高層建筑采用CFG復合地基和短管樁的應用對比

丁小偉

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

隨著經濟的高速發展，城市建設用地日益緊張，這種變化促使高層建筑得到廣泛應用。高層建筑的基礎荷載大，對沉降要求較嚴，是結構設計中最主要的組成部分，據有關資料統計，地基基礎部分占全部土建造價的10%以上，同時，不同地基方案對工期的影響也較大。在西安北郊渭河階地某些區域，在基礎底面以下十幾米處，存在工程地質性能良好的密實砂層，如何因地制宜、利用現有地質條件，并考慮建設方的需求，在滿足結構安全的前提下，合理選擇地基方案，對節約工程造價和縮短建設工期，具有十分重要的意義。

1 工程概況

本工程包括兩棟相同的高層住宅樓，單棟建筑面積2.2萬 m2，地上33層，地下2層，建筑檐口高度99.4 m，周圍是兩層地下車庫。±0.000相當于絕對標高的398.00 m，主樓采用剪力墻結構，基礎為平板式筏板基礎，埋深為-12.0 m。地基基礎設計等級為甲級。標準組合下筏板底面平均壓力值為550 kPa。抗震設防烈度為8度；基本地震加速度值為0.2g；地震分組為第一組。場地特征周期值為0.35 s，場地類別為Ⅱ類。標準層結構平面見圖1。

2 場地工程地質概況

勘探點地面標高介于395.98 m～396.84 m之間。地貌單元屬渭河二級階地，地下水穩定水位埋深為17.20 m～18.30 m，屬潛水類型。地基土對混凝土結構及鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性；在干濕交替條件下，地下水對混凝土結構具有微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有弱腐蝕性。在抗震設防烈度8度條件下，場地內20 m深度范圍內地基土不具有液化現象，因此不考慮地基土的地震液化問題。Ⅱ級自重濕陷性黃土場地。場地內未發現其他不良地質作用及地質災害，場地穩定，適宜建筑。場地土自上而下分述如下：

①-1雜填土：以建筑垃圾或生活垃圾為主。

①-2素填土：以原有建筑地基(灰土墊層)為主，結構松散。

②黃土：褐黃色，可塑～堅硬，具濕陷性、中等偏高壓縮性。

③黃土：褐黃色，可塑～堅硬，具濕陷性。

④古土壤：棕紅色，可塑～堅硬，局部具濕陷性。

⑤中細砂：灰黃色，飽和，密實。層厚3.00 m～8.10 m，地基承載力特征值為200 kPa。

⑤-1粉土：灰黃色，飽和，密實。揭露厚度0.20 m～3.00 m。地基承載力特征值為200 kPa。

⑥粉質粘土：褐黃色，可塑為主，局部硬塑。層厚5.30 m～8.70 m，地基承載力特征值為200 kPa。

⑦粉質粘土：褐黃色，硬塑為主，局部可塑。層厚2.20 m～9.50 m，地基承載力特征值為200 kPa。

啟發式提問2：現在我們無法直接算出丟番圖的年齡。那么，我們退回去重新思考：題目所給條件是否能算出丟番圖的年齡？

⑦-1中砂：灰黃色，飽和，密實。揭露厚度0.40 m～2.50 m。地基承載力特征值為220 kPa。

⑧中砂：灰黃色，飽和，密實。層厚4.90 m～9.50 m，地基承載力特征值為240 kPa。

⑧-1粉質粘土：黃褐色，淺灰色，硬塑為主。揭露厚度0.70 m～2.00 m，地基承載力特征值為210 kPa。

⑨粉質粘土：淺灰色，可塑～硬塑，硬塑為主。層厚6.40 m～14.40 m，地基承載力特征值為220 kPa。

⑩粉質粘土：淺灰色，可塑～硬塑，硬塑為主。層厚10.10 m～12.00 m，地基承載力特征值為230 kPa。

典型地質剖面圖見圖2，除⑤中細砂、⑧中砂的變形模量可取25 MPa,50 MPa外，其余各土層壓縮模量見表1。

3 地基基礎方案的比選

根據該場地的地質特點，提出了三種地基方案，并對成本和工期進行測算對比。綜合考慮經濟性和施工便捷性后選擇如下：1號樓工期緊張選擇了工期短的方案一；2號樓工期寬裕，選擇了成本較低的方案二；方案三因工期長、成本高、現場污染不予選擇。三種地基方案的比較如表2所示。

