河南鑫地大廈地基基礎方案論證和成本分析
2010-12-31 00:00:00陳懷玉,任鴻飛
中華建設科技 2010年10期
【摘 要】通過對擬建場地工程勘察資料的統計分析，結合工程實際論證了天然地基淺基礎高壓噴射注漿、水泥粉煤灰碎石樁、后注漿灌注樁等基礎類型的適宜性，運用成本分析論證基礎的選方案，向建設單位和建筑設計單位提供經濟合理的設計方案建議。
【關鍵詞】地基基礎;天然地基淺基礎;高壓噴射注漿;水泥粉煤灰碎石樁;后注漿灌注樁。
Henan xin ground argument and cost analysis of the foundation project of the mansion foundation
Chen Huai-yu1，Yen Hong-fei2
(1，Henan provincecolor geology mineral bureau No.2 geology big brigade Zhengzhou Henan 450000;
2.Henan provincecolor geology mineral bureau No.2 geology big brigade Zhengzhou Henan 450000)
【Abstract】Pass to investigate statistics of data analysis towards drawing up to set up place engineering， combine engineering actual argument natural foundation shallow foundation high pressure jet note syrup， cement powder ash from stove crushed stones stake， empress note syrup to infuse feat of note an etc. foundation type， usage cost analysis argument foundation of choose a project， to construction unit and building design unit provide economy reasonable of design project suggestion.
【Key words】Foundation foundation;Natural foundation shallow foundation;The high pressure jet note syrup;The cement powder ash from stove crushed stones stake;Empress note syrup to infuse to note a stake.
河南鑫地大廈位于鄭州市金水東路和黃河東路交叉口東北角，框剪-剪力墻結構，地下1層，地上22層，建筑面積約29000m2。由鄭州大學綜合設計研究院設計，河南省有色勘察工程有限公司對擬建場地進行了巖土工程詳細勘察工作。本文依據勘察資料，結合工程實際對地基基礎方案進行論證和成本分析，向建設單位和建筑設計單位提供經濟合理的設計方案建議。
1. 場地工程地質條件
擬建場地地形較平坦，地貌單元屬黃河沖洪積平原。根據野外鉆探揭露，現場判別，結合原位測試和室內土工試驗資料，將85.0m勘探深度范圍內的地層劃分為14個單元層和1個亞層，巖性主要為粉土、粉質粘土以及細砂層，1~13層巖土物理力學指標見表1。
2. 基底壓力計算
大樓地上22層，地下一層，地下室基底埋深4.0m。地上3~22層住宅荷載按15KPa，1、2層商場和地下室荷載按40 KPa計算，基底壓力為P=420KPa。
3. 天然地基淺基礎
按開挖深度，基礎底板在第②層稍中密的粉土層，第②層承載力特征值fak=165KPa，根據《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2002)第5.2.4條，修正后的地基承載力特征值
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=165+0.5×18.0×(6-3)+2×18.7×(4-0.5)
=322.9 KPa。
式中fa——修正后的地基承載力特征值，KPa;
fak——地基承載力特征值，KPa;
ηb——基礎寬度的地基承載力修正系數，取ηb=0.5;
ηd——基礎深度的地基承載力修正系數，取ηd=2.0;
γ——基礎底面以下土的重度，kN/m3，取γ=18.0 kN/m3;
γm——基礎底面以上土的加權平均重度，KN/m3，取γm =18.7 KN/m3;
b——基礎底面寬度，m，取b=6m;
d——基礎埋置深度，m，取d=5.0m。
