張 波 周春雷 丁永剛 劉永超

（1.鄭州市建筑設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450052；2.河南工業(yè)大學(xué) 土木建筑學(xué)院，河南 鄭州 450001；3.黃河科技大學(xué) 工學(xué)院，河南 鄭州 450064）

1 工程概況

擬建工程主樓地上33 層， 地下2 層為立體車庫(kù)，總層數(shù)為35 層，地上主體高度97.40m。經(jīng)計(jì)算，單位面積基底平均反力（筏板外擴(kuò)1 米，標(biāo)準(zhǔn)組合值）為520kN/m2。 主樓基底埋深11.75m，其中基礎(chǔ)加墊層1.7m。

建設(shè)場(chǎng)地位于鄭州市金水區(qū)， 該場(chǎng)地地貌單元屬黃河沖積平原，地形相對(duì)平坦，最大高差為1.05m。 由《鄭州市某城中村改造項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告》（詳細(xì)勘察）（以下簡(jiǎn)稱《地勘報(bào)告》）可知，該地區(qū)正常年份地下水變幅為2.0～3.0m 左右，屬潛水類型，主要為大氣降水補(bǔ)給，近3～5年最高水位埋深為1.0m 左右。 場(chǎng)地土自上而下各土層的主要工程地質(zhì)特征如表1 所示。

表1 各層場(chǎng)地土的工程地質(zhì)特征

2 樁基和基礎(chǔ)方案分析

本工程可采用CFG 樁復(fù)合地基上的筏形基礎(chǔ)、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁基上的筏形基礎(chǔ)、 鉆孔灌注樁樁基上的筏形基礎(chǔ)。 以安全、經(jīng)濟(jì)為原則，并結(jié)合地域經(jīng)驗(yàn)深入研究，認(rèn)真計(jì)算，對(duì)各種樁型進(jìn)行分析比較。 由于鄭州地區(qū)鉆孔灌注樁綜合造價(jià)比CGF 樁和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁均要高很多，本工程暫不考慮鉆孔灌注樁方案。

2.1 CGF 樁

CGF 樁又稱水泥粉煤灰碎石樁，屬于有粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體復(fù)合地基，這種樁剛度較大，不僅可以充分發(fā)揮樁的側(cè)阻，若樁端落至較好的持力土層，還可以較好地發(fā)揮樁端承載力的作用。與其他類型的復(fù)合地基相比，CFG樁復(fù)合地基能夠大幅度提高地基承載力，因此CGF 樁復(fù)合地基技術(shù)近幾年在全國(guó)及鄭州市當(dāng)?shù)氐母邔咏ㄖ械玫搅藦V泛的應(yīng)用，現(xiàn)已成為應(yīng)用最為普遍的地基處理技術(shù)之一[1]。

2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是以預(yù)應(yīng)力混凝土鋼棒為材料應(yīng)用先張法產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，并采用離心法生產(chǎn)的混凝土樁，無(wú)論什么形狀， 其性質(zhì)是一樣的， 都是中空的離心混凝土樁，具有“管”的屬性，成管形，泛稱為先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，簡(jiǎn)稱“管樁”[2]。 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁適用于抗震設(shè)防烈度小于或等于7 度地區(qū)的工業(yè)與民用建筑， 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有強(qiáng)度高、耐打性好、工期短、造價(jià)低、對(duì)工程地質(zhì)變化適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。 管樁宜以較厚、較均勻的強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化巖層、堅(jiān)硬的粘土層、密實(shí)的砂層等為樁端持力層。 如果地質(zhì)條件好，樁端持力層較為理想，能夠有較高的單樁承載力，在保證安全的情況下獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

3 結(jié)合實(shí)際工程分析比較CGF 樁和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁基方案

樁基和基礎(chǔ)方案的確定應(yīng)綜合考慮安全適用與經(jīng)濟(jì)合理性、技術(shù)先進(jìn)性、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)、施工難易度、成樁質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境、施工工期等因素。 下面針對(duì)以上幾方面因素，結(jié)合實(shí)際工程對(duì)CGF 樁和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁兩種方案進(jìn)行比較分析。

