深哈产业园科创总部项目桩基比选研究

许 华

(深圳(哈尔滨)产业园投资开发有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000)

0 引言

深圳市和哈尔滨市开展对口合作是我国实施新一轮东北振兴工作的重要举措。深哈产业园科创总部项目作为深哈对口合作的首个启动项目，对整个深哈产业园区的项目建设具有示范作用。

深哈产业园科创总部项目位于松花江低漫滩地带，属于砂层地质，砂层地基的基础选型需慎重对比。对于该类场地，桩基础是我国东北地区常采用的一种基础形式。对于该桩基础结构的工程项目，桩基设计直接关系到基础工程的成本和工期，因此桩基的选型对该项目的推进有关键性意义，应开展系统研究与科学设计。在桩基础比选方面，许多学者与工程师对桩基础开展了相关研究工作，如：贺剑龙[1]结合实际工程特点，对广州南沙某工程开展了桩基比选方案研究；朱胤超[2]对灌注桩和预制桩在厂房项目中的应用开展了比选分析研究；安文强[3]以沈阳市为例开展了静压管桩与长螺旋钻孔灌注桩的对比研究；陈程和武京生[4]通过价值分析开展了港区桩基础的比选分析。

本文以科创总部项目的桩基选型为例，结合项目地质情况分析结果，对两种可行桩型进行了单桩承载力及造价计算分析，并从经济性、施工工期、施工质量、环境影响等方面进行了分析对比，确定了适用于该项目的桩基方案，并通过试桩试验进行了验证，为整个深哈产业园区的建设提供了参考。

1 工程概况

深哈产业园区选址在哈尔滨新区江北一体发展区，其建设目标为东北地区科技创新高地和新兴产业重要策源地，规划面积约26 km2，核心启动区1.53 km2。深哈产业园科创总部项目位于深哈产业园的核心启动区的南部，将按照高质量高标准的要求统一规划设计，分期建设。科创总部项目总建筑面积为54.4万m2。园区由17栋研发楼、1栋展馆、5栋宿舍、配套商业和总部大楼等组成。其中总部大楼为24层办公楼高100 m，宿舍楼20层，其余为10层以下建筑。采用大开挖形式，设有一层地下室。

2 地质情况分析

该项目场地所处地貌单元属于松花江低漫滩地带，场地地面绝对高程为115.94 m～123.04 m。拟建场地地形较平坦，起伏不大。稳定水位埋深为1.20 m～6.50 m，其绝对高程为113.01 m～116.82 m。根据拟建工程特点及场地地基条件，场区建筑物的基础形式宜采用桩基础。

根据场地勘察，场地由6层组成，结合土工试验和标准贯入试验结果可得各土层分布及力学指标如表1所示。场地勘察结果显示场地无液化土层，第4层及以下各砂层性质较好，层位连续可作为桩端持力层。

表1 土层分布及力学指标

3 单桩承载力及造价计算

初步设计中地下室底部标高-6.00 m、承台厚度4 m，通过对地基土的判断分析，对预应力混凝土管桩和长螺旋钻孔桩两种桩型方案进行经济对比分析。根据上部结构设计要求，该项目所需单桩承载力取1 200 kN,1 800 kN。针对两种承载力特征值，以一典型勘察孔为例分别对两种桩型进行试算分析。考虑到桩基础中单位体积混凝土配筋比例差距不大，在桩型比选阶段仅考虑混凝土造价代表单桩造价进行比选。

3.1 预应力混凝土管桩计算

分别对设计承载力为1 200 kN和1 800 kN的预应力混凝土管桩单桩进行承载力试算，结果如表2所示。参照表2中试算结果，根据后期实际试桩试验及施工经验分析可得：有效桩长17 m～18 m即可达到设计要求，即400径桩承载力特征值1 200 kN；有效桩长17 m～18 m即可达到设计要求，即500径桩承载力特征值1 800 kN。

表2 预应力混凝土管桩承载力试算结果

根据上述数据可以计算得出，设计承载力为1 200 kN和1 800 kN的预应力管桩单桩混凝土造价分别为3 240元和5 130元。

3.2 长螺旋钻孔桩计算

分别对设计承载力为1 200 kN和1 800 kN的长螺旋钻孔桩单桩进行承载力试算，结果如表3所示。

表3 长螺旋钻孔桩承载力试算结果

考虑混凝土单方造价900元，根据上述数据可以计算得出，设计承载力为1 200 kN和1 800 kN的长螺旋钻孔桩单桩混凝土造价分别为4 579元和7 630元。

