CFG樁復合地基和預應力混凝土管樁樁基方案比較研究

張 波 周春雷 丁永剛 劉永超

（1.鄭州市建筑設計院，河南 鄭州 450052；2.河南工業大學 土木建筑學院，河南 鄭州 450001；3.黃河科技大學 工學院，河南 鄭州 450064）

1 工程概況

擬建工程主樓地上33 層， 地下2 層為立體車庫，總層數為35 層，地上主體高度97.40m。經計算，單位面積基底平均反力（筏板外擴1 米，標準組合值）為520kN/m2。 主樓基底埋深11.75m，其中基礎加墊層1.7m。

建設場地位于鄭州市金水區， 該場地地貌單元屬黃河沖積平原，地形相對平坦，最大高差為1.05m。 由《鄭州市某城中村改造項目巖土工程勘察報告》（詳細勘察）（以下簡稱《地勘報告》）可知，該地區正常年份地下水變幅為2.0～3.0m 左右，屬潛水類型，主要為大氣降水補給，近3～5年最高水位埋深為1.0m 左右。 場地土自上而下各土層的主要工程地質特征如表1 所示。

表1 各層場地土的工程地質特征

2 樁基和基礎方案分析

本工程可采用CFG 樁復合地基上的筏形基礎、預應力混凝土管樁樁基上的筏形基礎、 鉆孔灌注樁樁基上的筏形基礎。 以安全、經濟為原則，并結合地域經驗深入研究，認真計算，對各種樁型進行分析比較。 由于鄭州地區鉆孔灌注樁綜合造價比CGF 樁和預應力混凝土管樁均要高很多，本工程暫不考慮鉆孔灌注樁方案。

2.1 CGF 樁

CGF 樁又稱水泥粉煤灰碎石樁，屬于有粘結強度增強體復合地基，這種樁剛度較大，不僅可以充分發揮樁的側阻，若樁端落至較好的持力土層，還可以較好地發揮樁端承載力的作用。與其他類型的復合地基相比，CFG樁復合地基能夠大幅度提高地基承載力，因此CGF 樁復合地基技術近幾年在全國及鄭州市當地的高層建筑中得到了廣泛的應用，現已成為應用最為普遍的地基處理技術之一[1]。

2.2 預應力混凝土管樁

預應力混凝土管樁是以預應力混凝土鋼棒為材料應用先張法產生預應力，并采用離心法生產的混凝土樁，無論什么形狀， 其性質是一樣的， 都是中空的離心混凝土樁，具有“管”的屬性，成管形，泛稱為先張法預應力混凝土管樁，簡稱“管樁”[2]。 預應力混凝土管樁適用于抗震設防烈度小于或等于7 度地區的工業與民用建筑， 預應力混凝土管樁具有強度高、耐打性好、工期短、造價低、對工程地質變化適應性強等優點，得到了廣泛的應用。 管樁宜以較厚、較均勻的強風化或全風化巖層、堅硬的粘土層、密實的砂層等為樁端持力層。 如果地質條件好，樁端持力層較為理想，能夠有較高的單樁承載力，在保證安全的情況下獲得良好的經濟效益[3]。

3 結合實際工程分析比較CGF 樁和預應力混凝土管樁樁基方案

樁基和基礎方案的確定應綜合考慮安全適用與經濟合理性、技術先進性、地區經驗、施工難易度、成樁質量、保護環境、施工工期等因素。 下面針對以上幾方面因素，結合實際工程對CGF 樁和預應力混凝土管樁兩種方案進行比較分析。

3.1 安全與經濟性分析

擬建建筑的基礎持力層為第3 層粉質黏土（場地土的地基承載力特征值為120kPa），天然地基方案不滿足承載力要求，需要進行地基處理。

方案一：CFG 樁復合地基

根據《地勘報告》，CFG 樁復合地基設計參數如表2所示。

表2 CFG 樁復合地基設計參數

以 《地勘報告》2# 孔為例進行計算， 取樁徑D=400mm、樁長L=19 米、樁端端阻力發揮系數ap=1.0、單樁承載力發揮系數λ=0.85、樁間土承載力發揮系數β=0.95。

根據 《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）[4]式7.1.5-3，單樁豎向承載力特征值：

根據 《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）[4]式7.1.6-1，應滿足樁身強度而

因此，樁身強度應不小于20.8×103kPa。

取單樁豎向承載力特征值Ra=770kN， 取樁身強度fcu=25Mpa。

根據 《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）[4]式7.5.1-2，CFG 樁復合地基承載力特征值：

不同樁間距的復合地基承載力特征值如表3 所示。

表3 不同樁間距的復合地基承載力特征值

方案二：預應力混凝土管樁樁基

表4 不同單樁承載力折合單位面積的地基反力

由《地勘報告》可知，擬建工程場地地下水具有微腐蝕性，預應力混凝土管樁選用PHC-400-AB-95 型樁。 根據鄭州市地域經驗，當管樁樁端持力層為砂層，有效樁長大于9 米時，單樁承載力特征值可達到1100kN，且建筑物的最終沉降量約為20～30mm 左右。 不同單樁承載力折合單位面積的地基反力如表4 所示。

