預制樁復合地基處理方案比選研究

張啟程 （安徽建工三建集團有限公司，安徽 合肥 230022）

高層建筑具有基礎平面尺寸大、沉降控制嚴、單樁荷載高的特點，地基處理方案對基礎造價的影響較大，因此，對高層建筑地基處理方案的研究與分析尤為重要。復合地基理論的研究與發展，給現階段高層建筑地基處理提供了新的選擇[1]。目前，在高層建筑中復合地基的應用逐步增多[2-3]，復合地基基礎設計時主要需要關注地基承載力及沉降控制這兩個問題[4-5]，但由于復合地基的受力特性較復雜[6]，樁土相互作用機理仍是地基基礎工程的主要研究方向，現階段僅可通過現場的靜載試驗及建筑物的沉降觀測驗證復合地基的可行性。

本文以某高層建筑預制樁復合地基處理項目為例，對不同樁長及樁距的復合地基方案進行了對比研究。

1 工程地質情況

1.1 項目概況

新建項目位于江蘇省蘇中地區某市，由11 棟高層住宅及相關配套建筑組成，高層住宅為框架剪力墻結構，抗震設防烈度為7度（0.10g），地震動加速度反應譜特征周期值為0.55s，標準設防類建筑，基礎形式為樁筏基礎。根據地區經驗，本地區15 層的高層住宅的地基處理方案主要有預制樁基礎或預制樁復合地基，在綜合考慮地勘單位及當地施工經驗的基礎上，選擇采用預制樁復合地基處理方案。

本文以該項目中的4#樓為背景討論預制樁復合地基處理方案。4#樓為地上15層，地下1層，±0.000為85高程5.15m，筏板底標高為-0.25m，基礎寬度16.25m，基礎長度35m。

1.2 地質概況及設計參數

本工程場地位于華東地區長江中下游沖積平原，在地域上屬長江下游三角洲沖積平原地貌單元，勘探深度范圍內地基土為河流相和濱海相沉積物，地下水埋深約1.5～2.0m。根據地質勘察報告，在勘探深度范圍內主要為軟塑狀粉質黏土、稍密～中密狀粉土以及中密～密實狀粉砂土。根據勘探結果，在鉆孔深度60.3m內，地基土根據土的成因和物理力學性質的差異，將本次勘探深度范圍內的土層分成7 個工程地質層，詳見表1。

表1 各主要土層物理力學指標

1.3 工程地質剖面圖

勘察報告中涉及4#樓的共6 個地質鉆孔及2 個工程地質剖面，如圖1 所示。根據工程地質剖面圖可知，場地內土層分布較為均勻，起伏不大，層4、層5 及層7為中密或密實的粉砂土，是較好的預制樁樁端持力層。

圖1 工程地質剖面圖/m

2 預制樁復合地基處理方案

4#樓筏板底標高為-0.25m，約為現狀地面下4.3m，筏板位于層2 粉質黏土及層3 粉土上，按不利取值，筏板底承載力特征值取110kPa。根據GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》，當基礎寬度大于3m或埋置深度大于0.5m 時，對地基承載力特征值按下式進行修正，如式（1）計算。

式中fa為修正后的地基承載力特征值，kPa；fak為地基承載力特征值，取110kPa；ηb、ηd分別為基礎寬度及深度修正系數，取0及1.0；γ為基礎底面以下土的重度，地下水位以下浮重度，取8.01kN/m3；γm為基礎底面以上土的重度，取7.93kN/m3；b為基礎寬度，取16.25m；d為基礎埋置深度，取4.3m。

經計算，修正后的地基承載力特征值為140.13kPa，遠小于設計文件要求的基底壓力不低于220kPa的要求，無法滿足設計要求，需進行地基處理。

2.1 地基處理方案一

采用樁徑0.4m 的預制混凝土管樁，樁身周長1.256m，樁身截面積0.1256m2，以層4 粉砂土作為樁端持力層，樁端標高-8.25m，有效樁長8m，樁端進入持力層深度不小于樁身直徑的1.5倍，即0.6m。各鉆孔進入持力層深度及單樁承載力特征值如表2所示。

表2 方案一各鉆孔進入持力層深度及單樁承載力特征值

根據表2計算結果，樁端進入持力層深度及樁端下持力層厚度均可以滿足規范要求。單樁承載力特征值取計算結果的最小值360kN。根據JGJ 79-2012《建筑地基處理技術規范》，復合地基承載力特征值按式（2）計算。式中fspk為復合地基承載力特征值，設計要求為220kPa；λ為單樁承載力發揮系數，取0.9；β為樁間土發揮系數，取1.0；m為面積置換率，根據布樁形式確定；fsk為處理后樁間土的承載力特征值，取110kPa；Ra為單樁承載力特征值。

