁數(shù)的目的，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。在具體選用上述地基處理方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)場地的濕陷類型、濕陷等級(jí)、地質(zhì)情況、施工條件和工期要求，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較后考慮是否進(jìn)行試樁。