开封市高层建筑地基基础方案选型分析
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【摘要】本文根据开封新区金鼎丽都小区勘察成果，对有代表性的典型地层上的高层建筑地基基础方案选型进行了比选分析。针对不同类型的建筑物，结合开封市中软土场地的特性，对CFG桩复合地基、PHC管桩、PHS方桩、钻扎灌注桩及后注浆技术方案的设计方法、施工工艺及存在的问题进行了分析。高层建筑地基基础方案选型均应满足强度、变形和稳定性的要求，采用变刚度调平进行设计，并通过试桩满足施工工艺可靠性的要求，同时考虑造价与工期等因素后进行确定。【关键词】高层建筑 地基基础方案 选型分析 设计方法 强度 变形 工期
一、引言
近年来开封市建筑业规模逐步增大，高层建筑越来越多，结构体系也越来越复杂，对地基承载力和变形控制提出了更高的要求。由于高层建筑荷载较大且分布不一定均匀，如果地基基础方案选型不当，建筑结构可能产生不均匀沉降或次生应力，影响建筑物的正常使用。开封新区金鼎丽都小区中18层建筑物为框架剪力墙结构，29层建筑物为剪力墙结构，采用筏板基础，设计单位提供的基底平均压力分别为300kpa、470kpa。
二、岩土工程条件
拟建场地地貌单元属黄河中下游冲积形成的一级阶地，在勘探深度60米范围内，本场地地基土层根据地层的沉积年代、成因及工程性质分为9层。地基土主要由粉土、粉质粘土、粉细砂组成，①～④层属新近沉积土，以粉土、粉质粘土为主，状态较差；⑤～⑧层属一般沉积土，以粉土、粉质粘土、细砂为主，状态较高；⑨层为粉质粘土，硬塑状，属第三系沉积岩层。岩土工程勘察报告提供的地基土力学及建议的设计参数见下表。
（一）CFG桩复合地基承载力特征值计算
采用CFG桩进行地基处理时，可处理至③层。根据场地条件，建议处理至⑧层细砂，桩入土深度23.0m左右，有效桩长约19，0米，正方形布桩，桩径0.4米，桩距1.4米，面积置换率6.4%。根据
（二）设计、施工中存在的问题分析
场地地层条件简单，主要由粉土、粉质粘土、粉细砂构成，CFG桩施工过程中应注意软弱粉土、粉质粘土对成桩质量的影響。试桩期间对不同地层选择合适的提钻速度，并对泵送流量和压力进行控制，施工完成后进行桩身完整性检测。
四、桩基设计方案
（一）预应力管桩（PHC.AB型桩）
假定选用预应力管桩，分别以桩径0.4m、0.5m为例进行估算，结果见下表。
（二）预应力高强混凝土空心方桩（PHS.AB型桩）
假定选用预应力高强混凝土空心方桩，分别以边长0.35m、0.40m为例进行估算，结果见下表。
（三）钻孔灌注桩及后注浆技术
根据地基条件和现有施工能力，选用钻孔灌注桩时单桩竖向承载力估算结果见下表。
根据本场地条件，如采用桩端后注浆技术，以桩径为0.5米为例进行计算，后注浆侧阻力增强系数βsi，端阻力增强系数βp见下表：
依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94--2008） 5.3.10条估算注浆后单桩竖向承载力特征值为：Rα：Quk/2≈3600/2=1800KN。
五、对不同地基基础方案选型的九点看法
（1）开封新区上部以中软土地层为主，根据周边项目建筑复合地基检测数据，对于18层建筑在面积置换率取较大值时，CFG桩复合地基承载力特征值为320kpa，可以满足强度和变形的要求。对于29层建筑基底压力较大，采用复合地基方案时承载力和变形不能满足设计要求。由于上部存在软弱土层，可能出现断桩、缩径、夹泥以及引起地面过大沉降等现象，应采取措施加强桩身完整性的控制。
（2）对于预应力方桩和管桩进行桩型比选时，预应力管桩试算了桩径为0.4、0.5米的单桩竖向极限承载力标准值为2154、2928kN，预应力方桩试算了边长为0.35、0.4米的单桩竖向极限承载力标准值为2295、2743M经比较相同桩径或边长的预应力方桩比预应力管桩计算得到的单桩竖向极限承载力提高25%左右，克服了管桩与土摩擦力小的缺点，具有穿透性好、抗剪能力高、施工破损率低、节省材料降低造价等优点。
（3）采用钻孔灌注桩技术由于施工过程中产生的泥皮和桩底沉渣导致单桩竖向极限承载力偏低，采用钻孔灌注桩后注浆技术可有效提高单桩承载力，但与施工质量关系密切且造价高。与预应力方桩或管桩进行桩型比选时，应综合考虑建筑物荷载情况、施工工期与造价等因素。
（4）对于CFG桩复合地基与预应力方桩或管桩比较时，预应力方桩或管桩造价相对较高，但在桩体质量上有保证且施工速度快。CFG桩复合地基承载力检测休止时间为28天，预应力方桩或管桩承载力检测休止时间为15天，因此，采用预应力方桩或管桩可有效缩短工期，提供工程效益。
（5）对于剪力墙或柱下采用变刚度调平进行设计，通过调整桩径、桩间距或桩的入土深度等方案控制建筑物基础的内力和不均匀变形。
（6）对于预应力方桩边长为0.35米，工程桩单桩竖向抗压载荷试验结果如下。
边长为0.35米的预应力方桩单桩竖向抗压极限承载力静载试验实测值比计算值高13%，因此施工图设计前应先进行试验桩单桩竖向极限承载力静载荷试验，以确定施工工艺和单桩竖向极限承载力及沉降指标。
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