根據式（2）反算最小面積置換率為0.04454。若采用正方形布樁，樁間距為1.65m，計算得出的面積置換率為0.04602，大于反算結果0.04454，此時復合地基承載力特征值可以滿足設計要求，實際復合地基理論特征值為223.65kPa，大于設計要求的最小復合地基承載力220kPa。最終布樁數為276 根，樁長總進尺為2208m。

2.2 地基處理方案二

方案二選擇采用樁徑0.4m 的預制混凝土管樁，樁身周長1.256m，樁身截面積0.1256m2，以層5 粉砂土作為樁端持力層，樁端標高-11.25m，有效樁長10m，樁端進入持力層深度不小于樁身直徑的1.5倍，即0.6m。各鉆孔進入持力層深度及單樁承載力特征值如表3所示。

表3 方案二各鉆孔進入持力層深度及單樁承載力特征值

根據表3計算結果，樁端進入持力層深度及樁端下持力層厚度均可以滿足規范要求。單樁承載力特征值取計算結果的最小值450kN。根據JGJ 79-2012《建筑地基處理技術規范》，采用式（2）反算最小面積置換率為0.03532。若采用正方形布樁，樁間距為1.85m，計算得出的面積置換率為0.03661，大于反算結果0.03532，此時復合地基承載力特征值可以滿足設計要求，實際復合地基理論特征值為224.02kPa，大于設計要求的最小復合地基承載力220kPa。最終布樁數為231 根，樁長總進尺為2310m。

3 方案比選研究

3.1 施工措施比選

方案一樁端持力層位于層4粉砂土中，該層土為中密狀態砂土，強度較高，根據區域樁基施工經驗，層4有較為明顯的擠土效應，同時方案一樁間距為1.65m，稍大于4倍樁徑，這種情況下樁基施工時擠土效應會明顯發揮，因此，樁基施工時應選用間隔跳打等方式進行。方案二樁端持力層位于層5粉砂土中，該層土為密實狀態砂土，強度高，擠土效應較層4更為明顯，采用更大的樁間距，在一定程度上減少了樁土的擠密效應，但由于樁基數量較多，樁基施工后期仍會出現壓樁困難或無法沉至指定標高的情況。

方案一及方案二在施工措施方面難易程度相當，樁土擠密效應是需要重點考慮的問題。對此，建議樁基施工時采用大功率的壓樁機，根據區域經驗，壓樁機配重建議采用樁基極限承載力的3倍為宜，并采用合適的壓樁順序。

3.2 施工進度比選

方案一的樁數量為276根，方案二的樁數量為231根，總進尺數量兩種方案相差不大。從樁基施工周期來看，方案一的施工周期大約為15d 左右，方案二的施工周期大約為13d 左右，方案二進度較快，就整體項目施工周期而言，方案二有較大優勢。此外，兩個方案采用的樁基均為標準長度的預制樁，樁廠的供應速度一般可以滿足施工要求。

其次，方案二采用強度更高的層5 作為樁端持力層，且樁基長度更長，極易出現沉樁困難或無法滿足進入持力層一定深度的要求，采用引孔等措施勢必會影響樁基的施工進度。

3.3 施工造價比選

通過對當地樁基施工單價調查，PHC400AB型預制混凝土管樁的材料及施工綜合單價為275 元/m。方案一樁基礎總費用為607200 元，方案二樁基礎的總費用為635250元，方案一比方案二節約造價約28050元。綜合4#樁基礎的施工措施、施工進度及造價3 個方面的比選可以發現，方案一在施工措施及施工造價方面具有明顯優勢，而方案二在施工進度方面具有優勢，但優勢并不明顯，故4#樁基方案建議選用方案一。

4 現場檢測

4.1 低應變檢測

根據相關規范及工程設計要求，對4#基礎范圍內276根工程樁進行現場低應變檢查混凝土樁身完整性，檢測數量為100%。根據檢測結果，276根工程樁均為I類樁。

4.2 單樁及復合地基承載力檢測

單樁承載力采用靜載試驗，最大堆載量為單樁承載力特征值的2倍，要求受檢樁基單樁承載力極限值不小于720kN，復合地基承載力極限值不小于440kPa。單樁及復合地基靜載荷檢測結果如表4所示。

表4 單樁及復合地基檢測結果

根據現場檢測成果可知，4#單樁及復合地基靜載試驗結果均滿足設計要求。

5 結語

結合某建筑工程4#高層住宅預制樁復合地基處理方案，對兩種地基處理方案進行了計算。根據計算結果，從施工措施、施工進度及工程造價三個方面對兩種方案進行對比分析，選擇最優方案。根據對比結果，樁端持力層選擇層4 時，既可降低沉樁過程中的風險，又降低了工程造價，具備較大的優勢。同時，通過現場單樁及復合地基承載力的檢測結果驗證方案的可行性。