高层建筑桩基础选型分析

罗健华

摘要：高层建筑结构设计中，合理的桩基选型有着重要的作用，本文通过实例，对高层建筑常用桩型进行优缺点及经济性比较分析。

关键词：桩基选型；人工挖孔桩；旋挖桩；钻孔桩；预应力管桩

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

引 言

随着我国经济的高速发展，人们的生活水平快速提高，房地产市场迎来一片欣欣向荣，但随着在城市中可开发用地的减少，各类建筑也越建越高。同时，经济发展也带动了劳动力的市场价格水涨船高，导致各类建筑的造价成本也越来越高。在一般的高层建筑中，基础部分造价最高，其造价可以占到工程总造价的10%～20%。要控制建筑物的成本，首先要从基础方案优选的做起，而高层建筑基础通常采用桩基础。因此，在高层建筑结构设计中，桩基础分析选型，对于保证安全、节省投资及降低造价起着举足轻重的作用。本文尝试以两个高层建筑桩基设计实例，对各种常用桩基的选型进行分析，选择一个最优方案。

工程实例一：

1、工程概况

本工程位于广东省惠州市大亚湾区，建筑桩基设计等级为甲级，建筑场地为Ⅱ类，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，基本风压0.70KN/m2，地面粗糙度类别为B类。高层建筑为剪力墙结构体系，地上30层，地下一层，地上结构高度为99m。

（1）根据勘探报告，地层岩性如下：

1、人工填土层：①素填土，由碎石、块石及少量粘性土等近期堆填而成，密实度及均匀性较差。平均厚度为7.0m，桩顶以下平均厚度为1.5m；

2、第四系冲积土：②1粉质粘土，平均厚度为2.0m, 桩侧摩阻力特征值为15KPa；

3、白垩系基岩：④1全风化砾岩，平均厚度为5.0m, 桩侧摩阻力特征值为40KPa；

④2强风化砾岩，平均厚度为5.5m, 桩侧摩阻力特征值为60KPa, 桩端阻力特征值为1920KPa；

④3中风化砾岩，未揭穿, 桩端阻力特征值为5000KPa；岩石饱和单轴抗压强度标准值frk为23.97Mpa。

（2）本楼采用PKPM程序进行电算，根据电算结果显示，单墙下轴向压力标准值在3600～8000KN之间，单桩承载力特征值在3000～5300KN之间，便满足承载力要求。

2、桩基方案

由于素填土层块石过多，且本场地为山坡地，部分全风化及强风化砾岩埋藏较浅，本工程桩基不适合采用预应力高强混凝土管桩(PHC)，仅考虑采用钻(挖)孔灌注桩，桩基方案如下：

A方案：人工挖孔扩底灌注桩，桩端持力层取④2强风化砾岩，桩身砼强度等级为C25，护壁厚取120，砼强度等级为C25，平均桩长约为9.0m。

按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)中，单桩承载力特征值计算Ra如下：

Ra = qaAp + upΣqsiali----(公式1)

按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)中，验算桩身承载力时，桩顶轴向压力设计值[N]满足：

[N] ≤ ΨcfcAps + 0.9fy′As′ ----(公式2)

单桩承载力特征值如下表：

方案优点：

a、持力层为强风化，桩长较短；

b、采用人工挖孔，桩身质量保障性较好；

c、施工工艺简单，场地要求较低。

方案缺点：

a、因安全要求，桩身直径要求较大，造成桩身承载力浪费较多；

b、施工人员安全性较差，需要全场地降水；

c、桩身及护壁需用钢筋，用钢量较大。

B方案：旋挖灌注桩，持力层取④3中风化砾岩，为较完整基岩，桩端为嵌岩桩，桩身砼强度等级为C35，平均桩长约为14.5m，嵌岩深径比取0.5。

按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)中，单桩竖向极限承载力标准值Quk及单桩承载力特征值Ra如下：

Quk = Qsk + Qrk , Qsk = uΣqsikli, Qrk =ζrfrkAp ,Ra = Quk/K ----(公式3)

验算桩身承载力同A方案公式2。

单桩承载力特征值如下表：

方案优点：

a、桩身直径大小灵活，桩身砼可取较高强度，充分利用其承载力；

b、施工安全性较好，水下部分采用泥浆护壁，不需要场地降水；

c、桩身直径较小，用钢量较少。

方案缺点：

a、持力层为中风化，桩长较长；

b、桩身质量不容易保障，需要加强施工监督；

c、桩底有沉渣；

d、施工时产生泥浆，不容易处理。

C方案：钻孔扩底灌注桩，桩端持力层取④2强风化砾岩，桩身砼强度等级为C35，平均桩长约为9.5m。

单桩承载力特征值Ra同A方案公式1

验算桩身承载力同A方案公式2。

单桩承载力特征值如下表：

方案优点：

a、持力层为强风化，桩长较短；

b、桩身直径大小灵活，桩身砼可取较高强度，充分利用其承载力；

c、施工安全性较好，采用泥浆护壁，不需要场地降水；

d、桩身直径较小，泥浆护壁，用钢量较少。

方案缺点：

a、桩身质量不容易保障，需要加强施工监督；

b、桩底扩大头直径是桩身的2倍多，扩大头不容易施工；

c、桩底沉渣较多，不容易清理干净；

d、施工时产生大量泥浆，不容易处理。

3、经济性比较

现在，由于人工成本的上涨，钻(挖)孔灌注桩造价基本相同,其市场价均约为1100元/M3，三种桩基方案的造价比较如下：

桩基工程造价比较表

以上比较分析可知，B方案与C方案造价基本相同，根据以往工程经验分析，B方案采用旋挖桩，桩端为中风化砾岩，沉降量比C方案的小；另外，旋挖桩施工的市场竞争充分，甲方最终选择B方案。

本栋楼桩布置如下图：(未标注旋挖桩号均为ZZ3)

旋挖桩布置平面图

工程实例二：

1、工程概况

本工程位于山东省济南市商河县，建筑桩基设计等级为乙级，建筑场地为Ⅱ类，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，基本风压0.45KN/m2，基本雪压0.30KN/m2，地面粗糙度类别为B类。本工程为剪力墙结构体系，地上12层，地下一层，地上结构高度为35m。

（1）根据勘探报告，地层岩性如下：

根据钻探揭露资料、原位测试及室内土工试验资料分析，场区之内分布的地层层厚及预应力混凝土管桩（钻孔灌注桩）参数表如下：

（2）本楼采用PKPM程序进行电算，根据电算结果显示，单墙下轴向压力标准值在600～3000KN之间，单桩承载力特征值在1000KN左右，便满足承载力要求。

2、桩基方案

A方案：钻孔后注浆灌注桩，桩端持力层取⑦粉质粘土层，桩径d采用400mm，桩身砼强度等级为C25，平均桩长为18.5m。

按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)中，单桩竖向极限承载力标准值Quk及单桩承载力特征值Ra如下：

Quk=Qsk+Qgsk+Qgpk= uΣqsjklj+uΣβsiqsiklgi+βpqpkAp ,Ra = Quk/K ----(公式4)

验算桩身承载力同公式2

经计算，得Ra = 1051KN，N = 1318KN，Ra取1000KN。

方案优点：

a、持力层取⑦，桩长较短；

b、施工设备简单，对场地平整度、承载能力没太大要求。