臨港新片區(qū)某高層建筑樁基方案優(yōu)化與應用

摘" 要：該文以臨港新片區(qū)105社區(qū)某金融地塊為例，結合該擬建建筑場地地質條件和建筑物的構造，對擬建場地勘察成果中樁基方案進行分析；介紹優(yōu)化后的樁基設計方案，對樁基優(yōu)化試樁結果進行分析，驗證優(yōu)化后的方案較好的經(jīng)濟性及可行性。該工程施工為臨港地區(qū)勘察報告中的樁型推薦及樁基參數(shù)選取提供參考。

關鍵詞：巖土工程勘察；樁基優(yōu)化；灌注樁；預制樁；經(jīng)濟效益

中圖分類號：U443.15" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）17-0128-05

Abstract： Taking a financial block in 105 community of Lingang Special Area as an example， the paper combined with the geological conditions of the proposed building site and the structure of the building， the pile foundation scheme in the investigation results of the proposed site is analyzed， and the optimized pile foundation design scheme is introduced. the optimized pile test results are analyzed， and the better economy and feasibility of the optimized scheme are verified. The construction of this project provides a reference for the recommendation of pile type and the selection of pile foundation parameters in the survey report of the port area.

Keywords： geotechnical engineering investigation; pile foundation optimization; cast-in-place pile; precast pile; economic benefit

隨著中國（上海）自由貿(mào)易試驗區(qū)臨港新片區(qū)的設立[1]，大批工程項目將落地臨港。勘察報告中提供的樁基設計參數(shù)及樁基設計推薦方案，對于建設單位和設計單位開展經(jīng)濟的樁基設計具有較為重要的參考意義。

1" 工程概況

擬建上海市臨港新片區(qū)105社區(qū)某金融地塊位于中國（上海）自由貿(mào)易試驗區(qū)臨港新片區(qū)現(xiàn)代服務業(yè)開放區(qū)，本地塊東至黃槿西路，西至香柏路，北至環(huán)湖北二路，南至云鵑路（圖1）。本項目總用地面積約11 578.0 m²，總建筑面積約81 773.8 m²，主體為一幢20F辦公樓、一幢4F辦公樓及地下停車場（-2F）。本項目為上海市重大建設工程項目。

2" 工程地質與地貌

擬建工程位于浦東新區(qū)臨港新片區(qū)，屬于上海地區(qū)“潮坪”地貌類型，擬建場地原為農(nóng)田。

根據(jù)本次勘察資料，場地地基土在勘察深度范圍內均為第四系松散沉積物，主要由飽和黏性土、粉性土和砂土組成。擬建場地揭示土層6層，共12個亞層，②～⑤層土為Q4全新世沉積物，⑥、⑦和⑨層土為Q3晚更新世沉積物。

圖1" 場地位置

本場地地基土的構成與土層特性如下。

①層填土，遍布，可分為①1層素填土和①3層吹填土，淺層素填土以粉性土為主，夾碎磚塊、植物根莖等雜物。該層土不經(jīng)處理一般不宜直接作為天然地基持力層。

第②_3-1層灰色砂質粉土及②_3-2層灰色粉砂，遍布，土質不均，局部夾黏性土，含云母、石英等。

⑤_1-1層灰色黏土，土質尚勻，遍布，含少量貝殼碎屑，含云母。無搖震反應，有光澤，干強度高等，韌性高等。

⑤_1-2層灰色粉質黏土，遍布，含有機質，夾少量腐植物，局部夾粉性土。

⑤_1-3層灰色粉質黏土，遍布，含有機質，夾少量腐植物，局部夾粉性土。

⑥層暗綠色粉質黏土，遍布，場地含有機質及氧化鐵斑點，夾少量粉土。

⑦₁層草黃-灰色砂質粉土，土質不均，遍布，局部夾黏性土，含云母、石英等。實測標貫擊數(shù)約30.13擊，Ps平均值約為11.48 MPa。

⑦₂層灰色粉砂，遍布，土質均勻，含云母、石英等。密實，層面平緩，在擬建場區(qū)分布較穩(wěn)定。實測標貫擊數(shù)約54.86擊，Ps平均值約為21.68 MPa，當設計對擬建高層單樁承載力要求較高時，該層頂部可作為4層辦公樓的樁基持力層，該層下部可作為本工程20層辦公樓的樁基持力層。該層同時是良好的樁基下臥層。