由計算fa=322.9 KPa 4. 復合地基 4.1 復合地基方案論證。 根據國內外對復合地基處理的工藝方法，結合場地的地質條件建筑結構的自身特征，綜合考慮采用高壓噴射注漿工法和水泥粉煤灰碎石樁工法(CFG)工法，均是速度快、成本低、安全可靠的先進工法。 4.1.1 高壓噴射注漿法(高壓旋噴樁) (1)預估成樁參數。 成樁直徑0.60m，樁長13.0m，樁身水泥土無側限抗壓強度(fcu)7.0MPa，樁間距(Sa)1.4m，正三角形布樁。 (2)單樁豎向承載力特征值。 據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)第12.2.3-1公式 Ra =ηfcuAp=0.33×7000×0.2827=653KN 式中fcu——水泥土抗壓強度平均值，MPa;取fcu= 7.0MPa η——樁身強度折減系數，取η=0.33。 據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)第12.2.3-2公式 Ra =πdΣhiqsi+Apqp =3.14×0.60×14×25+0.2827×230=677.6KN 式中Ra——單樁豎向承載力特征值，KN; d——樁的平均直徑，取d=0.60m; hi——樁周第i層土的厚度，取h=14m; qsi——樁周第i層土的摩擦力標準值，按鉆孔灌注樁側壁摩擦力標準值考慮，取qs=25KPa; Ap——樁身平均截面積，取Ap=0.2827m2; qp——樁端天然地基土承載力標準值，取qp=230KPa。 按《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)第12.2.3-1公式、第12.2.3-2公式計算結果，取小值，單樁豎向承載力特征值Ra = 653KN。 (3)面積置換率。 據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)第9.2.5條 fspk=mRa/ Ap +β(1-m) fsk m=[fspk-βfsk]/[(Ra/ Ap)-βfsk] = [420-0.3×165]/ [(653/0.2827)-0.3×165] =0.1639=16.39% 式中fspk——處理后復合地基承載力特征值，KPa，fspk=420 KPa; β——樁間天然地基土承載力折減系數，取β=0. 30; fsk——樁間土天然地基承載力標準值，取fsk=165 KPa。 (4)布樁方式與樁間距 采用正三角形布樁，m= 16.39%，樁間距Sa為 Sa=[ Ap/mcos30°]1/2=[0.2827/(0.1639×0.866)]1/2=1.41m。 為設計和布樁方便，取樁樁間距為1.40m，面積置換率m=16.66%，處理后復合地基承載力特征值fspk=435 KPa。 (5)總樁數 面積置換率m=16.65 % 總樁數n= m A/ Ap =0.1666×1104×1.1/0.2827=716根 式中n——總樁數，根; A——基礎底面積，m2;A=1104×1.1=1214.4 m2。 (6)推薦的樁基參數匯總。 水泥土抗壓強度平均值7.0MPa，樁徑0.60m ，樁長13.0m，正三角形布樁，樁間距為1.40m，面積置換率16.66%，樁數716根，樁端在第⑤層粉砂夾粉土，單樁豎向承載力特征值Ra =653KN，處理后復合地基承載力特征值435KPa。 表1 巖土物理力學指標 層號及名稱層底埋深(m)平均厚度(m)重度(kN/m3)qc(MPa)fak(KPa)ES(0.1-0.2)(MPa) ①素填土1.20-3.302.2018.653.21409.7 ②粉土3.10-5.202.0019.112.11309.0 ③粉土8.00-10.505.0019.142.615510.5 ④-1粉土9.40-11.701.2018.880.81006.5 ④粉土11.50-14.602.5019.632.515010.1 ⑤粉土13.10-14.901.8019.484.316510.5 ⑥粉質粘土16.60-18.403.5019.371.31606.1 ⑦粉土18.00-20.402.1019.775.018011.5 ⑧細砂27.20-28.909.1025.1218.226026.0 ⑨粉質粘土28.50-32.602.4020.18——2308.4 ⑩細砂32.50-37.504.0026.38——27025.0 (11)粉質粘土41.00-43.507.5019.60——2508.8 (12)粉土與粉質粘土互層48.50-52.307.9019.83——26010.2 (13)粉質粘土66.00-67.0015.8019.65——27010.0 4.1.2 水泥粉煤灰碎石樁工法(CFG) (1)成樁參數。 成樁直徑0.40m，樁長16.0m，樁體試塊抗壓強度平均值(fcu)20.0MPa，樁間距(Sa)1.3m，正三角形布樁。 (2)單樁豎向承載力特征值。 據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)第9.2.6公式 Ra=πdΣhiqsi+Apqp =3.14×0.40×16×24+0.1256×250=514KN 式中Ra——單樁豎向承載力特征值，KN; d——樁的平均直徑，取d=0.40m; hi——樁周第i層土的厚度，取h=16m; qsi——樁周第i層土的摩擦力標準值，按地區經驗，取qs=24KPa; Ap——樁身平均截面積，取Ap=0.1256m2; qp——樁端天然地基土承載力標準值，取qp=250KPa; 據《建筑地基處理技術規范》(JGJ71-2002)第9.2.7公式 Ra ≤fcuAp/3=20000×0.1256/3=837.7KN 式中fcu——樁體試塊抗壓強度平均值，MPa;取fcu=20.0MPa 按《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)第9.2.6公式、第9.2.7公式計算結果，取單樁豎向承載力特征值Ra =514KN。 (3)復合地基承載力特征值fspk。 