3.1 安全與經(jīng)濟(jì)性分析

擬建建筑的基礎(chǔ)持力層為第3 層粉質(zhì)黏土（場(chǎng)地土的地基承載力特征值為120kPa），天然地基方案不滿足承載力要求，需要進(jìn)行地基處理。

方案一：CFG 樁復(fù)合地基

根據(jù)《地勘報(bào)告》，CFG 樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表2 CFG 樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)參數(shù)

以 《地勘報(bào)告》2# 孔為例進(jìn)行計(jì)算， 取樁徑D=400mm、樁長(zhǎng)L=19 米、樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)ap=1.0、單樁承載力發(fā)揮系數(shù)λ=0.85、樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)β=0.95。

根據(jù) 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）[4]式7.1.5-3，單樁豎向承載力特征值：

根據(jù) 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）[4]式7.1.6-1，應(yīng)滿足樁身強(qiáng)度而

因此，樁身強(qiáng)度應(yīng)不小于20.8×103kPa。

取單樁豎向承載力特征值Ra=770kN， 取樁身強(qiáng)度f(wàn)cu=25Mpa。

根據(jù) 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）[4]式7.5.1-2，CFG 樁復(fù)合地基承載力特征值：

不同樁間距的復(fù)合地基承載力特征值如表3 所示。

表3 不同樁間距的復(fù)合地基承載力特征值

方案二：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁基

表4 不同單樁承載力折合單位面積的地基反力

由《地勘報(bào)告》可知，擬建工程場(chǎng)地地下水具有微腐蝕性，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁選用PHC-400-AB-95 型樁。 根據(jù)鄭州市地域經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)管樁樁端持力層為砂層，有效樁長(zhǎng)大于9 米時(shí)，單樁承載力特征值可達(dá)到1100kN，且建筑物的最終沉降量約為20～30mm 左右。 不同單樁承載力折合單位面積的地基反力如表4 所示。

綜合考慮施工擠土因素和群樁效應(yīng)， 本工程管樁按壓入第5 層細(xì)砂層不小于1.0m 計(jì)算，預(yù)估有效樁長(zhǎng)約為10m，單樁承載力特征值為1050kN。 實(shí)際施工樁長(zhǎng)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)壓樁力、進(jìn)入持力層深度等確定。

根據(jù)以上計(jì)算分析結(jié)果：（1） 擬建工程如采用CFG樁復(fù)合地基方案， 應(yīng)取樁徑D=400mm， 取有效樁長(zhǎng)L=19m， 單樁豎向承載力特征值Ra=770kN， 樁間距D=1.25m，復(fù)合地基承載力特征值fspk=520kPa；（2）擬建工程如采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁基方案， 應(yīng)取樁徑為400mm的PHC-400-AB-95 型樁，取有效樁長(zhǎng)L=10.0m，單樁承載力特征值為1050KN，樁間距D=1.40m。

3.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

目前市場(chǎng)參考價(jià)，樁身強(qiáng)度f(wàn)cu為25MPa 的CFG 樁為68 元/m，樁徑為400mm 的PHC-400-AB-95 型預(yù)應(yīng)力混凝土管樁為130 元/m。

單根CFG 樁價(jià)位：19×68=1292 元。

單根預(yù)應(yīng)力混凝土管樁價(jià)位：10.0×130=1300 元。

工程單位面積折合的價(jià)位：

CFG 樁復(fù)合地基為1×1292/（1.25×1.25）=826.88 元；

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁基為1×1300/（1.4×1.4）=663.26元。

CFG 樁復(fù)合地基與400mm 樁徑的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁基的造價(jià)比為1：0.802。

從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上分析，10m 樁長(zhǎng)的400mm 樁徑的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁較19 米樁長(zhǎng)的CFG 樁造價(jià)節(jié)約19.8%左右，該項(xiàng)目總節(jié)約造價(jià)為180 萬(wàn)元左右。

