樁土復合地基在方案階段對樁用量的估算

□□ 許耀琦

(山西建筑工程集團有限公司，山西 太原 030002)

1 工程概況

某住宅小區處于建筑方案設計階段，建筑方案平立面圖已設計完成。建筑場地土完成了勘探，提供有地勘報告詳勘，地基專業設計還未介入，此時需要確定該小區某棟住宅樓地基處理方案及工程樁的總用量。該住宅樓為地上26層，地下2層，建筑總高為79 m，結構形式為剪力墻結構。擬建場地抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g，設計地震分組為第二組。

建筑場地土由上至下共分為七層，其中，第①層土為人工素填土；第②層為粉土，具有二級自重濕陷性；第⑦為粗礫砂層，此次勘察未揭穿該層。其余四層土均為粉質黏土，其中第③層粉質黏土局部仍具有二級自重濕陷性。場地土不考慮震陷、液化等影響，場地周邊沒有不良地質作用，屬于抗震一般地段。地下水位高度在地面以下20 m處。

2 確定布樁方案

該住宅樓基礎形式擬采用平板式筏型基礎。根據地勘報告提出的地基處理建議，地基處理采用灰土擠密樁消除地基土濕陷性，再插打CFG樁提高地基土承載力的處理方式。假定灰土擠密樁的樁徑為400 mm，樁距為1.2 m，正三角形布置，濕陷性土層處理深度為5 m，樁長設為5.5 m；CFG樁樁徑為400 mm，在灰土樁三角形的形心布置，樁長為20 m。

3 樁用量估算

在建筑方案設計階段，地基專業設計還未介入之前，先不利用計算機專業軟件進行排布樁孔，僅利用該住宅樓的建筑平面尺寸進行測算。

3.1 計算灰土擠密樁用量

計算灰土擠密樁的用量應先確定樁布置范圍的面積和樁面積置換率兩個參數。該住宅樓基礎板面積假定由建筑外墻周邊外擴0.5 m。忽略不計周邊局部凹進和凸出的面積，確定基礎板長為36 m，寬為15.3 m，面積為550.8 m2。根據JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規范》要求，灰土擠密樁布置范圍需由基礎板周邊向外擴出處理深度的一半，即2.5 m，確定樁布置范圍的面積為832.3 m2。樁面積置換率為單樁截面積與其處理地基土面積的比值。樁徑為400 mm，樁距為1.2 m，單樁截面積為0.125 6 m2，單樁處理地基土的面積為邊長693 mm的正六邊形，面積為1.247 m2，求得樁面積置換率為0.1。

計算灰土擠密樁的用量，用樁布置范圍面積832.3 m2乘以樁面積置換率0.1，可求得該住宅樓地基處理需要的樁總面積為83.23 m2，再用樁總面積83.23 m2除以單根樁截面積0.125 6 m2，即求得該住宅樓灰土擠密樁用量為663根。

3.2 計算CFG樁用量

CFG樁用量計算方法與灰土擠密樁計算過程相同。由于CFG樁在灰土樁三角形的形心布置，其樁徑、樁距和布樁形式與灰土擠密樁完全相同，樁面積置換率也是0.1。根據JGJ 79—2012要求，CFG樁可在基礎板內布置，其布置范圍面積即為基礎板面積550.8 m2。

計算CFG樁用量，由基礎板面積550.8 m2乘以樁置換率0.1，再除以單根樁截面積0.125 6 m2，求得CFG樁用量為438根。

4 樁用量計算結果的修正

以上僅利用建筑平面尺寸和樁面積置換率兩個參數求得的樁用量，必然與地基專業設計用計算機專業軟件排樁布孔測得的用樁量存在偏差。偏差過大則會影響到工程量計算的準確性。為使按估算的樁用量相對準確，則需對其計算結果進行修正。

為了驗證地基設計時的布樁用量和估算樁用量之間的偏差規律，現假定用18 m×27 m、20 m×42 m、24 m×60 m、32 m×32 m四個長寬比例不同的筏板基礎，模擬驗證在樁徑為400 mm、樁距分別為1.2 m、1.3 m、1.4 m等三種常用尺寸、以及正三角形和正方形兩種不同布樁形式下的布樁量與估算樁用量的偏差比。

假定僅在基礎板內布樁，上述情形共組合了24種不同工況，分別求得了不同工況下的布樁用量和估算樁用量(單位為根)，以及計算偏差比值，結果見表1。

表1 在基礎板中布樁用量情況

分析表1數據發現，不同布樁形式與不同面積基礎板之間的關系具有以下規律：一是地基專業設計布樁量都比估算樁用量大，均為正偏差；二是正方形布樁產生的偏差比區間大，其中樁距為1.3 m的正方形布樁，在20 m×42 m基礎板下布置時偏差最大，為1.07；樁距為1.2 m的正方形布樁，在24 m×60 m基礎板下布置時偏差最小，為1.00。