⑨₁層和⑨2層灰色粉砂，遍布，土質均勻，含云母、石英等。該層也是良好的樁基下臥層。

3" 勘察報告推薦樁基設計方案

3.1" 持力層建議

第⑦₁層灰色砂質粉土，狀態(tài)中密，該層層頂標高約-31.19～32.25 m，層厚約2.6～4.1 m，靜探Ps平均值約11.48 MPa，中壓縮性，本場地第⑦₁層可考慮作為本工程4層辦公樓的樁基持力層，也可作為擬建地下車庫的抗壓樁兼抗拔樁的樁端埋置層，同時該層也可考慮作為地庫區(qū)域抗撥樁樁端進入層。根據(jù)主體設計院提資，本項目1201-TH辦公樓（20F），核心筒結構，上部抗壓荷重大，由于高層、地下車庫及連通道統(tǒng)一底板、且受力較為懸殊，需嚴格控制高層、地下車庫及連通道的絕對沉降和差異沉降，以及由此產(chǎn)生的結構內力，因此樁基持力層的選擇宜深，且該層層厚較薄，利用該層作為持力層時，單樁承載力與樁基結構強度不匹配，樁數(shù)較多，沉降控制也難以滿足要求，因此不宜選擇該層作為1201-TH辦公樓20F辦公樓的樁基持力層。

第⑦₂層粉砂層，該層層頂標高約-34.40～35.57 m，層厚約 33.6～34.6 m，靜探Ps平均值 21.68 MPa，土性很好，層頂埋深較深，層厚很厚，是較為理想的樁基持力層，本工程1201-TH辦公樓（20F）和1201-PH辦公樓（4F）若選用預制樁，只要進入該層—定深度，完全能夠滿足單樁承載力及樁基沉降的要求，但預制樁進入該層后沉樁動阻力將大幅增大，沉樁會很困難，容易爆樁，進入該層深度不宜過深，局部區(qū)域應采取可靠措施方可保證沉樁的順利進行。本工程1201-TH辦公樓（20F）若選取鉆孔灌注樁鉆孔灌注樁遇到密實的⑦₂層粉砂層時，鉆進速度軟緩慢，樁端進入該層深度較深時鉆孔施工時間長，孔壁的砂土由于應力釋放、泥漿的滲透浸潤等影響，往往造成塌孔或沉渣厚度較大，對承載力影響較大，樁基施工質量難以保證，可采取樁端后注漿解決孔底沉渣問題、加固樁側土體，減少樁長，提高樁基承截力以滿足布樁要求。

3.2" 樁基設計參數(shù)推薦值

結合各地基土層的分布發(fā)育規(guī)律、埋藏深度、靜力觸探Ps值及物理力學性質指標及其工程地質特征，經(jīng)綜合分析后，確定各地基土層的樁基設計參數(shù)[2]見表1。

3.3" 樁基類型選擇

樁型的選擇不僅要考慮擬建建筑物的特性、工程地質條件，同時還要受到工期（施工便利）、經(jīng)濟效益及周邊環(huán)境因素的制約。樁型一般有鉆孔灌注樁和預制樁（預制方樁和PHC管樁）[3]。

1）從工程造價和工程質量而言，應首選預制方樁或PHC管樁方案。因為預制方樁或PHC管樁具有樁身強度高，耐久性好，施工方便等特點，能獲得較高的單樁承載力，單位立方混凝土的承載力貢獻高，可有效地降低工程造價，大量工程實踐證明采用預制樁比鉆孔灌注樁節(jié)約造價30%～40%。

2）從周圍環(huán)境而言，本工程場地周邊為道路，總體場地周邊環(huán)境一般。因此，只要對周邊道路采取一定防護獵施后，預制樁施工對周圍環(huán)境的不利影響一般可控制在允許范圍內。

