軟土地基樁基礎(chǔ)的合理化選擇與布置分析

秦旭飛 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230031）

1 軟土地基的工程現(xiàn)狀

安徽省沿江流域如蕪湖、馬鞍山等地位于揚(yáng)子地臺(tái)沿江拱起斷裂褶皺帶內(nèi)，處于寧蕪火山巖盆地南端邊緣，基巖多為火山角礫巖、砂巖，且局部已蝕變，屬較軟巖[1～2]。建筑用地的場地地貌單元屬河漫灘，系河流沖積而成，經(jīng)后期作用，局部形成溝塘等微地貌，分布于10～30m 的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，屬于軟土地基[3～4]。

由于較厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層給工程建設(shè)基礎(chǔ)選型帶來了很大的困難，天然地基承載力和變形不滿足設(shè)計(jì)要求，因此軟土地基一般均采用復(fù)合地基或樁基礎(chǔ)[5]。復(fù)合地基施工周期長，且軟土層較厚，單樁承載力低，總體施工成本較高[6]。考慮到復(fù)合地基的缺點(diǎn)，實(shí)際施工時(shí)一般采用樁基礎(chǔ)，采用樁基穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層是普遍采用的技術(shù)措施[7]。根據(jù)荷載的性質(zhì)與大小、上部結(jié)構(gòu)的形式與使用要求、地質(zhì)和水文情況及施工的安全性等情況，綜合樁基的強(qiáng)度、變形和可行性的要求，軟土地基樁基礎(chǔ)有以下兩種常用樁型：①泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁；②預(yù)應(yīng)力管樁。

第一種泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁，其施工成本較高，施工周期較長，且易發(fā)生踏孔、沉渣及水下澆筑混凝土質(zhì)量不易控制等問題。第二種預(yù)應(yīng)力管樁則具有以下多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，例如其成本低、施工周期短、承載力高，因而該樁型成為軟土地基工程建設(shè)較為常用的樁型。在施工過程中，需要考慮到施工周期、成本和安全合理等因素，因此預(yù)應(yīng)力管樁的合理化布置顯得尤為重要，是決定基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)性與否的關(guān)鍵。

2 工程概況

某工程位于蕪湖市屬于沿江地區(qū)，揚(yáng)子地臺(tái)坳沿江拱起斷裂褶皺帶內(nèi)，處于寧蕪火山巖盆地南端邊緣，基巖多為火山角礫巖、砂巖，局部已蝕變，屬較軟巖。場地地貌單元屬河漫灘，系河流沖淤積而成，經(jīng)后期作用局部形成溝塘等微地貌。該工程地下車庫項(xiàng)目地下1層，建筑面積為32935.01m2，其中人防建筑面積為5550m2，地下室層高3.9m，總停車數(shù)937 輛。地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，對應(yīng)于地震基本烈度為6 度，地震分組第一組，框架等級為四級。本工程各土層的結(jié)構(gòu)特征性質(zhì)及其分布自上而下分述。

第①層素填土（Q4ml）：雜色，濕-飽和，結(jié)構(gòu)松散，本層民房拆遷部分上部為30cm 混凝土，下部為粘性土；耕地、農(nóng)田部分主要為粘性土，夾雜有植物根莖、碎石等，局部夾有灰黑色的淤泥。該層呈流塑狀、含水量高、極易變形。層厚0.60～3.00m，層底標(biāo)高3.30～5.90m。

第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（Q4al+）l：灰～灰黑色，流～軟塑狀，飽和，高壓縮性。薄層狀、間層狀構(gòu)造，該層沉積韻律明顯，水平層理發(fā)育，土層均勻性差，局部夾有粉土、粉細(xì)砂。薄層狀分布，含少量有機(jī)質(zhì)及貝殼，有機(jī)質(zhì)呈斑點(diǎn)狀分布。土性稍有光澤，干強(qiáng)度低，壓縮性高，韌性低。層厚20.10～23.60m，層底標(biāo)高-18.30～-16.10m。

第③層粉質(zhì)粘土（Q4al+l）：灰-青灰色，稍密為主、局部松散～中密～密實(shí)，飽和，可見云母片及生物碎屑等，晃動(dòng)易水析，搖振反應(yīng)迅速，局部為粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。層厚2.00～5.90m，層底標(biāo)高-22.60～-19.30m。

