高層結(jié)構(gòu)灌注樁樁基選型分析

盧炳斗 （合肥工業(yè)大學(xué)設(shè)計院（集團(tuán)）有限公司，安徽 合肥 230009）

0 前言

隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，土地資源愈發(fā)稀缺，對建筑物高度要求越來越高，導(dǎo)致此類建筑物的基礎(chǔ)荷載較大，一般的天然地基承載力無法滿足設(shè)計要求。樁基礎(chǔ)是一種成熟的基礎(chǔ)形式，樁基礎(chǔ)提供的承載力高，布置靈活，因此在實際工程中被廣泛應(yīng)用。本文以實際工程為例，主要分析了常用的兩種成孔工藝灌注樁的承載力和經(jīng)濟(jì)性能，為今后類似的樁基礎(chǔ)設(shè)計項目的選型提供參考[1]。

1 工程概況

本工程為某高校工程管理與智能制造研究中心大樓，建筑面積約19 088m2，其中地下一層，地上15層，建筑高度 65.1m，建筑平面尺寸為51.0m x24.9m，基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級，墻、柱平面布置如圖1所示。

2 地質(zhì)特征

2.1 地基巖土的構(gòu)成

圖1 墻柱平面布置圖

擬建場地地形高差較大，場地屬江淮沖積平原地貌單元，微地貌為崗地，場地上部第四系覆蓋地層結(jié)構(gòu)簡單，上部填土厚度不均，均勻性較差，下部黏性土、泥質(zhì)砂巖層分布連續(xù)，厚度穩(wěn)定，性質(zhì)較好。綜合評價場地巖土層均勻性一般。場地地表向下巖土層分布見表1所示。

2.2 水文地質(zhì)條件

擬建場地地下水類型為上層滯水及基巖裂隙水。上層滯水主要賦存于①層雜填土中，無自由穩(wěn)定水面，主要補(bǔ)給來源為大氣降水，地下水位隨季節(jié)變化，主要以蒸發(fā)方式排泄。基巖裂隙水主要賦存于④層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖中。勘探期間測得地下水位（靜止）埋深 2.20～3.20m，其靜止標(biāo)高為 19.0～20.0m。

3 基礎(chǔ)選型

本工程跨度較大，樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值亦較大，導(dǎo)致柱下標(biāo)準(zhǔn)組合最大軸力平均在15000kN～21000kN之間，最大柱下軸力達(dá)到25000kN，綜合比較了預(yù)應(yīng)力管樁、CFG樁地基處理、干作業(yè)成孔灌注樁，針對上述柱下軸力最后采用了干作業(yè)成孔灌注樁基礎(chǔ)。

干作業(yè)成孔灌注樁按照工藝和設(shè)備可分為人工挖孔灌注樁和鋼套筒護(hù)壁干作業(yè)機(jī)械旋挖成孔灌注樁。兩種樁的綜合比較詳見表2所列。

3.1 實際單樁承載力特征值計算（以ZH2.0-3.4單樁為例）

人工挖孔樁：

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）中的式 5.3.5：

其中，u為鋼筋混凝土護(hù)壁外圍的周長，u=3.14×(2.0+0.3)=7.2m，考慮了護(hù)壁厚度對樁身摩阻力了實際貢獻(xiàn)作用。

鋼套筒護(hù)壁干作業(yè)機(jī)械旋挖成孔灌注樁：

巖土分布一覽表 表1

樁基綜合性能對比表 表2

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）式 5.3.5：

其中，u為樁身的實際周長，忽略鋼套管的厚度影響，u=3.14×2.0=6.28m。

通過兩種樁型的實際承載力計算，由于成孔工藝的需要，人工挖孔樁的混凝土護(hù)壁對實際單樁承載力較計算承載力有將近700kN的提高，此提高部分承載力僅在混凝土護(hù)壁振搗密實時才能夠被考慮，但就目前的施工質(zhì)量難以保證此要求，利用護(hù)壁對承載力的提高存在較大的安全隱患，而僅作為一種安全的儲備，而相比較鋼套筒成孔樁，由于鋼套筒厚度在單樁承載力計算中可忽略不計，單樁實際承載力與單樁計算承載力具有較高的一致性[2][5]。

3.2 經(jīng)濟(jì)性（以ZH2.0-3.4單樁為例）

人工挖孔樁護(hù)壁材料費計算（取1m長為計算單元）：

① 混凝土 ：0.25×3.14×（2.32-2.02）×1×300=304元/m；其中，混凝土單價按市場參考價300元/m3計算。

②鋼筋：（3.14×2.3×8＋50×1）×0.395×3.80=162元 /m；其中，鋼筋單價按市場參考價3800元/t計算。

③合計：每米鋼筋混凝土護(hù)壁材料費為：466元/m。

圖2 樁身護(hù)壁配筋詳圖

鋼套筒護(hù)壁干作業(yè)機(jī)械旋挖成孔灌注樁：由于無混凝土護(hù)壁，僅計入鋼套筒成孔直接機(jī)械費用為220元/m。

通過兩種樁型的經(jīng)濟(jì)性比較，在樁身費用相同的前提下，人工挖孔樁的護(hù)壁材料費是鋼套筒護(hù)壁干作業(yè)機(jī)械旋挖成孔灌注樁機(jī)械直接費的2倍左右，其中還未考慮人工挖孔樁護(hù)壁的人工費和機(jī)械費用等直接費用，可以看出鋼套筒挖孔樁的經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人孔挖孔樁。

綜上所述，鋼套筒護(hù)壁干作業(yè)機(jī)械旋挖成孔灌注樁無論在造價、進(jìn)度、安全性等諸多方面都具有較大的優(yōu)勢，而且也能為本工程較大的基礎(chǔ)反力提供較高的承載力，相對人工挖孔樁而言，除了上述各方面的不利情況，而且在第④層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖中存在大量裂隙水，對人工挖孔樁成孔產(chǎn)生極大的安全隱患，最終本工程采用了鋼套筒護(hù)壁干作業(yè)機(jī)械旋挖成孔灌注樁[3]。

4 結(jié)論

鋼套筒護(hù)壁干作業(yè)機(jī)械旋挖成孔灌注樁主要采用卡拔機(jī)將鋼套管預(yù)先沉入強(qiáng)風(fēng)化巖層的頂面，采用旋挖機(jī)、擴(kuò)孔器、清孔器在套管內(nèi)取土、擴(kuò)底、清孔，在澆筑樁身混凝土的過程中拔出鋼套管，成樁質(zhì)量好、無泥漿污染、綠色環(huán)保、減少混凝土充盈系數(shù)，尤其適用于流沙、喀斯特地貌、超高回填等各種復(fù)雜地層的樁基施工，且具備較高的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

一個項目經(jīng)濟(jì)性、工期長短，很大程度取決于地下工程的施工。因此，在工期緊、場地地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下，選擇合理的樁基方案特別重要。該項目結(jié)合實際工程和場地地質(zhì)條件，對可選的二個樁基方案進(jìn)行綜合對比，合理地選定了鋼套筒護(hù)壁干作業(yè)機(jī)械旋挖成孔灌注樁作為該項目的主要基礎(chǔ)形式。實踐證明，該基礎(chǔ)型式在此項目的應(yīng)用是成功的，可節(jié)約成本，縮短工期，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)[4]。