3）從沉樁方式而言，根據(jù)本項目周邊環(huán)境情況，一般可采用打入式或靜壓式施工[4]。考慮周邊有道路或已建建筑對震動、噪音影響敏感時，可采用靜壓沉樁方式，本工程1201-TH辦公樓（20F）荷載較大，沉降控制要求高，可選用灌注樁或預制樁，選用灌注樁建議采取樁端后注漿工藝[5]，以提高承截力，加固沉渣，控制沉降，減少樁端進入⑦2層深度，降低工程造價。

本工程1201-PH辦公樓（4F）和純地庫區(qū)域抗壓荷載一般，樁基為抗壓樁兼抗拔樁，從經(jīng)濟角度進行分析，鉆孔灌注樁的單位價格承載力遠小于預制樁，因而建議采用預制樁。預制樁主要包括預制實心方樁、預應力空心方樁和PHC管樁，在通常情況下施工速度和質量容易控制，但樁邊長或樁徑超過400 mm時，根據(jù)現(xiàn)行市場價格，預應力混凝土空心方樁和預應力混凝土管樁較預制鋼筋混凝土方樁更為經(jīng)濟。從經(jīng)濟效益和對周邊環(huán)境的不利影響角度分析，本工程樁型結構強度要求較高，可減少所使用的樁數(shù)，且為較好的在軸線或柱下布樁[6]，一般要求較高的單樁豎向承載力，這樣就需要樁端進入持力層深度滿足規(guī)范要求，由于樁端持力層好，沉樁將會有一定難度。因此，為能順利沉樁，需要采用高強度質量可靠的預應力管樁[7]。

4" 優(yōu)化樁基方案

通過對勘察揭露地層的物理、力學性質的詳細分析，本工程地基土尚有一定的承載潛力。在充分挖掘地基土承載潛力的基礎上，通過對不同樁型、樁長的承載力計算以及布樁可行性分析，本工程樁基設計方案尚存在一定的優(yōu)化空問，具體表現(xiàn)如下。

1）1201-TH辦公樓（20F）原設計采用中800鉆孔注（后注）有長60 m入土深度達到70 m，進入⑦1和⑦2層共計約35 m，這2層均為砂性土，土層力學性質較好，鉆孔灌注樁進入砂層深度太深，成樁風險大。通過大量工程試驗表明，只要采取合適的樁端后注漿工藝，原設計樁長可大幅減短，承載力仍然以樁身強度控制；若采用PHC-AB600（130）管樁，原設計承力設計值為2 300 kN，有效長31 m，進入⑦層約3～4 m，根據(jù)工程經(jīng)驗，實際單樁承載力可大幅提高。

2）1201-PH辦公樓（4F）和區(qū)原設計用PHC-AB 500（125）管有效樁長26 m，樁端普遍進入第⑦1層 0.06～0.36 m，主要以第⑥層為持力層，抗壓承載力設計值為1 400 kN，由于第⑦1層土性很好，預制只要進入該層一定深度，抗壓承載力將大幅提高，因此建議考慮 1201-PH辦公樓（4F）抗壓以第⑦1層為持力層，可大幅減少樁數(shù)，經(jīng)濟性更佳。優(yōu)化設計后的具體參數(shù)見表2。

5" 樁基方案經(jīng)濟技術性比較

5.1" 技術性分析

1）對于1201-TH辦公樓（20F），若按原灌注樁 （后注漿）方案建議，需采用Φ800灌注樁，以⑦2層為持力層，樁長需要60 m左右，樁端進入⑦2層的深度較大成樁需穿過較厚35 m的砂土層，成性質量難以保證，成樁速度較慢，工期長，易坍塌，承載力變異性較大等問題，風險很大。這里提出即使仍采用灌注柱（后注漿）方案，樁長可至少減少15 m，采用⑦2層粉砂層作為樁端持力層，沉渣厚度得到控制，承力得到有效保障，大大降低了風險，節(jié)省工期至少一個月。采用PHC管樁，優(yōu)化后樁長比原方案減短1 m的同時，承載力提高至 3 000 kN，承載力提高30%，勘察報告推薦方案易現(xiàn)“爆樁”等問題，沉樁困難，優(yōu)化后方案造價大大降低，優(yōu)化方案通過合理控制樁端進入⑦2層的深度，有效地降低了沉樁風險，大大減少了工期和造價。