第④層粉土夾粉砂（Q4al+l）：灰色，濕～稍濕，稍密-中密，干強(qiáng)度中等，韌性中等，壓縮性中等偏高，含少量云母片及生物碎屑，由石英、暗色礦物顆粒組成，有搖振反應(yīng)，無光澤。層厚1.10～6.50m，層底標(biāo)高-26.80～-21.60m。

第⑤層粉細(xì)砂（Q4al+l）：灰-青灰色，稍密～中密為主，局部松散～密實(shí)，飽和，以粉砂、細(xì)砂為主，局部夾有中粗砂。層厚0.80～17.50m，層底標(biāo)高-40.80～5.20m。

第⑥層中粗砂（Q4al+l）：灰-青灰色，中密～密實(shí)為主，飽和，以中粗砂為主，局部夾有細(xì)砂。含云母片，由石英、暗色礦物顆粒組成，下部含圓礫、細(xì)礫。層厚0.50～6.40m，層底標(biāo)高-41.30～-35.70m。

第⑦層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖(S)：該層未揭穿。棕紅，堅(jiān)硬（密實(shí)）狀態(tài)，含大量云母碎片。結(jié)構(gòu)部分損壞，沿節(jié)理面有次生礦物，基本呈塊狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)較好，巖體較破碎～較完整，薄～中厚層狀，屬極軟巖，其巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ類。

場地特殊性巖土為①層素填土（結(jié)構(gòu)松散）：本層厚度為0.70～3.00m；②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（流～軟塑狀）：本層厚度為20.10～23.60m，具有高孔隙、高壓縮性、極易變形等特點(diǎn)。

3 相鄰參照工區(qū)施工的利弊分析

地下車庫因上部覆土、施工荷載、經(jīng)濟(jì)柱網(wǎng)等因素導(dǎo)致單柱荷載較大，場地土層為軟弱土，重型設(shè)備無法進(jìn)場，考慮樁基現(xiàn)場實(shí)際施工情況，該工程周邊地塊地下車庫柱下普遍采用多樁承臺(tái)，樁基采用直徑400mm 預(yù)應(yīng)力管樁，樁長30m，樁端持力層為第④層粉土夾粉砂層。（樁基布置“圖一”所示）采用第④層作為持力層沉樁較為便利，第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、第③層粉質(zhì)粘土易于穿透，施工周期短，施工質(zhì)量便于控制。單樁承載力特征值700kN，柱下一般采用3樁承臺(tái)或4 樁承臺(tái)，單樁承載力小，考慮現(xiàn)場為軟土地基，沉樁設(shè)備重量易于控制。

多樁承臺(tái)的不利因素是小直徑管樁數(shù)量較多，單柱下樁基總長度90m～120m，長徑比達(dá)到了1/75，軟土地基該長徑比偏大。管樁材料費(fèi)用及沉樁費(fèi)用較高，且多樁承臺(tái)受力不直接，單柱軸力較大，一般通長單柱軸力在2000kN 左右，導(dǎo)致樁基承臺(tái)高度較高，承臺(tái)高度一般需要800mm～1000mm，軟土地基基坑中坑成型困難且成型較差，同時(shí)承臺(tái)配筋量較大，多樁承臺(tái)樁基數(shù)量較多，根據(jù)規(guī)范要求樁基檢測數(shù)量也成倍增加，施工總體周期也相應(yīng)增加。

4 本工程的對比設(shè)計(jì)方案

圖1 周邊地塊樁基及承臺(tái)平面布置圖

圖2 某工程樁基及承臺(tái)平面布置圖

工程的結(jié)構(gòu)形式和場地條件與其相鄰地塊一樣。綜合考慮其相鄰地塊展示出的上述不利因素，選定樁基數(shù)量較多的問題為本工程設(shè)計(jì)首先需要解決的問題。為了論證可行性和獲取準(zhǔn)確的單樁承載力數(shù)據(jù)，項(xiàng)目組在工程設(shè)計(jì)之前提出先試樁，再根據(jù)試樁結(jié)果選擇樁基布置方案。因?yàn)楝F(xiàn)場場地較差，現(xiàn)狀地面為軟土，無法采用重型設(shè)備進(jìn)場的情況，選擇采用錘擊施工方式，現(xiàn)場做了6 根500mm、600mm 直徑樁長不等的試樁，持力層選擇位于不同土層，同時(shí)做了沉樁記錄，為后期工程樁貫入度控制沉樁量做好準(zhǔn)備。對這6 根試樁做了損壞性試驗(yàn)，獲取準(zhǔn)確的單樁承載力數(shù)據(jù)。經(jīng)過綜合比較，最優(yōu)的方案是600mm 直徑樁長約36m，樁端持力層為第⑤層粉細(xì)砂層。如該工程樁基及承臺(tái)平面布置圖（圖二）所示，其單樁承載力特征值可以達(dá)到2500kN，僅需采用一柱一樁就可以滿足設(shè)計(jì)承載力要求，能夠很好地解決相鄰地塊樁基布置樁基數(shù)量較多的問題，同時(shí)解決承臺(tái)截面較大的問題，便于軟土基槽施工。具體的實(shí)驗(yàn)分析情況如下。

