程曦

中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司 上海 200070

1 工程概況

本項目為廣州某地鐵車輛段上蓋綜合體，除滿足地鐵停車場功能需求外，將進(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā)，規(guī)劃的上蓋開發(fā)類型包含住宅、幼兒園、中小學(xué)等。本文涉及區(qū)域上蓋開發(fā)建筑單體為幼兒園與中學(xué)，蓋板面積22340m2，建筑高度40m。

工程根據(jù)上蓋物業(yè)開發(fā)類型進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計，預(yù)留上蓋物業(yè)開發(fā)條件，為全轉(zhuǎn)換框架結(jié)構(gòu)，上蓋開發(fā)建筑單體并非滿布于蓋板之上，蓋板上布置了綠地區(qū)域，以上情況造成柱底荷載分布不均勻。轉(zhuǎn)換區(qū)域安全等級一級，其余二級。轉(zhuǎn)換區(qū)域重要性系數(shù)1.1，其余1.0。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作年限50年。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級甲級?？拐鹪O(shè)防烈度7度（0.10g），設(shè)計地震分組第一組，場地類別Ⅲ類，特征周期0.45s。轉(zhuǎn)換區(qū)域抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類，其余為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類。轉(zhuǎn)換區(qū)域框支框架、豎向構(gòu)件抗震等級為特一級，其余為一級?；撅L(fēng)壓0.55kN/m2（50年）、0.65kN/m2（100年），地面粗糙度C類。

通過以上工程概況可知，承載力控制和沉降控制為本工程基礎(chǔ)設(shè)計的關(guān)鍵因素。

2 地質(zhì)條件

本工程場地范圍較平坦，總體地勢起伏不大。地面高程為5.74～9.03m ，平均高程為6.90m，為海陸交互相沖積平原地貌。軌頂設(shè)計高程8.62m，承臺頂標(biāo)高為6.62m。根據(jù)詳勘報告，場地內(nèi)各主要巖土層分為8個大層，各層內(nèi)有必要的再細(xì)分亞層，本次揭露地層從上至下共包括：①填土層（<1-1>雜填土、<1-2>素填土）；②海陸交互相沉積層（<2-1A>、<2-3>）；③沖積-洪積層（<<3-2>、4N-2>）、河湖相沉積層（淤泥<4-2A>、淤泥質(zhì)土<4-2B>）；④殘積土層（<5H-1>、<5H-2>、<5Z-1>、<5Z-2>）；⑤巖石全風(fēng)化帶（<6H>、<6Z>）；⑥巖石強(qiáng)風(fēng)化帶（<7H-A>、<7H-B>、<7Z-A>、<7ZB>）；⑦巖石中等風(fēng)化帶（<8H>、<8Z>）；⑧巖石微風(fēng)化帶（<9Z>）。

其中，由于填土<1>和淤泥<2-1A>、<4-2A>、淤泥質(zhì)土<4-2B>層為欠固結(jié)土，計算樁基承載力時，<2-1A>、<4-2A>、<4-2B>及其以上的土層應(yīng)按負(fù)摩阻力考慮。

3 上部結(jié)構(gòu)布置

蓋體上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，該處蓋板上蓋開發(fā)建筑單體為中學(xué)與幼兒園，均按蓋上6層計算荷載，分散分布于蓋板之上。

4 基礎(chǔ)方案比選

本項目主體荷載較大且分布不均勻，場地地表淺部主要為填土，填土呈松散狀，均勻性差，壓縮性大；局部發(fā)育淤泥層，承載力不足。淺部地層地基承載力不足，穩(wěn)定性差，變形大，不宜作為上蓋綜合體上蓋建筑物天然地基。根據(jù)設(shè)計資料現(xiàn)地面高程低于設(shè)計地坪高程，需要進(jìn)行回填處理，無法采用天然地基方案。本項目選用樁基礎(chǔ)可以滿足承載力要求，由于樁基礎(chǔ)持力層穩(wěn)定，沉降量不大，可以有效解決不均勻沉降問題。同時本場地為抗震不利地段，存在液化砂土、大厚度欠固結(jié)土。因此，對于柱位可以考慮選用樁基礎(chǔ)。

