開封市高層建筑地基基礎方案選型分析

張寶戌

【摘要】本文根據開封新區金鼎麗都小區勘察成果，對有代表性的典型地層上的高層建筑地基基礎方案選型進行了比選分析。針對不同類型的建筑物，結合開封市中軟土場地的特性，對CFG樁復合地基、PHC管樁、PHS方樁、鉆扎灌注樁及后注漿技術方案的設計方法、施工工藝及存在的問題進行了分析。高層建筑地基基礎方案選型均應滿足強度、變形和穩定性的要求，采用變剛度調平進行設計，并通過試樁滿足施工工藝可靠性的要求，同時考慮造價與工期等因素后進行確定。【關鍵詞】高層建筑 地基基礎方案 選型分析 設計方法 強度 變形 工期

一、引言

近年來開封市建筑業規模逐步增大，高層建筑越來越多，結構體系也越來越復雜，對地基承載力和變形控制提出了更高的要求。由于高層建筑荷載較大且分布不一定均勻，如果地基基礎方案選型不當，建筑結構可能產生不均勻沉降或次生應力，影響建筑物的正常使用。開封新區金鼎麗都小區中18層建筑物為框架剪力墻結構，29層建筑物為剪力墻結構，采用筏板基礎，設計單位提供的基底平均壓力分別為300kpa、470kpa。

二、巖土工程條件

擬建場地地貌單元屬黃河中下游沖積形成的一級階地，在勘探深度60米范圍內，本場地地基土層根據地層的沉積年代、成因及工程性質分為9層。地基土主要由粉土、粉質粘土、粉細砂組成，①～④層屬新近沉積土，以粉土、粉質粘土為主，狀態較差；⑤～⑧層屬一般沉積土，以粉土、粉質粘土、細砂為主，狀態較高；⑨層為粉質粘土，硬塑狀，屬第三系沉積巖層。巖土工程勘察報告提供的地基土力學及建議的設計參數見下表。

（一）CFG樁復合地基承載力特征值計算

采用CFG樁進行地基處理時，可處理至③層。根據場地條件，建議處理至⑧層細砂，樁入土深度23.0m左右，有效樁長約19，0米，正方形布樁，樁徑0.4米，樁距1.4米，面積置換率6.4%。根據

（二）設計、施工中存在的問題分析

場地地層條件簡單，主要由粉土、粉質粘土、粉細砂構成，CFG樁施工過程中應注意軟弱粉土、粉質粘土對成樁質量的影響。試樁期間對不同地層選擇合適的提鉆速度，并對泵送流量和壓力進行控制，施工完成后進行樁身完整性檢測。

四、樁基設計方案

（一）預應力管樁（PHC.AB型樁）

假定選用預應力管樁，分別以樁徑0.4m、0.5m為例進行估算，結果見下表。

（二）預應力高強混凝土空心方樁（PHS.AB型樁）

假定選用預應力高強混凝土空心方樁，分別以邊長0.35m、0.40m為例進行估算，結果見下表。

（三）鉆孔灌注樁及后注漿技術

根據地基條件和現有施工能力，選用鉆孔灌注樁時單樁豎向承載力估算結果見下表。

根據本場地條件，如采用樁端后注漿技術，以樁徑為0.5米為例進行計算，后注漿側阻力增強系數βsi，端阻力增強系數βp見下表：

依據《建筑樁基技術規范》（JGJ94--2008） 5.3.10條估算注漿后單樁豎向承載力特征值為：Rα：Quk/2≈3600/2=1800KN。

五、對不同地基基礎方案選型的九點看法

（1）開封新區上部以中軟土地層為主，根據周邊項目建筑復合地基檢測數據，對于18層建筑在面積置換率取較大值時，CFG樁復合地基承載力特征值為320kpa，可以滿足強度和變形的要求。對于29層建筑基底壓力較大，采用復合地基方案時承載力和變形不能滿足設計要求。由于上部存在軟弱土層，可能出現斷樁、縮徑、夾泥以及引起地面過大沉降等現象，應采取措施加強樁身完整性的控制。

（2）對于預應力方樁和管樁進行樁型比選時，預應力管樁試算了樁徑為0.4、0.5米的單樁豎向極限承載力標準值為2154、2928kN，預應力方樁試算了邊長為0.35、0.4米的單樁豎向極限承載力標準值為2295、2743M經比較相同樁徑或邊長的預應力方樁比預應力管樁計算得到的單樁豎向極限承載力提高25%左右，克服了管樁與土摩擦力小的缺點，具有穿透性好、抗剪能力高、施工破損率低、節省材料降低造價等優點。

（3）采用鉆孔灌注樁技術由于施工過程中產生的泥皮和樁底沉渣導致單樁豎向極限承載力偏低，采用鉆孔灌注樁后注漿技術可有效提高單樁承載力，但與施工質量關系密切且造價高。與預應力方樁或管樁進行樁型比選時，應綜合考慮建筑物荷載情況、施工工期與造價等因素。

（4）對于CFG樁復合地基與預應力方樁或管樁比較時，預應力方樁或管樁造價相對較高，但在樁體質量上有保證且施工速度快。CFG樁復合地基承載力檢測休止時間為28天，預應力方樁或管樁承載力檢測休止時間為15天，因此，采用預應力方樁或管樁可有效縮短工期，提供工程效益。

（5）對于剪力墻或柱下采用變剛度調平進行設計，通過調整樁徑、樁間距或樁的入土深度等方案控制建筑物基礎的內力和不均勻變形。

（6）對于預應力方樁邊長為0.35米，工程樁單樁豎向抗壓載荷試驗結果如下。

邊長為0.35米的預應力方樁單樁豎向抗壓極限承載力靜載試驗實測值比計算值高13%，因此施工圖設計前應先進行試驗樁單樁豎向極限承載力靜載荷試驗，以確定施工工藝和單樁豎向極限承載力及沉降指標。