王邦

摘 要：本文首先介紹了載體樁增強(qiáng)機(jī)理，然后以洛陽(yáng)某高中項(xiàng)目為例，結(jié)合地質(zhì)情況，對(duì)比分析載體樁、預(yù)應(yīng)力管樁、灌注樁三種樁型技術(shù)方案，確定相應(yīng)單樁承載力特征值，同時(shí)，在相同條件下，測(cè)算出三種樁型對(duì)應(yīng)的樁數(shù)和承臺(tái)大小，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：載體樁;預(yù)應(yīng)力管樁;灌注樁;經(jīng)濟(jì)性

中圖分類(lèi)號(hào)：TU753.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）05-0085-03

Abstract： This paper first introduced the reinforcement mechanism of carrier pile， and then took a high school project in Luoyang as an example， combining with the geological conditions， compared and analyzed the technical schemes of carrier pile， prestressed pipe pile and cast-in-place pile， and determines the corresponding characteristic value of single pile bearing capacity. At the same time， under the same conditions， the corresponding pile number and bearing platform size of three pile types were measured and calculated， and the economy of three kinds of piles was compared.

Keywords： carrier pile;prestressed pipe pile;cast in place pile;economy

1 研究背景

2018年國(guó)家發(fā)布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《載體樁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 135—2018）。載體樁是由樁身和載體構(gòu)成的樁，載體為樁身以下經(jīng)夯實(shí)形成的承載體，又分為填料載體和無(wú)填料載體[1]，載體樁示意圖見(jiàn)圖1。載體樁技術(shù)具有擠密樁端土體和擴(kuò)大樁端受力面積的雙重積極效應(yīng)，又能適量消化建筑垃圾，所以具有較高的應(yīng)用價(jià)值[2]。

為切實(shí)解決項(xiàng)目技術(shù)問(wèn)題，并結(jié)合新技術(shù)推廣應(yīng)用[3]，本文介紹載體樁增強(qiáng)機(jī)理，并以洛陽(yáng)市某學(xué)校項(xiàng)目為例，介紹項(xiàng)目情況，綜合比較載體樁、預(yù)應(yīng)力管樁、灌注樁三種樁基設(shè)計(jì)方案，量化技術(shù)指標(biāo)，探討最優(yōu)樁基技術(shù)方案，并對(duì)樁基方案經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，確定經(jīng)濟(jì)的樁基技術(shù)方案。

2 載體樁增強(qiáng)機(jī)理

載體樁是一種將深層土體加固后作為基礎(chǔ)持力層的新型樁型，以較好的土層為持力層，并將持力層的樁端阻力進(jìn)行再提高，充分利用樁端和加固體以大大提高樁的承載力。

樁端載體增強(qiáng)機(jī)理：載體樁通過(guò)錘擊夯實(shí)填料，將土體中的大部分空氣和部分水?dāng)D壓排出，使土體達(dá)到接近密實(shí)。載體樁選擇的載體通常為建筑垃圾和水泥砂土拌和物，增加載體及持力層的密實(shí)度。在施工初期，柱錘底端下的土體先受到柱錘的沖擊力，在外力作用下，顆粒之間發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，土中孔隙減小。在不斷填料夯擊的過(guò)程中，孔隙不斷減小，排出骨架間的空氣。繼續(xù)填料夯擊時(shí)，由于柱錘底面下的土體抗力提高，柱錘底部側(cè)面的土體壓力較小，填充料在強(qiáng)大沖擊力的作用下就會(huì)向四周擠壓土體。在不斷填料夯擊過(guò)程中，柱錘底端四周的圍壓趨于一致，載體趨于球狀。達(dá)到載體樁三擊貫入度的控制要求時(shí)，不再夯填填充料，夯填干硬性混凝土之后澆注樁身混凝土形成載體樁[4]。被加固體的三擊貫入度是影響載體樁承載力的關(guān)鍵指標(biāo)，需要嚴(yán)格按規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙要求執(zhí)行[5]。

3 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目為洛陽(yáng)市某縣高級(jí)中學(xué)，占地紅線面積約為102 000 m2，凈用地面積約為85 000 m2，總建筑面積約為66 790 m2。地塊南北向最寬處約257.0 m，東邊最寬處約448.6 m，地形地貌平坦，適合工程建設(shè)。項(xiàng)目由圖書(shū)樓（4F/5F）、教學(xué)樓（4F/5F）、宿舍（5F/6F）、看臺(tái)（2F）、餐廳（3F/1D）等建筑組成，各建筑高度及平面位置見(jiàn)圖2。

項(xiàng)目地質(zhì)情況：地質(zhì)勘探室外作業(yè)于2018年11月完成，地貌單元為洛河I級(jí)階地，工程重要性等級(jí)為二級(jí)，場(chǎng)地復(fù)雜程度等級(jí)為二級(jí)場(chǎng)地（中等復(fù)雜場(chǎng)地），地基復(fù)雜程度等級(jí)為二級(jí)。場(chǎng)地為建筑抗震一般地段;地下水位埋深為地面下6.2～7.7 m;場(chǎng)地不具有濕陷性、不具有液化。主要土層參數(shù)詳見(jiàn)表1，以教學(xué)樓14號(hào)孔為例，工程地質(zhì)剖面詳見(jiàn)圖3。

