劉小虎 羅建鵬 宋修平 陳新喜 王晨偉 張雙龍

中國建筑股份有限公司阿爾及利亞公司 北京 100125

1 樁基設(shè)計基本信息

1.1 基本信息

阿爾及利亞機場項目建筑面積200 000 m2，基底面積60 000 m2，為3層框架結(jié)構(gòu)，主樓部分地下1層，層高6 m，地上2層，層高9 m，頂部為跨度120 m的鋼箱梁結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)采用φ1.5 m×30 m樁基，根據(jù)荷載要求，設(shè)計為4樁承臺、6樁承臺、9樁承臺。

指廊部分地下1層，地上2層，層高4 m，頂部為跨度30 m的鋼箱梁結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)采用φ1.5 m×40 m和φ1.2 m×40 m樁基，根據(jù)荷載要求，均采用4樁承臺。各類樁基的單樁設(shè)計承載力如表1所示。

表1 原設(shè)計樁基基本信息

1.2 基本土質(zhì)參數(shù)

地質(zhì)勘察試驗包括取芯試驗、旁壓試驗、靜力穿透試驗。地質(zhì)勘探報告表明，項目地質(zhì)勘查深度為40 m，下部地層土質(zhì)特征為“黃色硬質(zhì)黏土”，位于此次勘查的最深處；另外，該區(qū)域南部（指廊區(qū)域）表面覆蓋有一層厚度約為20 m的“灰色松軟黏土”。

1）黃質(zhì)硬黏土包括黏土和淤泥質(zhì)黏土，可塑性差，褐色，零星分散著厚約1 m、含有砂礫的碎石層和緊密結(jié)實的沙子。

2）灰質(zhì)軟黏土由黏土和淤泥質(zhì)黏土組成，歸為CL，軟塑性。該土壤存在于指廊區(qū)域表面部分，厚度約為20 m，呈灰色至灰藍色，并含有豐富的有機物質(zhì)，有時呈現(xiàn)出泥炭土的外觀。

1.3 樁基設(shè)計所使用的基本參數(shù)

本項目樁基設(shè)計所使用的基本參數(shù)來源為阿爾及利亞規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，對于黃質(zhì)硬黏土，其極限側(cè)摩阻力特征值和極限樁端阻力特征值分別為40 kPa和1 575 kPa；而灰質(zhì)軟黏土均為0 kPa。

2 樁基優(yōu)化可行性分析

由于缺少在當(dāng)?shù)仡愃仆翆拥膶嵺`經(jīng)驗，只能通過對已有地勘資料進行分析，以及參考各類設(shè)計規(guī)范、設(shè)計手冊的經(jīng)驗值，對樁基的實際承載力進行初步的估算，以確定最終的優(yōu)化目標(biāo)[1-2]。

2.1 阿爾及利亞國家規(guī)范

本項目的樁基設(shè)計依據(jù)為阿爾及利亞當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)，按照當(dāng)?shù)匾?guī)范給定的經(jīng)驗參數(shù)，無法進行優(yōu)化。

2.2 中國樁基規(guī)范

根據(jù)JGJ 94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》5.3.5，對于黃質(zhì)硬黏土，其液性指數(shù)IL=－0.6，土體狀態(tài)屬于堅硬，則極限側(cè)摩阻力特征值qsik=96～102 kPa，極限樁端阻力特征值qpk=1 600～1 800 kPa。

2.3 歐洲標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)EN1997-2:2007：對于粗粒土，可以根據(jù)相關(guān)表格確定單樁的承載力；對于黏土，只能通過試驗方法進行確定。

2.4 《基礎(chǔ)工程分析與設(shè)計》(第5版）

《基礎(chǔ)工程分析與設(shè)計》是國際上比較權(quán)威的關(guān)于地基與基礎(chǔ)的參考資料，據(jù)此對場地的承載力進行分析與估算，具備一定的可靠性。經(jīng)計算，樁側(cè)摩阻力為158.4 kPa，樁端承載力為9 818 kPa（安全系數(shù)為3）。

上述分析表明，原有樁基設(shè)計的安全系數(shù)（估算值與設(shè)計值比較）為1.5～2.2（表2），可以通過必要的方法來獲得更為經(jīng)濟和安全的設(shè)計參數(shù)。

表2 樁基實際承載力估算

2.5 優(yōu)化目標(biāo)的確定

優(yōu)化目標(biāo)的確定須綜合考慮以下因素：

1）地基基礎(chǔ)的重要性能，以及計算數(shù)據(jù)的可靠性。

2）建設(shè)單位、原設(shè)計單位、政府審查機構(gòu)的心理可接受程度。

最終確定的優(yōu)化目標(biāo)以總體上提高承載力30%為基準(zhǔn)。具體優(yōu)化目標(biāo)如下：

1）φ1.2 m×25 m的樁的極限抗壓承載力達到原設(shè)計φ1.2 m×30 m（6 079 kN）的要求（15%）。

2）φ1.2 m×30 m的樁的極限抗壓承載力達到原設(shè)計φ1.5 m×30 m（8 155 kN）的要求（30%）。

3）φ1.2 m×35 m的樁的極限抗壓承載力達到原設(shè)計φ1.2 m×40 m（4 573 kN）的要求（33.3%）。

4）φ1.2 m×40 m的樁的極限抗壓承載力達到原設(shè)計φ1.5 m×40 m（6 038 kN）的要求（30%）。

3 樁基優(yōu)化過程

3.1 實現(xiàn)方案

為實現(xiàn)所設(shè)定的優(yōu)化目標(biāo)，在通過理論分析后，一個最重要的程序是，按照阿爾及利亞標(biāo)準(zhǔn)以及歐標(biāo)的相關(guān)規(guī)定，建立一套各方認可的實施方案，作為試驗的依據(jù)。

