深哈產業園科創總部項目樁基比選研究

許 華

(深圳(哈爾濱)產業園投資開發有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000)

0 引言

深圳市和哈爾濱市開展對口合作是我國實施新一輪東北振興工作的重要舉措。深哈產業園科創總部項目作為深哈對口合作的首個啟動項目，對整個深哈產業園區的項目建設具有示范作用。

深哈產業園科創總部項目位于松花江低漫灘地帶，屬于砂層地質，砂層地基的基礎選型需慎重對比。對于該類場地，樁基礎是我國東北地區常采用的一種基礎形式。對于該樁基礎結構的工程項目，樁基設計直接關系到基礎工程的成本和工期，因此樁基的選型對該項目的推進有關鍵性意義，應開展系統研究與科學設計。在樁基礎比選方面，許多學者與工程師對樁基礎開展了相關研究工作，如：賀劍龍[1]結合實際工程特點，對廣州南沙某工程開展了樁基比選方案研究；朱胤超[2]對灌注樁和預制樁在廠房項目中的應用開展了比選分析研究；安文強[3]以沈陽市為例開展了靜壓管樁與長螺旋鉆孔灌注樁的對比研究；陳程和武京生[4]通過價值分析開展了港區樁基礎的比選分析。

本文以科創總部項目的樁基選型為例，結合項目地質情況分析結果，對兩種可行樁型進行了單樁承載力及造價計算分析，并從經濟性、施工工期、施工質量、環境影響等方面進行了分析對比，確定了適用于該項目的樁基方案，并通過試樁試驗進行了驗證，為整個深哈產業園區的建設提供了參考。

1 工程概況

深哈產業園區選址在哈爾濱新區江北一體發展區，其建設目標為東北地區科技創新高地和新興產業重要策源地，規劃面積約26 km2，核心啟動區1.53 km2。深哈產業園科創總部項目位于深哈產業園的核心啟動區的南部，將按照高質量高標準的要求統一規劃設計，分期建設?？苿摽偛宽椖靠偨ㄖ娣e為54.4萬m2。園區由17棟研發樓、1棟展館、5棟宿舍、配套商業和總部大樓等組成。其中總部大樓為24層辦公樓高100 m，宿舍樓20層，其余為10層以下建筑。采用大開挖形式，設有一層地下室。

2 地質情況分析

該項目場地所處地貌單元屬于松花江低漫灘地帶，場地地面絕對高程為115.94 m～123.04 m。擬建場地地形較平坦，起伏不大。穩定水位埋深為1.20 m～6.50 m，其絕對高程為113.01 m～116.82 m。根據擬建工程特點及場地地基條件，場區建筑物的基礎形式宜采用樁基礎。

根據場地勘察，場地由6層組成，結合土工試驗和標準貫入試驗結果可得各土層分布及力學指標如表1所示。場地勘察結果顯示場地無液化土層，第4層及以下各砂層性質較好，層位連續可作為樁端持力層。

表1 土層分布及力學指標

3 單樁承載力及造價計算

初步設計中地下室底部標高-6.00 m、承臺厚度4 m，通過對地基土的判斷分析，對預應力混凝土管樁和長螺旋鉆孔樁兩種樁型方案進行經濟對比分析。根據上部結構設計要求，該項目所需單樁承載力取1 200 kN,1 800 kN。針對兩種承載力特征值，以一典型勘察孔為例分別對兩種樁型進行試算分析。考慮到樁基礎中單位體積混凝土配筋比例差距不大，在樁型比選階段僅考慮混凝土造價代表單樁造價進行比選。

3.1 預應力混凝土管樁計算

分別對設計承載力為1 200 kN和1 800 kN的預應力混凝土管樁單樁進行承載力試算，結果如表2所示。參照表2中試算結果，根據后期實際試樁試驗及施工經驗分析可得：有效樁長17 m～18 m即可達到設計要求，即400徑樁承載力特征值1 200 kN；有效樁長17 m～18 m即可達到設計要求，即500徑樁承載力特征值1 800 kN。

表2 預應力混凝土管樁承載力試算結果

根據上述數據可以計算得出，設計承載力為1 200 kN和1 800 kN的預應力管樁單樁混凝土造價分別為3 240元和5 130元。

3.2 長螺旋鉆孔樁計算

分別對設計承載力為1 200 kN和1 800 kN的長螺旋鉆孔樁單樁進行承載力試算，結果如表3所示。

表3 長螺旋鉆孔樁承載力試算結果

考慮混凝土單方造價900元，根據上述數據可以計算得出，設計承載力為1 200 kN和1 800 kN的長螺旋鉆孔樁單樁混凝土造價分別為4 579元和7 630元。

