某高層建筑地基基礎優化設計

張力濱 楊 光

(東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040)

建筑的造價對于社會、經濟的發展都有著較大的關聯，而我國建筑行業蓬勃發展的繁榮表象下，日益增長的房價越來越成為購房人無法承受之重。

高額建筑成本是造成房價居高不下的最重要因素，而高層建筑中，地基基礎部分的造價通常占到土建總造價的10%～20%左右，因此選擇符合規范要求的造價最低的地基基礎方案，將節省大量成本，是如今緩解我國建筑行業尖銳矛盾的重要舉措。本課題以實際工程為例，通過對比不同方案的造價預算，選擇出最優方案。

1 工程概況

本工程是哈爾濱萬達文化旅游城配建住宅群中的一幢，地上建筑層數33層，層高均為3.0 m，室內外高差0.5 m，樓層地下有高為2.0 m的管道夾層及層高4.0 m的地下車庫，建筑總面積31 440.51 m2。高層采用剪力墻結構形式，對沉降敏感程度為敏感。

2 地質勘查數據

勘查區位于松花江沖積平原，地勢平坦開闊，區內未見滑坡、崩塌、地裂縫等不良地質現象，下覆巖層除了風化裂隙和軟弱夾層外，無采空區等地下空洞存在。擬建地抗震設防烈度為7度，建筑場地類別為Ⅱ類，根據GB 50021—2010建筑抗震設計規范按標貫進行液化判定，顯示擬建場地不液化，可不考慮液化影響。該場地上部為雜填土、粘性土及砂，中部地基土主要為砂類土，下部分布雜亂無序的地基土層，粘性土和砂類土分布極其混亂。沿樁身地基土土層厚度及其極限側阻值和極限端阻值見表1。

3 地基基礎設計方案比選

3.1 方案選擇

若采用淺基礎，基地持力層位于③層細砂，其承載力特征值為140 kPa，與設計上部結構作用效應相差甚遠，無法滿足設計要求。因此必須采用深基礎避過軟弱土層，或進行地基處理，改變地基承載力。

在綜合考慮地層分布情況、各土層性狀及本地施工技術條件后，設計人員提出了兩種地基基礎設計方案。

表1 樁的極限側阻、端阻標準值

1)CFG樁復合地基方案。CFG樁復合地基應用漸廣，施工工藝也愈加成熟，已經是一種較普遍的地基處理技術。其具有樁身粘結強度高、施工工藝簡單、工期短、造價低等優點，而且CFG樁不需配筋，樁體材料可以摻入工業廢料粉煤灰，十分符合綠色建筑要求[1]。

2)超流態混凝土灌注樁方案。超流態樁基礎承載力高，地基變形小，且不受地下水位限制，所用混凝土流動性強，灌注速度快，成樁質量好，造價相對較低。施工時噪聲低，無泥漿排放，對建筑地環境和周圍居民影響小[2]。此樁基工藝在建筑地被廣泛采用，設計施工經驗十分豐富。

3.2 樁筏參數選擇

1)CFG樁樁徑采用400 mm，樁距設為1 450 mm，布樁方式為正三角形布樁，有效樁長28 m，樁身采用C30素混凝土。工程樁以第⑦層粗砂層為樁端持力層，樁端進入持力層的深度不得小于0.8 m，樁頂上設200 mm厚褥墊層及100 mm厚C15素混凝土墊層，再上則為1 400 mm厚平板式筏板基礎。工程共布置CFG樁756根，單樁豎向承載力特征值達1 100 kN，估算復合地基承載力為580 kPa[3]。

2)為提高施工效率，減少施工失誤，本工程采用相同灌注樁樁長與樁徑，根據地勘結果與上部荷載情況，確定灌注樁以第⑦層粗砂作為樁端持力層，設計樁徑為600 mm，有效樁長28 m，樁身采用C30混凝土，工程共布置396根樁。根據地勘資料按經驗公式計算[4,5]，灌注樁單樁豎向承載力特征值1 700 kN(“超流態”樁基參數與泥漿護壁樁樁基參數通用)，灌注樁頂為剛接厚度不一的承臺。本工程中灌注樁單樁豎向承載力較小，樁數多，承臺需要聯合歸并為大承臺，并在承臺頂部和底部同時配筋，不像小承臺可以直接由防水板配筋深入承臺中，大大增加了鋼筋用量。

3.3 方案造價分析

兩種方案人工費機械費等支出相差不多，因此以用鋼量及混凝土量進行造價比較，結果見表2。

從表2可以看出CFG復合地基方案的造價比超流態樁方案節省近47萬元，這差距主要是用鋼量不同造成的。由于CFG樁不配筋，單筏板基礎的用鋼量遠小于承臺加超流態樁。

表2 兩種地基基礎方案造價比較

4 地基基礎方案異地分析比較

通過表2造價比較，我們可以看出大規模歸并的灌注樁基承臺造價接近了筏板基礎，也使這一方案的造價超過了CFG樁方案。如果改變土質特性，使得灌注樁單樁承載力提高，最終達到減少樁量和減小樁基承臺的目標，就可以大幅降低灌注樁方案的造價；而CFG樁復合地基加筏板的方案中，筏板不變動，只有CFG樁減少帶來的造價降低將遠小于灌注樁方案。因此，作者通過設計調整樁所在土層，以礫砂層為持力層，做出表3的土層分布情況，并再次算得適用的地基基礎方案。

表3 樁身土層分布設計值

1)CFG樁復合地基方案。CFG樁樁徑樁長皆不變，樁距改為1 650 mm，采用正三角形滿堂布樁，共布置工程樁577根，其他方案參數不變。由經驗公式計算，此時單樁承載力達1 400 kN，估算復合地基承載力為578 kPa。

2)超流態混凝土灌注樁方案。樁徑樁長皆不改變，根據地勘資料按經驗公式計算，超流態樁單樁豎向承載力特征值達到2 300 kN，工程共布置298根樁。在本方案中樁數大大減少，因此承臺沒有太多歸并情況。

兩種方案的用鋼量、混凝土量及它們的造價比較見表4。

表4 異地地基基礎方案造價比較

由表4可知，灌注樁單樁承載力提高至2 300 kN后，超流態樁方案造價略低于CFG樁復合地基方案。可以看出隨著單樁承載力提高，超流態灌注樁的承載力發揮愈加充分，需要樁數減少，承臺減小，造價越來越低；反觀CFG樁方案，受到CFG樁身承載力限制，單樁承載力1 400 kN就是極限，因此方案造價不會再因地質增強而降低，灌注樁方案會比CFG樁方案節省更多。

5 結語

通過上述地基基礎方案分析比較，主要結論如下：

1)土質較差的建筑施工地段，單樁承載力低，布置的樁數多，承臺會大規模歸并，這種大承臺造價與筏板相差不多，而灌注樁造價要遠超無需配筋的CFG樁，所以本工程中選擇CFG樁復合地基方案經濟效益明顯，是適合本工程的最優方案。

2)對于天然土層土性較差的地區，受壓承載力極高的樁基礎無法充分發揮其承載力，會造成極大的浪費，采用樁基礎需謹慎。

3)地基基礎方案的經濟性與所處建筑地的土層分布情況息息相關，因地制宜很重要，并非一種方案便放之四海皆準了，需要設計師結合當地情況具體分析。