3.3 技術(shù)先進(jìn)性分析

CFG 樁和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁均是近年來(lái)在人工挖孔樁、鉆孔灌注樁、沉管灌注樁、方樁、鋼管樁等眾多樁種中脫穎而出的樁型，與其他樁型相比，具有單位承載力造價(jià)低、對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、施工技術(shù)成熟等優(yōu)勢(shì)。

3.4 地區(qū)經(jīng)驗(yàn)分析

CFG 樁和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁都可以作為本工程地基處理方案，在鄭州市及周邊地區(qū)均有大量的成功范例。

3.5 施工難易度、確保成樁質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境、施工工期分析

CFG 樁和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁兩種樁型在施工難易度、確保成樁質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境、施工工期等方面各具優(yōu)缺點(diǎn)。

CFG 樁的優(yōu)點(diǎn)是施工技術(shù)成熟， 單位長(zhǎng)度樁長(zhǎng)價(jià)位也較低。 CFG 樁的不足之處是CFG 樁是排土樁， 在樁入土范圍內(nèi)存在第5 層細(xì)砂層，成孔時(shí)容易縮徑，出現(xiàn)重復(fù)排土現(xiàn)象，成樁時(shí)如果提升過(guò)快、施工過(guò)程控制不好，容易造成縮徑、夾芯、斷樁，引起地面沉陷等，對(duì)周圍建筑物、道路、管線等造成不利影響。 另外CFG 樁在施工完成28 天后才能進(jìn)行承載力檢測(cè)。 且根據(jù)河南省 《豫建標(biāo)（2008）第57 號(hào)文》規(guī)定，對(duì)于工程勘察等級(jí)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)均為甲級(jí)的建筑， 采用CFG 復(fù)合地基方案時(shí)需要進(jìn)行CFG 復(fù)合地基專項(xiàng)審查，不利于縮短施工總工期。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工技術(shù)也非常成熟， 但是單位長(zhǎng)度樁長(zhǎng)價(jià)位較CFG 樁高，然而單位承載力造價(jià)低，且屬于預(yù)制樁，成樁質(zhì)量可靠，而且施工機(jī)械化程度較高、施工速度快，不用現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土，堆放砂、石、水泥等原料，不會(huì)發(fā)生堆土和泥漿滿地流淌等混亂現(xiàn)象，不污染環(huán)境。 另外在施工10 天后即可進(jìn)行承載力檢測(cè)，大大縮短施工工期。 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的不足之處是對(duì)本工程砂層要求較高，群樁施工時(shí)，后施工的樁易出現(xiàn)有效樁長(zhǎng)不能保障，樁頂高出設(shè)計(jì)標(biāo)高的現(xiàn)象，造成浪費(fèi)，且壓樁力過(guò)大或施工不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)爆樁現(xiàn)象。 另外由于靜壓樁機(jī)的噸位較重，若現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖后施工，遇有地下水時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)陷機(jī)的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

以上從安全適用與經(jīng)濟(jì)合理性、技術(shù)先進(jìn)性、施工難易度、成樁質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境、施工工期等方面進(jìn)行了比較分析，分析表明預(yù)應(yīng)力管樁樁基、CFG 樁復(fù)合地基均可應(yīng)用于本工程，建議優(yōu)先采用預(yù)應(yīng)力管樁樁基方案。 具體方案應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試樁情況確定。

［1］朱偉. 淺談水泥粉煤灰碎石樁 ［J］. 山西建筑,2011,37（11）:79-80.

［2］廖振中.管樁簡(jiǎn)明手冊(cè)［M］.成都:四川大學(xué)出版社，2012：1-18.

［3］鄭俊杰，聶重軍，彭宏.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁研究與應(yīng)用進(jìn)展［J］.平頂山工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，13（4）:51-55.

［4］中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ79-2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.