高层建筑采用CFG复合地基和短管桩的应用对比

丁小伟

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

随着经济的高速发展，城市建设用地日益紧张，这种变化促使高层建筑得到广泛应用。高层建筑的基础荷载大，对沉降要求较严，是结构设计中最主要的组成部分，据有关资料统计，地基基础部分占全部土建造价的10%以上，同时，不同地基方案对工期的影响也较大。在西安北郊渭河阶地某些区域，在基础底面以下十几米处，存在工程地质性能良好的密实砂层，如何因地制宜、利用现有地质条件，并考虑建设方的需求，在满足结构安全的前提下，合理选择地基方案，对节约工程造价和缩短建设工期，具有十分重要的意义。

1 工程概况

本工程包括两栋相同的高层住宅楼，单栋建筑面积2.2万 m2，地上33层，地下2层，建筑檐口高度99.4 m，周围是两层地下车库。±0.000相当于绝对标高的398.00 m，主楼采用剪力墙结构，基础为平板式筏板基础，埋深为-12.0 m。地基基础设计等级为甲级。标准组合下筏板底面平均压力值为550 kPa。抗震设防烈度为8度；基本地震加速度值为0.2g；地震分组为第一组。场地特征周期值为0.35 s，场地类别为Ⅱ类。标准层结构平面见图1。

2 场地工程地质概况

勘探点地面标高介于395.98 m～396.84 m之间。地貌单元属渭河二级阶地，地下水稳定水位埋深为17.20 m～18.30 m，属潜水类型。地基土对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性；在干湿交替条件下，地下水对混凝土结构具有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性。在抗震设防烈度8度条件下，场地内20 m深度范围内地基土不具有液化现象，因此不考虑地基土的地震液化问题。Ⅱ级自重湿陷性黄土场地。场地内未发现其他不良地质作用及地质灾害，场地稳定，适宜建筑。场地土自上而下分述如下：

①-1杂填土：以建筑垃圾或生活垃圾为主。

①-2素填土：以原有建筑地基(灰土垫层)为主，结构松散。

②黄土：褐黄色，可塑～坚硬，具湿陷性、中等偏高压缩性。

③黄土：褐黄色，可塑～坚硬，具湿陷性。

④古土壤：棕红色，可塑～坚硬，局部具湿陷性。

⑤中细砂：灰黄色，饱和，密实。层厚3.00 m～8.10 m，地基承载力特征值为200 kPa。

⑤-1粉土：灰黄色，饱和，密实。揭露厚度0.20 m～3.00 m。地基承载力特征值为200 kPa。

⑥粉质粘土：褐黄色，可塑为主，局部硬塑。层厚5.30 m～8.70 m，地基承载力特征值为200 kPa。

⑦粉质粘土：褐黄色，硬塑为主，局部可塑。层厚2.20 m～9.50 m，地基承载力特征值为200 kPa。

启发式提问2：现在我们无法直接算出丢番图的年龄。那么，我们退回去重新思考：题目所给条件是否能算出丢番图的年龄？

⑦-1中砂：灰黄色，饱和，密实。揭露厚度0.40 m～2.50 m。地基承载力特征值为220 kPa。

⑧中砂：灰黄色，饱和，密实。层厚4.90 m～9.50 m，地基承载力特征值为240 kPa。

⑧-1粉质粘土：黄褐色，浅灰色，硬塑为主。揭露厚度0.70 m～2.00 m，地基承载力特征值为210 kPa。

⑨粉质粘土：浅灰色，可塑～硬塑，硬塑为主。层厚6.40 m～14.40 m，地基承载力特征值为220 kPa。

⑩粉质粘土：浅灰色，可塑～硬塑，硬塑为主。层厚10.10 m～12.00 m，地基承载力特征值为230 kPa。

典型地质剖面图见图2，除⑤中细砂、⑧中砂的变形模量可取25 MPa,50 MPa外，其余各土层压缩模量见表1。

3 地基基础方案的比选

根据该场地的地质特点，提出了三种地基方案，并对成本和工期进行测算对比。综合考虑经济性和施工便捷性后选择如下：1号楼工期紧张选择了工期短的方案一；2号楼工期宽裕，选择了成本较低的方案二；方案三因工期长、成本高、现场污染不予选择。三种地基方案的比较如表2所示。

表1 各压力段压缩模量平均值

MPa

表2 三种地基方案的比较

4 分析两种方案的工艺特点，按需选择

1)静压管桩适用于上部无砂层场地，在渭河阶地砂土互层，沉桩困难。本工程在基础底面约11 m以内为黄土，沉桩无障碍；11 m以下为第⑤层中细砂，厚3.6 m～4.8 m，用做管桩的桩端持力层。1号楼先满打素土挤密桩处理湿陷性，再选择600 t静压机，以终压力(Qu≤Pu≤桩体极限承载力)控制为主，终压连续复压次数为2次～3次，以桩长控制为辅，保证管桩桩端压入砂层。每台静压机每天可压约500 m长管桩，工期较短。

2)CFG桩复合地基能大幅度提高地基承载力、造价低、施工快、无噪声、工地文明无环境污染。2号楼先满打素土挤密桩处理湿陷性，再采用长螺旋钻中心压灌工艺施工CFG桩，桩端进入第⑤层中细砂层1 m。施工中要求压灌混凝土时控制提拔钻杆速度，一次提钻高度小于25 cm，保持混凝土埋钻高度大于1.0 m，严禁先提钻后压灌，不能在土中停泵待料，临桩顶段要保持正常泵压灌注，混凝土进场后应立即灌注(2 h内)，严禁长时间搁置，桩垂直度偏差小于1%，充盈系数1.0～1.2，一台机械每天成桩20根～30根。本方案成本较低，但工期稍长。

5 原位静载试验结论

按照相关规范的规定进行试验，1号楼取6根静载试验桩，在终止荷载2 600 kN时沉降量介于20.86 mm～25.56 mm之间；2号楼8点CFG单桩复合地基静载荷试验，在最终荷载1 100 kPa时沉降量介于16.25 mm～18.75 mm之间；两者在加载过程中，P—S曲线呈平缓变形，未见明显比例界限，也未出现极限荷载，各试验点均未达到破坏状态，根据实验结果，1号楼单桩竖向极限承载力不小于2 600 kN，2号楼CFG桩复合地基承载力特征值不小于550 kPa，均满足设计要求。

6 沉降观测

从主体施工开始至主体封顶后两年期间，每栋楼各进行了39次沉降观测，结果表明两栋建筑沉降均匀，差异沉降量小，最后100 d的最大沉降速率小于JGJ 8—2016建筑变形测量规范第7.1.5条规定的0.01 mm/d～0.04 mm/d，已达到稳定状态，验证了两种地基方案的成功。但2号楼累计沉降量大于1号楼，说明CFG桩复合地基的变形计算理论还需进一步研究。1号楼和2号楼沉降观测值汇总分别见表3，表4。

表3 1号楼沉降观测值汇总

表4 2号楼沉降观测值汇总

7 结语

在西安北郊渭河阶地，地表下20 m左右有较厚的密实砂层，为采用短桩(PHC管桩或CFG桩)提供了良好的桩端持力层。本工程证明在类似地质条件下，高层建筑采用PHC短管桩，或CFG短桩复合地基是安全、快捷、经济、环保的，两种方案为建设方提供了灵活的选择思路，工期紧张时可以选择施工快的短管桩方案，工期宽裕时可选择成本更低的CFG短桩复合地基，同时也为本地区地基基础设计方案的优选积累了经验。