本文將采用三種不同類型、不同直徑的樁基礎(chǔ)方案進(jìn)行比較，將各方案的經(jīng)濟(jì)性作為重要指標(biāo)得出最終結(jié)論。

4.1 鉆孔灌注樁成樁可行性分析

鉆孔灌注樁的優(yōu)點(diǎn)是[1]：適用范圍廣，能穿越地下水位上下的各類復(fù)雜地層，能形成較大的單樁承載力，成樁質(zhì)量較好，適應(yīng)各種地質(zhì)條件和不同規(guī)模的建筑物的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是：造價高，施工速度稍慢，周期長，產(chǎn)生泥漿較多對施工場地環(huán)境要求稍高，有噪聲等。

本場地內(nèi)<1>填土層、<2-1A>/<4-2A>淤泥和<4-2B>淤泥質(zhì)土屬于軟弱土，工程特性差，為欠固結(jié)土，鉆（沖）孔樁施工時容易造成縮頸、塌孔等事故；由于場地中地下水位高，并分布有砂層，灌注樁施工成孔過程中也在上述層位易產(chǎn)生塌孔等現(xiàn)象，對鉆（沖）孔灌注樁施工造成不利影響，從而影響樁身質(zhì)量，故應(yīng)考慮對樁周土體進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砘蚣訌?qiáng)樁體材料，且宜通長配筋及采用等級較高的泥漿護(hù)壁。

4.2 預(yù)應(yīng)力管樁沉樁可行性分析

預(yù)應(yīng)力管樁成本較低，工期短，樁身質(zhì)量容易得到保證，對地基承載力的利用較高。其施工方式包括打入式預(yù)制樁和靜壓預(yù)制樁兩種，打入式預(yù)制樁施工噪音大，但穿透硬夾層的能力較強(qiáng)，能夠有效進(jìn)入樁尖持力層并保證入土（巖）深度，取得較大的單樁承載力。靜壓預(yù)制樁施工噪音小，單樁承載力較直觀，但中小型樁機(jī)穿透硬夾層的能力較弱，大型樁機(jī)穿透硬夾層的能力較強(qiáng)。

本場地人工填土層呈松散軟弱狀態(tài)，局部夾塊石、碎石，土質(zhì)不均，不利于沉樁；殘積土、全風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖中局部發(fā)育有軟硬夾層，易造成斷樁事故或有效樁長不足，對預(yù)應(yīng)力管樁沉樁有一定的影響，必要時采取引孔措施保證樁長及樁端承載力；其余土層對預(yù)制樁（如管樁）基礎(chǔ)影響較小[2]。錘擊法預(yù)制樁一般可穿透全風(fēng)化（混合）花崗巖；錘擊法預(yù)制樁一般可打入甚至穿透土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖<7H-A>/混合花崗巖<7ZA>；靜壓法預(yù)制樁一般可打入甚至穿透全風(fēng)化花崗巖<6H>/混合花崗巖<6Z>；靜壓法預(yù)制樁一般難以進(jìn)入土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖<7H-A>/混合花崗巖<7Z-A>。

4.3 方案描述

4.3.1 方案一。樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁+柱下承臺基礎(chǔ)，樁徑為1200mm，樁型根據(jù)樁端持力層的不同分為三種。持力層為<7H-B>強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層或<7Z-B>強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖層的樁長約70m、<7H-A>強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層或<7Z-A>強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖層的樁長約70m、<8H>中等風(fēng)化花崗巖層或<8Z>中等風(fēng)化混合花崗巖層的樁長約55m。

4.3.2 方案二。樁基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁+筏板基礎(chǔ)，樁徑分為600mm、800mm共2種，樁端持力層為<6Z>混合花崗巖全風(fēng)化層，全區(qū)域滿布布置，樁長約為20m。

4.3.3 方案三。樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁+柱下承臺基礎(chǔ)，樁徑為1000mm，樁端持力層統(tǒng)一為<7H-A>強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層或<7Z-A>強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖層，樁長約為55m。