據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)第3.0.4條規定，基礎埋深的地基承載力修正系數取1.0，設計基底壓力P=420KPa，處理后復合地基承載力特征值為: fspk=P-ηdγm(d-0.5) =420-1.0×18.7×(4-0.5)=354.6 KPa (4)面積置換率。按《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)第9.2.5公式 fspk=mRa/ Ap +β(1-m) fsk m= [ fspk-βfsk]/[(Ra/ Ap)-βfsK] =[354.6-0.75×165]/ [(514/0.1256)-0.75×165] =0.0582=5.82% 式中fspk——處理后復合地基承載力特征值，KPa，fspk=354.6 KPa; β——樁間天然地基土承載力折減系數，取β=0. 75; fsk——樁間土天然地基承載力標準值，取fsk=165 KPa。 (5)布樁方式與樁間距。 采用正三角形布樁，m= 5.82%，樁間距Sa為 Sa=[Ap/mCos300]1/2=[0.12566/(0.0582×0.866)]1/2=1.58m。 為設計和布樁方便，取樁樁間距為1.55m，面積置換率m=6.04%，處理后復合地基承載力特征值fspk=363 KPa，經基礎埋深修正后的復合地基承載力特征值為429 KPa。 (6)總樁數 面積置換率m=6.04 % 總樁數n= m A/ Ap =0.0604×1104×1.1/0.1256=584 式中n——總樁數; A——基礎底面積，m2;A=1104×1.1=1214.4 m2。 (7)推薦的樁基參數匯總。樁體試塊抗壓強度平均值20.0MPa，樁徑0.40m ，樁長16.0m，正三角形布樁，樁間距為1.55m，面積置換率6.04%，樁數584根，樁端在第⑥層粉砂夾粉土，單樁豎向承載力特征值Ra =514KN，處理后復合地基承載力特征值363KPa，經深度修正后復合地基承載力特征值429KPa。 表2后注漿灌注樁樁基設計參數表 層 號①②③④-1④⑤⑥⑦⑧⑨⑩(11) qsik(KPa)204245364550466575908090 qpk(KPa)1200120013001500 以20號孔為例從90m標高算起1.82.01.24.01.84.7 后注漿側阻力增強系數βsi1.41.51.61.51.72.01.72.01.8 后注漿端阻力增強系數βp2.82.32.82.5 表3 后注漿灌注樁樁基承載力驗算表 樁基類型鉆孔灌注樁鉆孔灌注樁 樁間距3.0d3.0d 樁端持力層第⑧層第⑧層 布樁形式正方形正方形 樁徑(m)0.60.8 樁入土深度(m)25.025.0 有效樁長(m)15.515.5 單樁豎向極限承載力標準值Quk36505301 單樁豎向承載力特征值Ra(KN)18252651 單個承臺最大布樁數86 驗算結果滿足滿足 表4 基礎施工費用概算表 基礎類型計價基數工程量工程費用 高壓噴射注漿86元/米9308米800488.00元 水泥粉煤灰碎石樁80元/米9344米747520.00元 后注漿灌注樁(0.6m)850元/方1621米1377850.00元 后注漿灌注樁(0.8m)880元/方1635米1438800.00元 5. 后注漿灌注樁 5.1 樁端持力層的選擇。 從場地土層結構來看，第⑧層密實細砂層及以下均為良好持力層，對后注漿鉆孔灌注樁而言，可以第⑧層細砂作為持力層。 5.2 樁基設計參數。 依據《JGJ94-2008》規范中表5.3.5-1、2及表5.3.10確定后注漿灌注樁樁基設計參數見表2: 5.3 單樁承載力估算。 以樁徑0.6m、0.8m的后壓漿灌注樁為例進行計算，單樁承載力估算結果見表3。 5.4 總樁數。 根據上部荷載分布和經濟指標，按正方形布置，樁深25.0m，樁徑0.6m，共需布設370根;樁徑0.8m共需布設210根。 6. 成本概算 按目前市場價，各基礎類型施工費用見表4 由上表可知，高壓噴射注漿、水泥粉煤灰碎石樁工程造價較低，宜優先采用。 7. 結論與建議 通過對勘察資料和工程實際情況綜合分析，并利用巖土物理力學參數計算可得出如下結論: (1)天然地基無法滿足建筑物荷載要求; (2)高壓噴射注漿、水泥粉煤灰碎石樁、后注漿灌注樁基礎均適合本場地，承載力符合設計要求; (3)依據現場施工條件和經濟技術指標，水泥粉煤灰碎石樁基礎施工速度快、工期短、質量容易控制，工程造價低廉，非常適宜在本場地使用。建議采用水泥粉煤灰碎石樁進行基礎處理。 參考文獻 [1] 《河南鑫地大廈巖土工程勘察報告》，河南省有色工程勘察有限公司，2008 [2] 龔曉南等《地基處理新技術》，陜西科學技術出版社，1997 [3] 王奎華等《巖土工程勘察》，中國建筑出版社，2005 [4] 中華人民國和國國家標準:《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2002)》 [5] 中華人民國和國行業標準:《建筑樁基技術規范》(JGJ94-2008)》 [文章編號]1619-2737(2009)10-23-165 [作者簡介]陳懷玉(1971- )，男，工程師，水文地質工程地質專業，從事巖土工程勘察、設計與施工及礦山水文地質、工程地質、地質災害工作。 任鴻飛(1971- )，男，工程師，水文地質工程地質專業，從事巖土工程勘察、設計與施工及礦山水文地質、工程地質、地質災害工作。
