建筑物地基處理方案的優(yōu)化設計

何金陽

在現(xiàn)代建筑中，建筑物高度和結(jié)構(gòu)復雜程度在不斷提高，相應地建筑物對地基的承載能力要求越來越高，原位地基特別是軟土地基大多滿足不了建筑物對它的要求，需要進行處理。地基基礎設計是整個工程中很重要的一個環(huán)節(jié)，方案的選擇合理與否是整個工程的關鍵，它直接關系到建筑物的安全與可靠性;另外，它的實施還受到施工場地和環(huán)境的制約。因此，如何安全可靠、經(jīng)濟、可行地處理地基，是每一個設計工作者都應反復推敲的問題。

1 工程概況

新鄉(xiāng)機務段檢修輔助樓為三層磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積2 207 m2，軸線尺寸為9×78.6m，最大開間為9×11.7m。該建筑物位于新鄉(xiāng)機務段院內(nèi)，東、南面緊鄰段內(nèi)馬路，西面離檢修大庫只有不到2 m的距離，北面是檢驗室。由于新鄉(xiāng)機務段為多年老段，擴能的要求使得段內(nèi)多家單位同時施工，施工場地狹小，相互干擾大。段方要求施工過程中不可占道而影響段內(nèi)的生產(chǎn)，施工不得產(chǎn)生大的噪聲，不能引起周圍建筑物的沉降，這就使地基處理受到限制。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)鉆探結(jié)果揭示:1)場地地基土構(gòu)成見表1。2)場地范圍內(nèi)初見地下水位3.1 m，穩(wěn)定水位2.0 m。3)場地土壤凍結(jié)深度0.6 m。4)地震烈度為8度設防。根據(jù)地質(zhì)勘探報告，場地內(nèi)地基土不均勻，呈現(xiàn)西軟東硬的趨勢。

表1 場地地基土構(gòu)成

3 地基處理方案的選擇

3.1 混凝土灌注樁方案

原方案為某設計院設計的承臺梁+混凝土灌注樁方案。即基礎為鋼筋混凝土灌注樁，上部為承臺梁結(jié)構(gòu)。灌注樁設計樁體直徑300 mm，樁長13.76 m，樁體為C20混凝土;8φ12主筋，φ8@ 200螺旋式箍筋，每隔2 m設一道焊接加勁筋;灌注樁設計為單樁承載，設計單樁豎向承載力為300 kN，共布置220根樁，總樁長3 027.2延長米。

3.2 旋噴樁方案

3.2.1 旋噴樁工作機理

旋噴樁是利用水泥漿攪拌系統(tǒng)、高壓注漿泵、鉆機等設備，將水泥漿變成旋轉(zhuǎn)的高壓高速射流，利用射流的強大動能將土體破碎、攪拌，使水泥漿均勻地與原位土體混合在一起，硬凝后形成圓柱狀水泥土固結(jié)體。其主要應用于既有建筑物的加固補強、軟土地基的加固處理等。旋噴樁可以設計為單樁承載、多樁承載和復合地基幾種形式。

3.2.2 旋噴樁的設計計算

1 )單樁豎向承載力的確定。

根據(jù)JGJ 79-91建筑地基處理技術(shù)規(guī)范，單樁豎向承載力標準值按下列兩式計算，并取其中較小值。

其中，η為強度折減系數(shù)，取0.4;fcμ，k為樁身試塊的無側(cè)限抗壓強度平均值，取5.0 MPa;qp為樁端天然地基土的承載力標準值，取qp=350 kPa;d為樁的平均直徑，d=0.5 m;Ap為樁的平均截面積，Ap=0.5×0.5×π/4=0.196 m2;hi為樁周第i層土的厚度，h1=2.4 m，h2=5.6 m;qsi為樁周第i層土的摩擦力標準值，取q1=15 kPa，q2=40 kPa。

根據(jù)以往設計、施工經(jīng)驗，此處旋噴樁直徑按500 mm計算，初估樁長8.0 m。

2 )旋噴樁根數(shù)的確定。

旋噴樁加固處理后按復合地基設計。

其中，fsp，k為復合地基承載力標準值，此處按設計要求取fsp，k= 200 kPa;m為復合地基置換率，m=Ap/Ae;qkd為樁的承載力標準值，qkd=R/Ap=272.6/0.196=1 390.8 kPa;qsp為土的承載力標準值，qsp=100 kPa;α為地基土土體發(fā)揮系數(shù)，取α=0.5;計算得: m=0.11，經(jīng)按結(jié)構(gòu)尺寸實際布樁，基礎范圍內(nèi)共布樁295根。

4 方案比較

4.1 施工工藝

1 )混凝土灌注樁施工由回轉(zhuǎn)式鉆機和一套泥漿系統(tǒng)等組成;施工工藝簡單，技術(shù)成熟，無施工噪聲;但是由于施工場地狹小，其施工用護壁泥漿存放困難;設計灌注樁由于樁徑只有300 mm，而樁長為13.76 m，灌注樁的長細比(φ=l/d=13.76/0.3=45.9)太大，對灌注樁的施工造成了技術(shù)上的困難。鉆進成孔、鋼筋籠的吊放、混凝土的灌注成了施工的瓶頸，稍有不慎就會造成質(zhì)量問題，影響整個工程的質(zhì)量。

2 )旋噴樁施工設備由一臺旋噴專用鉆機、一臺水泥漿高壓泵、攪拌系統(tǒng)、高壓管路系統(tǒng)等組成;施工工藝簡單，技術(shù)成熟，施工質(zhì)量有保障;無施工噪聲，對周圍建筑物不會產(chǎn)生振動影響;設備占用場地小，對段內(nèi)生產(chǎn)無影響。

4.2 經(jīng)濟性

1 )灌注樁:根據(jù)甲方承包標底為35萬元，但無單位應標。2)旋噴樁:總承包價為27.58萬元，為灌注樁的78%。

4.3 施工工期

1 )灌注樁:根據(jù)原施工單位的施工組織設計，灌注樁需要1 100個工日，單套設備工期需要60 d(不包括混凝土承臺梁)。2)旋噴樁:根據(jù)以往的經(jīng)驗，旋噴樁共需要500個工日，為灌注樁的46%;按一套設備計算，共需40 d的工期，節(jié)約工期33%。

由以上分析:旋噴樁方案較灌注樁方案可節(jié)約投資22%，工期只有灌注樁的2/3。

5 結(jié)語

可以得出這樣的結(jié)論:在建筑物地基處理中，選擇旋噴樁處理地基方案，可以節(jié)省用工、節(jié)約投資，施工占用場地小;且具有施工工藝簡單、噪聲小，不會引起周圍建筑物的沉降等優(yōu)點，是一項經(jīng)濟可行的方案，特別是在中高層建筑物的地基處理中，具有更大的優(yōu)越性。

［1］ 李志忠.雜填土地基處理方法比較與擇定［J］.山西建筑，2009，35(25)：142-143.