表1 各壓力段壓縮模量平均值

MPa

表2 三種地基方案的比較

4 分析兩種方案的工藝特點，按需選擇

1)靜壓管樁適用于上部無砂層場地，在渭河階地砂土互層，沉樁困難。本工程在基礎底面約11 m以內為黃土，沉樁無障礙；11 m以下為第⑤層中細砂，厚3.6 m～4.8 m，用做管樁的樁端持力層。1號樓先滿打素土擠密樁處理濕陷性，再選擇600 t靜壓機，以終壓力(Qu≤Pu≤樁體極限承載力)控制為主，終壓連續復壓次數為2次～3次，以樁長控制為輔，保證管樁樁端壓入砂層。每臺靜壓機每天可壓約500 m長管樁，工期較短。

2)CFG樁復合地基能大幅度提高地基承載力、造價低、施工快、無噪聲、工地文明無環境污染。2號樓先滿打素土擠密樁處理濕陷性，再采用長螺旋鉆中心壓灌工藝施工CFG樁，樁端進入第⑤層中細砂層1 m。施工中要求壓灌混凝土時控制提拔鉆桿速度，一次提鉆高度小于25 cm，保持混凝土埋鉆高度大于1.0 m，嚴禁先提鉆后壓灌，不能在土中停泵待料，臨樁頂段要保持正常泵壓灌注，混凝土進場后應立即灌注(2 h內)，嚴禁長時間擱置，樁垂直度偏差小于1%，充盈系數1.0～1.2，一臺機械每天成樁20根～30根。本方案成本較低，但工期稍長。

5 原位靜載試驗結論

按照相關規范的規定進行試驗，1號樓取6根靜載試驗樁，在終止荷載2 600 kN時沉降量介于20.86 mm～25.56 mm之間；2號樓8點CFG單樁復合地基靜載荷試驗，在最終荷載1 100 kPa時沉降量介于16.25 mm～18.75 mm之間；兩者在加載過程中，P—S曲線呈平緩變形，未見明顯比例界限，也未出現極限荷載，各試驗點均未達到破壞狀態，根據實驗結果，1號樓單樁豎向極限承載力不小于2 600 kN，2號樓CFG樁復合地基承載力特征值不小于550 kPa，均滿足設計要求。

6 沉降觀測

從主體施工開始至主體封頂后兩年期間，每棟樓各進行了39次沉降觀測，結果表明兩棟建筑沉降均勻，差異沉降量小，最后100 d的最大沉降速率小于JGJ 8—2016建筑變形測量規范第7.1.5條規定的0.01 mm/d～0.04 mm/d，已達到穩定狀態，驗證了兩種地基方案的成功。但2號樓累計沉降量大于1號樓，說明CFG樁復合地基的變形計算理論還需進一步研究。1號樓和2號樓沉降觀測值匯總分別見表3，表4。

表3 1號樓沉降觀測值匯總

表4 2號樓沉降觀測值匯總

7 結語

在西安北郊渭河階地，地表下20 m左右有較厚的密實砂層，為采用短樁(PHC管樁或CFG樁)提供了良好的樁端持力層。本工程證明在類似地質條件下，高層建筑采用PHC短管樁，或CFG短樁復合地基是安全、快捷、經濟、環保的，兩種方案為建設方提供了靈活的選擇思路，工期緊張時可以選擇施工快的短管樁方案，工期寬裕時可選擇成本更低的CFG短樁復合地基，同時也為本地區地基基礎設計方案的優選積累了經驗。