4 樁基方案分析

該項(xiàng)目各單體均為多層建筑，基底荷載差異性小，本文以教學(xué)樓為例進(jìn)行基礎(chǔ)方案分析，地質(zhì)剖面詳見(jiàn)上圖3。教學(xué)樓主柱網(wǎng)為9.3 m×8 m、9.3 m×3 m，選一個(gè)中柱和一個(gè)邊柱的兩個(gè)柱下樁基進(jìn)行分析，柱底標(biāo)高為-1.0 m，中柱下標(biāo)準(zhǔn)組合為柱底軸向力[Nk]=3 424 kN、柱底X向彎矩[Mxk]=47 kN?m、[柱底Y向彎矩Myk]=10.9 kN?m，邊柱下標(biāo)準(zhǔn)組合為柱底軸向力[Nk]=2 945 kN、[柱底X向彎矩Mxk]=320 kN?m、柱底Y向彎矩[Myk]=122.2 kN?m。

天然地基方案：若采用天然地基，則持力層以第②粉土，承載力特征值為90 kPa，承載力較低，教學(xué)樓5層建筑均以筏板基礎(chǔ)為主，成本較高，且第④層土承載力較低，壓實(shí)模量較小，建筑整體沉降較大，極易引起不均勻沉降，造成不良的社會(huì)影響。因此，綜合分析地質(zhì)情況、建筑類(lèi)型、基礎(chǔ)方案、社會(huì)影響等因素，確定采用樁基。

結(jié)合項(xiàng)目情況，經(jīng)咨詢了解當(dāng)?shù)爻墒斓臉痘桨?，大致有以下三種技術(shù)方案，分別為載體樁（直徑430 mm）、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（直徑400 mm）、旋挖成孔灌注樁（直徑600 mm），其中，管樁和灌注樁的樁基設(shè)計(jì)參數(shù)詳見(jiàn)表2。

根據(jù)圖3土層情況，樁頂標(biāo)高確定為第②層粉土頂，樁端以第⑦層卵石為持力層，樁端全截面進(jìn)入第⑦層卵石長(zhǎng)度為1 m，按表2設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算管樁（直徑400 mm）單樁承載力特征值[Ra]=1 142 kN，樁長(zhǎng)13.1 m;計(jì)算灌注樁（直徑600 mm）單樁承載力特征值[Ra]=1 297 kN，樁長(zhǎng)13.1 m。

載體樁單樁承載力確定：根據(jù)《載體樁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 135—2018）4.3節(jié)，載體樁單樁豎向承載力特征值[Ra]的計(jì)算公式為：

其中，[f]為經(jīng)深度修正后的載體樁持力層地基承載力特征值，該項(xiàng)目選擇⑦層卵石作為樁端持力層，計(jì)算公式如式（2）所示;[Ae]為載體等效計(jì)算面積，根據(jù)地勘報(bào)告，建議按最后三擊貫入度<10 cm，[Ae]取3.2 m2。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1），計(jì)算出載體樁（直徑430 mm）單樁承載力特征值[Ra]為2 510.72 kN。載體樁混凝土等級(jí)為C30，充分發(fā)揮材料強(qiáng)度，單樁承載力最大設(shè)計(jì)值為3.14×215 mm×215 mm×14.3 N/mm2=2 075.6 kN，估算單樁最大承載力特征值為2075.6/1.35=1 537.5 kN。由此，確定載體樁（直徑430 mm）單樁承載力特征值[Ra]=1 537.5 kN，樁長(zhǎng)約為11.1 m。

根據(jù)載體樁、管樁和灌注樁承載力特征值情況和規(guī)范要求，計(jì)算已選定中柱和邊柱柱下樁數(shù)及承臺(tái)情況，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，載體樁承載力高，相同條件下，載體樁數(shù)明顯少于管樁和灌注樁，對(duì)應(yīng)承臺(tái)大小也明顯降低，技術(shù)方案對(duì)比知，載體樁方案優(yōu)。

5 經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)表3樁數(shù)及承臺(tái)情況，估算各樁型對(duì)應(yīng)樁及承臺(tái)造價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表4。其中，載體樁施工及機(jī)械等費(fèi)用約120元/m，載體樁對(duì)應(yīng)材料價(jià)格約為190元/m，載體樁綜合單價(jià)約為310元/m;管樁綜合單價(jià)約為170元/m;灌注樁綜合單價(jià)約為1 200元/m3，折合長(zhǎng)度綜合單價(jià)為339元/m。承臺(tái)綜合單價(jià)均按1 500元/m3考慮。

從表4可知，采用載體樁，樁和承臺(tái)綜合費(fèi)用比管樁降低約14.2%，比灌注樁降低約41.9%，可見(jiàn)載體樁效益最好。

6 結(jié)語(yǔ)

①結(jié)合項(xiàng)目地質(zhì)情況，分析各土層承載力、壓縮模量，若采用天然地基基礎(chǔ)，極易引起不均勻沉降，造成不良的社會(huì)影響。綜合分析地質(zhì)情況、建筑類(lèi)型、基礎(chǔ)方案、社會(huì)影響等綜合因素，確定采用樁基方案。

②根據(jù)地質(zhì)圖及樁基設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算確定載體樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和灌注樁單樁承載力特征值及對(duì)應(yīng)的樁長(zhǎng)，并以選定一個(gè)中柱和一個(gè)邊柱的兩個(gè)柱下荷載組合，分析分別采用三種樁型所需的樁數(shù)及承臺(tái)情況，確定載體樁承載力高，相同條件下，載體樁數(shù)明顯少于管樁和灌注樁，對(duì)應(yīng)承臺(tái)大小也明顯降低。通過(guò)技術(shù)方案對(duì)比可知，載體樁方案較優(yōu)。

③分析三種樁型對(duì)應(yīng)樁及承臺(tái)造價(jià)，采用載體樁，樁和承臺(tái)綜合費(fèi)用比管樁降低約14.2%，比灌注樁降低約41.9%，載體樁效益最好。

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