2）對于1201-PH辦公樓（4F）及地下車庫（-2F），原方案以第⑦1層為持力層，部分區(qū)域已穿透第⑥層進入第⑦1層，由于其下第⑦2層土性更佳，樁長增加 1 m，承載力將大幅提高，可以較原方案提高30～35%，減少樁數(shù)約200根，大大降低了風險，節(jié)省了工期。

5.2" 經(jīng)濟性分析

根據(jù)巖土工程勘察報告和主體結構設計單位提供的樁基設計方案，對本工程樁基優(yōu)化節(jié)省工作量進行了統(tǒng)計，具體樁基節(jié)省費用詳見表3所示。

1）1201-TH辦公樓（20F）采用灌注樁方案時，本項目原設計方案樁基總造價約1 727.13萬元，經(jīng)過優(yōu)化設計后，優(yōu)化后設計方案樁基總造價約1 336.26萬元，比勘察報告推薦方案總造價節(jié)省約391.48萬元，總造價節(jié)省約22.6%。

2）1201-TH辦公樓（20F）采用預制樁方案時，本項目原設計方案樁基總造價約1 039.22萬元，經(jīng)過優(yōu)化設計后，優(yōu)化后設計方案樁基總造價約823.32萬元，比勘察報告推薦方案總造價節(jié)省約215.9萬元，總造價節(jié)省約20.8%。

3）1201-TH辦公樓（20F）采用預制樁方案經(jīng)濟性更佳，比灌注方案將大幅節(jié)省造價和工期。

6" 試樁結果

根據(jù)優(yōu)化后的樁基設計方案進行試樁，本次試樁采用預制樁型號為：PHC-600AB 130 13+13+13，樁端入土深度約42.0 m，破壞性試樁的單樁加載量分十級加載，4 320 kN及之后分級按加載級差一半加載，若加載至6 000 kN未破壞，可加載至6 720 kN停止。試樁結果見表4及如圖2所示。根據(jù)試樁結果可判定單樁豎向極限承載力大于等于6 720 kN，且沉樁順利。

7" 結束語

根據(jù)對臨港新片區(qū)105社區(qū)某金融地塊勘察及樁基優(yōu)化方案分析，獲得以下經(jīng)驗。

1）采用預制樁時，勘察報告推薦方案易出現(xiàn)“爆樁”等問題，沉樁困難，優(yōu)化后方案造價大大降低，優(yōu)化方案通過合理控制樁端進入⑦2層的深度，有效降低了沉樁風險，大大減少了工期和造價。

2）對于擬建1201-PH辦公樓（4F）及地下車庫（-2F），原方案以第⑦1層為持力層，部分區(qū)域已穿透第⑥層進入第⑦1層，由于其下第⑦2層土性更佳，樁長增加1 m，承載力將大幅提高，可以較原方案提高30%～35%，減少樁數(shù)約200根，大大降低了風險，節(jié)省了工期。

3）1201-TH辦公樓（20F）采用灌注樁方案時，優(yōu)化后設計方案樁基總造價比勘察報告推薦方案總造價節(jié)省約 22.66%；采用預制樁方案時，優(yōu)化后設計方案樁基總造價節(jié)省約 20.77%。

4）1201-TH辦公樓（20F）采用預制樁方案經(jīng)濟性更佳，比灌注樁方案將大幅節(jié)省造價和工期。

5）經(jīng)過試樁驗證優(yōu)化后的樁基方案可行且經(jīng)濟性較好，因此本項目經(jīng)驗為臨港地區(qū)勘察報告中的樁型推薦及樁基參數(shù)選取具有較高的參考價值。

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