4 樁型比選分析

4.1 經濟性比較

從經濟性角度分析：設計承載力特征值1 200 kN預應力混凝土管樁單樁造價比長螺旋鉆孔灌注樁少29.2%，設計承載力特征值1 800 kN預應力混凝土管樁單樁造價比長螺旋鉆孔灌注樁少32.8%。除單樁造價外，由于樁徑縮短，預應力混凝土管樁所需承臺尺寸比長螺旋鉆孔灌注樁小，承臺部分也相對造價較低?？梢钥闯觯涸诮洕苑矫妫A應力混凝土管樁具有較大優勢。

4.2 施工工期比較

從施工期角度分析：預應力混凝土管樁為工廠預制產品，現場無需混凝土養護周期，可大大節省施工周期。理想的條件下，一臺靜壓施工設備每天可沉樁22根左右，而一臺錘擊施工設備每天也可沉樁10根～15根?？紤]地下障礙物等其他實際因素影響，每根樁的平均沉樁時間也小于1 h；而長螺旋鉆孔灌注樁則需在施工完成后養護28 d，導致工期比預應力管樁慢1個月左右。因此，在施工工期方面，預應力混凝土管樁具有一定優勢。

4.3 環境影響比較

從環境影響角度分析：預制樁施工無需現場取土，現場整潔無污染，但存在較大的噪聲污染，且會產生擠土效應；螺旋鉆灌注樁成樁需用泥漿護壁，并且挖出土方需外運。對比二者對環境影響，灌注樁的影響可以通過加強文明施工管理盡可能避免，而預制樁產生的噪聲污染和擠土效應難以避免。因此，可以看出：在經濟性方面，充分加強現場文明施工管理、做好環保措施的前提下，灌注樁具有相對的優勢。

4.4 施工質量比較

從施工質量角度分析：由于該項目存在中砂層等難穿透層，施工難度較大。若采用預應力混凝土管樁，存在難以沉樁的可能性，并且有樁頂破碎的風險；若采用長螺旋鉆孔灌注樁，則不存在無法沉樁的可能性，但是施工質量對承載力會產生一定影響。可以看出：在施工質量方面，兩種樁型均存在一定的缺點，但預應力管樁影響較大。若管樁無法沉樁將不僅影響施工質量，甚至導致結構無法施工。

4.5 樁型比選決策

從上述四方面對比可以看出：1)在經濟性和工期方面，預應力混凝土管樁具有顯著優勢；2)在環境影響方面，由于項目現場空曠，附近無住宅、醫院等人群密集區域，臨近位置無現有建筑，預應力混凝土管樁施工中的噪聲、擠土效應影響可控，二種樁型對環境的影響均在環保要求范圍內；3)在施工質量方面，若采用混凝土樁尖一體化管樁(鉛筆樁)以保證樁基可沉入中砂層，二者均可達到施工質量要求。

根據上述分析，在滿足環保要求、施工質量、設計要求的前提下，以降低成本為目標進行比選，最終該工程選取預應力混凝土管樁作為樁基方案。

5 試樁驗證分析

根據地質勘察與比選分析后，本項目樁基擬采用預應力混凝土管樁且配備混凝土樁尖。為了確保選擇的正確性和可行性，確保所采用的樁型可以沉入中砂層，在場地內選擇地質最不利點進行試樁驗證。試樁驗證于深哈產業園科創總部項目現場進行，根據設計要求采用帶有樁尖的C105高強混凝土預制管樁(見圖1)，其規格為PHC500AB125，沉樁設備選用6.2 t筒式柴油錘(見圖2)。

試樁結束單樁如圖3所示，試樁過程的各階段記錄如表4所示，沉樁過程中砂層位置沉樁速度均勻。據現場檢查，樁頭、樁身均未見損壞等異常情況，可以看出試樁結果達到了預期沉樁要求。

表4 試樁試驗結果

試樁結果顯示：1號試樁沉樁長度22 m，最后1 m施錘擊數95，符合收錘標準，有效樁長18 m，滿足設計要求；2號試樁沉樁長度22 m，最后1 m施錘擊數72，已穿透粗砂層，可達到粗砂作為持力層，滿足設計對樁長以及持力層的控制要求。

從上述試樁結果可以看出，比選所得的C105高強混凝土預制管樁沉樁深度滿足設計要求，其他相應指標也都能達到設計和規范要求，可以認為所采用樁型在該項目中應用是可行的。

6 結語

在地質勘察的基礎上，在滿足設計與規范前提下，綜合考慮經濟性、施工工期、施工質量、環境影響等方面，該項目選取C105高強預應力混凝土管樁作為基礎用樁。在滿足相同單樁承載力時，所選樁型具有樁徑小，造價低，成樁長度不受施工機械的限制，成樁速度快，作業人員少，功效高，工期短等優勢。試樁試驗驗證了所選樁型滿足設計和規范的各項要求，論證了其在該項目中的可行性，為整個項目樁基選型提供了試驗支撐。

預應力混凝土管樁在科創總部項目中的選用實現了因地制宜，在保證基礎設計要求和施工質量的前提下有效縮短施工周期、減少成本支出、保護周邊環境，促使項目建設更加安全有序進行建設，為整個深哈產業園區的項目建設提供了實踐依據。