綜合考慮施工擠土因素和群樁效應， 本工程管樁按壓入第5 層細砂層不小于1.0m 計算，預估有效樁長約為10m，單樁承載力特征值為1050kN。 實際施工樁長應結合現場壓樁力、進入持力層深度等確定。

根據以上計算分析結果：（1） 擬建工程如采用CFG樁復合地基方案， 應取樁徑D=400mm， 取有效樁長L=19m， 單樁豎向承載力特征值Ra=770kN， 樁間距D=1.25m，復合地基承載力特征值fspk=520kPa；（2）擬建工程如采用預應力混凝土管樁樁基方案， 應取樁徑為400mm的PHC-400-AB-95 型樁，取有效樁長L=10.0m，單樁承載力特征值為1050KN，樁間距D=1.40m。

3.2 經濟指標分析

目前市場參考價，樁身強度fcu為25MPa 的CFG 樁為68 元/m，樁徑為400mm 的PHC-400-AB-95 型預應力混凝土管樁為130 元/m。

單根CFG 樁價位：19×68=1292 元。

單根預應力混凝土管樁價位：10.0×130=1300 元。

工程單位面積折合的價位：

CFG 樁復合地基為1×1292/（1.25×1.25）=826.88 元；

預應力混凝土管樁樁基為1×1300/（1.4×1.4）=663.26元。

CFG 樁復合地基與400mm 樁徑的預應力混凝土管樁樁基的造價比為1：0.802。

從經濟指標上分析，10m 樁長的400mm 樁徑的預應力混凝土管樁較19 米樁長的CFG 樁造價節約19.8%左右，該項目總節約造價為180 萬元左右。

3.3 技術先進性分析

CFG 樁和預應力混凝土管樁均是近年來在人工挖孔樁、鉆孔灌注樁、沉管灌注樁、方樁、鋼管樁等眾多樁種中脫穎而出的樁型，與其他樁型相比，具有單位承載力造價低、對地質條件適應性強、施工技術成熟等優勢。

3.4 地區經驗分析

CFG 樁和預應力混凝土管樁都可以作為本工程地基處理方案，在鄭州市及周邊地區均有大量的成功范例。

3.5 施工難易度、確保成樁質量、保護環境、施工工期分析

CFG 樁和預應力混凝土管樁兩種樁型在施工難易度、確保成樁質量、保護環境、施工工期等方面各具優缺點。

CFG 樁的優點是施工技術成熟， 單位長度樁長價位也較低。 CFG 樁的不足之處是CFG 樁是排土樁， 在樁入土范圍內存在第5 層細砂層，成孔時容易縮徑，出現重復排土現象，成樁時如果提升過快、施工過程控制不好，容易造成縮徑、夾芯、斷樁，引起地面沉陷等，對周圍建筑物、道路、管線等造成不利影響。 另外CFG 樁在施工完成28 天后才能進行承載力檢測。 且根據河南省 《豫建標（2008）第57 號文》規定，對于工程勘察等級和基礎設計等級均為甲級的建筑， 采用CFG 復合地基方案時需要進行CFG 復合地基專項審查，不利于縮短施工總工期。

預應力混凝土管樁施工技術也非常成熟， 但是單位長度樁長價位較CFG 樁高，然而單位承載力造價低，且屬于預制樁，成樁質量可靠，而且施工機械化程度較高、施工速度快，不用現場攪拌混凝土，堆放砂、石、水泥等原料，不會發生堆土和泥漿滿地流淌等混亂現象，不污染環境。 另外在施工10 天后即可進行承載力檢測，大大縮短施工工期。 預應力混凝土管樁的不足之處是對本工程砂層要求較高，群樁施工時，后施工的樁易出現有效樁長不能保障，樁頂高出設計標高的現象，造成浪費，且壓樁力過大或施工不當會出現爆樁現象。 另外由于靜壓樁機的噸位較重，若現場開挖后施工，遇有地下水時，可能會出現陷機的現象。

4 結論

以上從安全適用與經濟合理性、技術先進性、施工難易度、成樁質量、保護環境、施工工期等方面進行了比較分析，分析表明預應力管樁樁基、CFG 樁復合地基均可應用于本工程，建議優先采用預應力管樁樁基方案。 具體方案應根據現場試樁情況確定。

［1］朱偉. 淺談水泥粉煤灰碎石樁 ［J］. 山西建筑,2011,37（11）:79-80.

［2］廖振中.管樁簡明手冊［M］.成都:四川大學出版社，2012：1-18.

［3］鄭俊杰，聶重軍，彭宏.預應力混凝土管樁研究與應用進展［J］.平頂山工學院學報，2004，13（4）:51-55.

［4］中國建筑科學研究院.JGJ79-2012 建筑地基處理技術規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2008.