4 桩型比选分析

4.1 经济性比较

从经济性角度分析：设计承载力特征值1 200 kN预应力混凝土管桩单桩造价比长螺旋钻孔灌注桩少29.2%，设计承载力特征值1 800 kN预应力混凝土管桩单桩造价比长螺旋钻孔灌注桩少32.8%。除单桩造价外，由于桩径缩短，预应力混凝土管桩所需承台尺寸比长螺旋钻孔灌注桩小，承台部分也相对造价较低。可以看出：在经济性方面，预应力混凝土管桩具有较大优势。

4.2 施工工期比较

从施工期角度分析：预应力混凝土管桩为工厂预制产品，现场无需混凝土养护周期，可大大节省施工周期。理想的条件下，一台静压施工设备每天可沉桩22根左右，而一台锤击施工设备每天也可沉桩10根～15根。考虑地下障碍物等其他实际因素影响，每根桩的平均沉桩时间也小于1 h；而长螺旋钻孔灌注桩则需在施工完成后养护28 d，导致工期比预应力管桩慢1个月左右。因此，在施工工期方面，预应力混凝土管桩具有一定优势。

4.3 环境影响比较

从环境影响角度分析：预制桩施工无需现场取土，现场整洁无污染，但存在较大的噪声污染，且会产生挤土效应；螺旋钻灌注桩成桩需用泥浆护壁，并且挖出土方需外运。对比二者对环境影响，灌注桩的影响可以通过加强文明施工管理尽可能避免，而预制桩产生的噪声污染和挤土效应难以避免。因此，可以看出：在经济性方面，充分加强现场文明施工管理、做好环保措施的前提下，灌注桩具有相对的优势。

4.4 施工质量比较

从施工质量角度分析：由于该项目存在中砂层等难穿透层，施工难度较大。若采用预应力混凝土管桩，存在难以沉桩的可能性，并且有桩顶破碎的风险；若采用长螺旋钻孔灌注桩，则不存在无法沉桩的可能性，但是施工质量对承载力会产生一定影响。可以看出：在施工质量方面，两种桩型均存在一定的缺点，但预应力管桩影响较大。若管桩无法沉桩将不仅影响施工质量，甚至导致结构无法施工。

4.5 桩型比选决策

从上述四方面对比可以看出：1)在经济性和工期方面，预应力混凝土管桩具有显著优势；2)在环境影响方面，由于项目现场空旷，附近无住宅、医院等人群密集区域，临近位置无现有建筑，预应力混凝土管桩施工中的噪声、挤土效应影响可控，二种桩型对环境的影响均在环保要求范围内；3)在施工质量方面，若采用混凝土桩尖一体化管桩(铅笔桩)以保证桩基可沉入中砂层，二者均可达到施工质量要求。

根据上述分析，在满足环保要求、施工质量、设计要求的前提下，以降低成本为目标进行比选，最终该工程选取预应力混凝土管桩作为桩基方案。

5 试桩验证分析

根据地质勘察与比选分析后，本项目桩基拟采用预应力混凝土管桩且配备混凝土桩尖。为了确保选择的正确性和可行性，确保所采用的桩型可以沉入中砂层，在场地内选择地质最不利点进行试桩验证。试桩验证于深哈产业园科创总部项目现场进行，根据设计要求采用带有桩尖的C105高强混凝土预制管桩(见图1)，其规格为PHC500AB125，沉桩设备选用6.2 t筒式柴油锤(见图2)。

试桩结束单桩如图3所示，试桩过程的各阶段记录如表4所示，沉桩过程中砂层位置沉桩速度均匀。据现场检查，桩头、桩身均未见损坏等异常情况，可以看出试桩结果达到了预期沉桩要求。

表4 试桩试验结果

试桩结果显示：1号试桩沉桩长度22 m，最后1 m施锤击数95，符合收锤标准，有效桩长18 m，满足设计要求；2号试桩沉桩长度22 m，最后1 m施锤击数72，已穿透粗砂层，可达到粗砂作为持力层，满足设计对桩长以及持力层的控制要求。

从上述试桩结果可以看出，比选所得的C105高强混凝土预制管桩沉桩深度满足设计要求，其他相应指标也都能达到设计和规范要求，可以认为所采用桩型在该项目中应用是可行的。

6 结语

在地质勘察的基础上，在满足设计与规范前提下，综合考虑经济性、施工工期、施工质量、环境影响等方面，该项目选取C105高强预应力混凝土管桩作为基础用桩。在满足相同单桩承载力时，所选桩型具有桩径小，造价低，成桩长度不受施工机械的限制，成桩速度快，作业人员少，功效高，工期短等优势。试桩试验验证了所选桩型满足设计和规范的各项要求，论证了其在该项目中的可行性，为整个项目桩基选型提供了试验支撑。

预应力混凝土管桩在科创总部项目中的选用实现了因地制宜，在保证基础设计要求和施工质量的前提下有效缩短施工周期、减少成本支出、保护周边环境，促使项目建设更加安全有序进行建设，为整个深哈产业园区的项目建设提供了实践依据。