4.1 樁徑樁長方面

樁長為36m，樁徑600mm，長徑比為1/60，加大樁徑提高單樁在軟土地基中水平抗剪能力，滿足規(guī)范及當(dāng)?shù)刂鞴懿块T的要求。直徑400mm 預(yù)應(yīng)力管樁單樁承載力特征值700kN，與其樁身承載力特征值限值1600kN 相差較大，承載力只用到43%左右，預(yù)應(yīng)力管樁抗壓能力沒有充分利用，且長徑比達(dá)到了1/75 接近規(guī)定限值。采用直徑600mm 預(yù)應(yīng)力管樁，增加的6m 樁長進(jìn)入第⑤層粉細(xì)砂層，提高樁側(cè)阻及端阻提高承載力特征值約1400kN，第⑤粉細(xì)砂層提高承載力較高，單樁承載力特征值達(dá)到了樁身承載力特征值限值約80%，相比于多樁減少在淤泥土層樁數(shù)量，充分發(fā)揮管樁的承壓性能。

4.2 一柱一樁方案

采用一柱一樁的單樁承臺(tái)受力直接，傳力途徑不需要經(jīng)過樁基承臺(tái)過渡，受力體系簡潔。單樁承臺(tái)配筋滿足配筋構(gòu)造即可，單樁承臺(tái)截面采用1200mmx1200mmx600mm，相比多樁承臺(tái)大大減少承臺(tái)截面尺寸，減少了混凝土用量及配筋。

4.3 成本方面

該工程地下車庫項(xiàng)目有框柱約600根，若按照周邊地塊樁基布置方式采用多樁布置，需要直徑400mm 預(yù)應(yīng)力管樁 約 600×30m×3.5=63000m，直 徑400mm 預(yù)應(yīng)力管樁按照市場價(jià)格175元/m，預(yù)應(yīng)力管樁施工費(fèi)用約20 元/m，樁基總造價(jià)12285000 元。而本工程采用直徑600mm 預(yù)應(yīng)力管樁約600×36m=21600m，直徑600mm 預(yù)應(yīng)力管樁按照市場價(jià)格220 元/m，預(yù)應(yīng)力管樁施工費(fèi)用約20 元/m，樁基總造價(jià)5184000 元，僅樁基一項(xiàng)節(jié)省約700 余萬元。同時(shí)，縮短了60%樁基施工周期，節(jié)約了樁基檢測成本。由于采用一柱一樁的布置方案，樁基承臺(tái)截面尺寸由2400mmx2400mmx1000mm 減少到1200mmx1200mmx600mm，考慮地基梁增加的混凝土用量，樁基承臺(tái)混凝土用量減少約60%，柱一樁承臺(tái)配筋為構(gòu)造配筋，相比多樁方案承臺(tái)配筋量減少約80%。同時(shí)，減少了施工難度，縮短了施工周期，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，也得到了用戶單位的好評和肯定。

5 結(jié)語

經(jīng)過本工程的施工圖設(shè)計(jì)及與周邊相似工程的對比分析，作者認(rèn)為軟土地基樁基礎(chǔ)的合理化選擇與布置非常重要，尤其是需要充分考慮施工成本、施工周期、施工的可行性、安全性、合理性等因素。綜合來看，需要考慮并做到以下幾個(gè)方面：

①根據(jù)施工區(qū)域的軟土地基具體情況選擇合適樁型，并要充分利用各種樁型的特點(diǎn)；

②根據(jù)軟土地基的土層分布情況，選擇合理樁長與直徑，并充分利用樁基的承載力；

③樁基礎(chǔ)布置要盡量達(dá)到結(jié)構(gòu)傳力途徑的明確和簡潔。