3.1.1 靜載試驗的法理依據(jù)

1）阿爾及利亞設(shè)計規(guī)范DTR B.E.1.32《深基礎(chǔ)工程》第六章第2.1條規(guī)定：檢查地質(zhì)研究結(jié)論的預(yù)先試驗是對鉆孔基樁或打樁進行靜態(tài)加載的一些試驗。這些基樁為獨立于工程和有代表性的工程基樁。

2）歐洲規(guī)范EN1997-1:2004《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》7.4.1條規(guī)定，設(shè)計應(yīng)基于以下方法：

① 靜載試驗結(jié)果，已通過計算得以證明，否則應(yīng)符合其他相關(guān)經(jīng)驗。

② 經(jīng)驗方法或分析計算方法，已通過可比情形下的靜載試驗證明其有效性。

上述2款規(guī)范構(gòu)成了靜載試驗的法理依據(jù)，依據(jù)規(guī)范規(guī)定，進行靜載試驗，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)是可行的。

3.1.2 靜載試驗的目的

試驗的目的，即2.5節(jié)要實現(xiàn)的優(yōu)化目標(biāo)，不再贅述。

3.1.3 試驗方法

試驗的加載程序均依據(jù)阿標(biāo)相關(guān)規(guī)定進行，試驗樁的定位按照歐標(biāo)要求，盡量靠近地勘點。

3.2 程序批準(zhǔn)

由上述3部分內(nèi)容（法理依據(jù)、試驗?zāi)康?、試驗方法）組成的規(guī)程性文件正式報審建設(shè)單位，并經(jīng)過建設(shè)單位、設(shè)計方、政府審查機構(gòu)審批完成后，整個試驗的規(guī)程性文件就被各方認可，成為開展下一步工作的法規(guī)性文件。

3.3 試驗結(jié)果

試驗樁施工完畢后，靜載試驗由阿爾及利亞當(dāng)?shù)刈畲蟮膰以囼炇遥ê喎QLCTP）實施，以確保試驗過程的權(quán)威性和試驗結(jié)果的可靠性（表3）。

表3 φ1.2 m×30 m試驗樁記錄數(shù)據(jù)

按照各方認可的流程，第10階段的承載力為工作程序設(shè)定的極限承載力QL，即9 730 kN；各試樁的極限承載力如表4所示。

試驗表明，在給定的設(shè)計荷載下，單樁的豎向變形最大為6 mm（規(guī)范允許的極限變形為120 mm），最小為3 mm，具備很高的安全儲備，事實上具有更多的優(yōu)化空間；但受制于我們前期工作程序的設(shè)定，更多的優(yōu)化無法被各方接受。

表4 各試樁的極限承載力

3.4 優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)試驗結(jié)果，來驗證先前各方所設(shè)定的優(yōu)化目標(biāo)是否滿足，以原設(shè)計φ1.5 m×30 m（8 155 kN）為例。

1）優(yōu)化目標(biāo)：φ1.2 m×30 m實現(xiàn)φ1.5 m×30 m的設(shè)計目標(biāo)，即φ1.2 m×30 m的樁的極限承載力需要達到8 155 kN，且極限位移不能超過120 mm。

2）試驗結(jié)果：極限承載力達到9 730 kN的條件下，極限位移為6.37 mm。

3）結(jié)論：試驗結(jié)果達到了方案所預(yù)計的目標(biāo)，優(yōu)化目標(biāo)獲得認可。

4 結(jié)語

在國際工程項目中，通過優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)價值工程，是總承包商獲得經(jīng)濟效益的一個重要手段。而工程師作為實現(xiàn)這一目標(biāo)的主要技術(shù)操控者，需具備如下三點能力：國際化的思維模式和程序化的工作模式；在國內(nèi)豐富的工程經(jīng)驗和工程判讀能力，對工程細節(jié)的掌控能力；對當(dāng)?shù)匾?guī)范和國際規(guī)范的了解以及靈活的使用。

在本次價值工程實踐中，各類規(guī)范被按照以下邏輯進行使用[3-4]：

1）通過國標(biāo)以及參考手冊提供的經(jīng)驗參數(shù)、計算分析方法，對價值工程的可實施性進行技術(shù)預(yù)判——技術(shù)可行性確認。

2）通過阿國標(biāo)準(zhǔn)、歐標(biāo)，為價值工程的可實施性提供法理依據(jù)——路線合法性確認。