分析造成偏差比大小的原因，發現20 m×42 m的基礎板，當樁距為1.3 m的正方形布樁時，正好在筏板內布置了16行、33列，最外排樁體與基礎板邊界完全契合，導致布樁量比估算樁用量多了很多，故偏差比大；相反，在24 m×60 m的基礎板采用樁距為1.2 m正方形布樁時，最外排樁體與基礎板邊界契合不好，筏板四周沒有布樁的空余范圍較多，導致布樁用量小，與估算樁用量基本接近，故偏差比小。由此可知，當基礎板邊長與樁距的比值接近整數時，說明二者契合程度好，故布樁量大，偏差比大；反之，基礎板邊長與樁距的比值不是整數時，說明二者契合程度不好，故實際布樁量小，偏差比小。而正方形布樁之所以產生偏差區間大的原因，也正是因為其樁距與基礎板邊長的倍數關系相比正三角形布樁更為敏感才導致的。需要注意的是，地基處理專業設計布樁量與估算樁用量的偏差比越大，說明樁與基礎邊界契合程度就越好，意味著樁布置就越合理。

總而言之，布樁偏差比的大小僅跟基礎板邊長與樁距的比值有關，而與基礎板的形狀和大小無關。考慮在建筑方案設計階段，基礎板的邊長尺寸難以精確，基礎板邊長與樁距的相互關系在估算過程中難以考量，故采用修正系數放大計算結果的方法是可行的。根據以上對比結果，按正三角形布樁和正方形布樁分類，各自去掉一個偏差比最大值，取剩余值中的上限值作為各自的修正系數，即正三角形布樁時，修正系數為1.03；正方形布樁時，修正系數為1.05。

案例中的某住宅樓地基處理專業設計時，在基礎板尺寸、布樁形式與計算假定的布樁條件完全相同的情況下，灰土擠密樁布樁量為683根，CFG樁布樁量為430根，工程樁布置如圖1所示。

圖1 工程樁布置情況

估算方法求得的灰土擠密樁為663根，確定修正系數為1.03，修正后為683根，與布樁量一致，說明修正系數可取。CFG樁的布樁量小于估算樁用量，是由于CFG樁在灰土擠密樁形心內套打，布樁時并不需要考慮其與基礎板邊界的關系，因此與上述試驗的假設條件不符，故不能采用修正系數。若采用JGJ 79—2012中規定的多樁型復合地基的布置形式，每一種樁均考慮其與基礎板邊界的關系時，則與上述試驗的假設條件相符，其計算結果可按上述修正系數進行修正。

5 影響用樁量計算的其他因素

5.1 樁面積置換率

樁面積置換率是樁用量計算的重要因素，其與樁距和布樁形式相關。置換率越大，樁布置越密，地基處理需要的樁總面積就越大，樁用量就余越多。樁面積置換率的計算原理是單樁的截面積與單樁處理地基土面積的比值，由單根樁向其周圍相鄰的樁連接中心線，再作每條中心線的垂線，每條垂線所圍成的面積即為單樁處理地基土的面積。JGJ 79—2012中給出了更為簡單的面積置換率計算公式，現按照計算公式將常用幾種不同樁距和布樁形式下的置換率進行求解，計算用樁量時可以直接選用。置換率整理列表見表2。

表2 置換率

5.2 樁長的影響

樁長直接關系到樁總延米用量，從而影響工程造價估算。其影響程度遠大于樁距和布樁形式對用樁量的影響。在建筑方案設計階段若對樁長進行準確估計，需要一定的專業基礎。灰土擠密樁的樁長由基礎墊層下面濕陷性土層的厚度和土濕陷量決定，其樁長一般比被處理濕陷土層厚度大0.5～1.0 m，并滿足GB 50025—2018《濕陷性黃土地區建筑標準》中濕陷性的相關要求；CFG樁的樁長除了滿足復合地基承載力特征值的計算需求外，還應保證使樁端進入持力層的深度≮1.0 m。所有樁的樁頂標高都應確定，這樣才能確定樁在不同土層中的位置，可根據建筑物±0標高和基礎底標高推算，在地勘報告土層性狀斷面圖上換算為絕對高層進行計算。建筑方案設計階段若條件有限時，可結合類似項目的設計經驗估算樁長。

6 結語

樁用量計算時，首先應詳細了解建筑場地土質情況，根據地勘報告的建議擬定適合的樁土復合地基處理方案，再確定樁徑、樁距、樁長及布樁形式，計算樁面積置換率，然后根據基礎板面積(或布樁范圍面積)計算出樁用量，最后對樁用量計算值進行修正。綜合考慮建筑平面形狀凹凸不規則、筏板基礎外擴尺寸以及樁長等因素的影響，建議樁用量計算值的修正系數正三角形布樁時取1.1，正方形布樁時取1.2。

樁用量計算的重點不是簡單的數學計算，而是能夠在方案設計階段，通過專業知識對地基處理設計及工程量大小做出相對準確的判斷，為工程項目可行性研究或建設投資策劃提供可靠數據。