4.4 方案比選

方案一優(yōu)點(diǎn)：根據(jù)不同的地勘孔點(diǎn)與不同的持力層，劃分三種樁型進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計，利于節(jié)省樁基造價、更合理地滿足承載力與沉降要求。缺點(diǎn)：鉆孔經(jīng)過欠固結(jié)土層時易產(chǎn)生塌孔等現(xiàn)象；劃分為三種樁型極其考驗地勘孔點(diǎn)的準(zhǔn)確性，而地勘孔點(diǎn)分布并非一柱一鉆，該方案的三種樁型布置并不能完全與實際地質(zhì)情況準(zhǔn)確對應(yīng)；三種樁型的劃分同時也增加了施工難度，拉長了施工周期，提高了施工成本；單樁承載力特征值普遍較大，導(dǎo)致部分柱下樁基滿足承載力要求，卻因沉降要求加樁，間接導(dǎo)致造價提高與材料浪費(fèi)。

方案二優(yōu)點(diǎn)：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁強(qiáng)度高、耐打性好，工期短、造價低。因承載力與沉降要求，考慮到柱間距限制不適宜布置大型柱下承臺，全區(qū)域管樁與筏板滿布布置，節(jié)省了樁長、利于管樁沉樁、控制了沉降差。因全區(qū)域開挖，放坡開挖即可，無須考慮做局部鋼板樁支護(hù)，節(jié)省了土方造價[3]。缺點(diǎn)：因管樁仍需穿過欠固結(jié)土層，以混合花崗巖全風(fēng)化層為樁端持力層，上軟下硬，巖層面起伏不平，單樁豎向承載力特征值和終壓值容易偏大；因全區(qū)域做900厚筏板基礎(chǔ)控制沉降滿足要求，導(dǎo)致基礎(chǔ)部分混凝土量與鋼筋量較高，最終總用量高于方案一。

方案三優(yōu)點(diǎn)：在方案一的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，采用統(tǒng)一樁徑1000mm，統(tǒng)一持力層<7H-A>強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層或<7Z-A>強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖層，樁長較為平均，約為55m，適當(dāng)降低了單樁承載力特征值并統(tǒng)一，使?jié)M足承載力要求的同時也能滿足沉降要求，直接減少了樁基礎(chǔ)造價；統(tǒng)一樁徑降低了施工難度，縮短了施工周期，降低了施工成本。缺點(diǎn)：鉆孔經(jīng)過欠固結(jié)土層時易產(chǎn)生塌孔等現(xiàn)象，需采用通長配筋提高樁身質(zhì)量。

表1 基礎(chǔ)方案經(jīng)濟(jì)性比選表

5 結(jié)束語

綜上所述，本文對欠固結(jié)土地基某地鐵車輛段上蓋綜合體的實際工程案例進(jìn)行分析，綜合考慮建筑物所處的地質(zhì)特點(diǎn)、成本造價及施工的難易程度進(jìn)行基礎(chǔ)選型分析。通過承載力及沉降復(fù)核，本工程選用鉆孔灌注樁及預(yù)應(yīng)力管樁均能滿足規(guī)范對承載力及沉降的要求，且施工方案均為可行。但由于1200直徑鉆孔灌注樁地質(zhì)要求高、成本造價高及施工難度高等缺點(diǎn)，預(yù)應(yīng)力管樁施工難度及造價成本等方面限制，故本項目最終選擇1000直徑鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)形式。

在欠固結(jié)土地基區(qū)域，由于基礎(chǔ)下某層土承載力低，壓縮模量小，厚度較厚且分布不均勻，如采用天然基礎(chǔ)，經(jīng)常面臨承載力不足及沉降不滿足要求等問題，需采取其他的基礎(chǔ)形式。但是，灌注樁施工成孔過程中在欠固結(jié)土層易產(chǎn)生塌孔等現(xiàn)象，從而影響樁身質(zhì)量，故本工程最終考慮加強(qiáng)樁體材料，采用C40P8樁身混凝土，且通長配筋以保證樁身質(zhì)量滿足要求。