徐 陽

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600)

1 前言

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐不斷加快，我國(guó)鼓勵(lì)農(nóng)民自建住房，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化[1]。健全保障性住房制度、擴(kuò)大保障性安居住房有效供給[2]，成為建筑行業(yè)助力國(guó)家發(fā)展的重要方式之一。而城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，離不開鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，鐵路沿線拆遷安置的項(xiàng)目也就越來越多。如何在確保安全的情況下，建造經(jīng)濟(jì)的安置房，成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該首先考慮的問題。本文重點(diǎn)對(duì)軟土地基基礎(chǔ)選型進(jìn)行分析，地上部分結(jié)構(gòu)優(yōu)化及比較僅做簡(jiǎn)單介紹。

2 項(xiàng)目概況及工程地質(zhì)條件

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目為蘇北某城鎮(zhèn)鐵路沿線拆遷安置項(xiàng)目，鎮(zhèn)政府統(tǒng)一建設(shè)，但因?yàn)椴疬w安置費(fèi)用有限，需嚴(yán)格控制建造成本。設(shè)計(jì)全過程公開透明、及時(shí)公示，嚴(yán)格按照安全、適用、經(jīng)濟(jì)[3]的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，在滿足規(guī)范和住戶適用要求的大前提下，保質(zhì)保量地提供出優(yōu)秀設(shè)計(jì)產(chǎn)品。該項(xiàng)目為地上局部三層的雙拼小洋房設(shè)計(jì)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)能夠充分融入地方建筑的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，具備一定的可復(fù)制性。具體項(xiàng)目首層平面及剖面見圖1～圖2。

圖1 項(xiàng)目首層平面

圖2 項(xiàng)目剖面

2.2 地勘資料

根據(jù)該項(xiàng)目地勘報(bào)告，項(xiàng)目擬建場(chǎng)地大部分為軟土區(qū)，其上部的正常沉積土層由于受河流切割作用而遭到完全破壞，并淤積了很厚的淤泥土，土的物理力學(xué)性質(zhì)較差。擬建物均為三層框架結(jié)構(gòu)，因淤泥層為高壓縮性土且不均，局部含有機(jī)質(zhì)，如采用天然地基，易引起建筑物的不均勻沉降，建議采用地基處理或樁基礎(chǔ)，以土層③粉土、⑥粉砂或⑨黏土為樁端持力層。地下含水層為①素填土、②淤泥、②-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾薄層粉土、③粉土層，水位在自然地面下0.0～0.5 m且隨季節(jié)而變化。土層主要參數(shù)及樁基設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，典型剖面見圖3。

表1 地基土承載力及樁基設(shè)計(jì)參數(shù)

續(xù)表1

圖3 土層典型剖面

3 軟土地基處理方案對(duì)比分析

從地勘報(bào)告資料分析，對(duì)于樓層較少的簡(jiǎn)單項(xiàng)目，原則上可以對(duì)比考慮天然地基或換填方案、地勘報(bào)告建議的攪拌樁和樁基方案、預(yù)制方樁及預(yù)應(yīng)力管樁等方案。對(duì)應(yīng)不同的地基處理方案，還需對(duì)比與之對(duì)應(yīng)的建筑基礎(chǔ)方案，只有將以上兩部分結(jié)合起來綜合考慮，才能夠準(zhǔn)確控制地下部分的建造成本。

3.1 不同地基基礎(chǔ)方案技術(shù)可行性分析

(1)天然地基方案

從三層建筑的荷載大小判斷，如果整個(gè)建筑采用筏板基礎(chǔ)承載力可以滿足要求，但因?yàn)橄虏坑休^厚的淤泥層，且淤泥層的分布和厚度不均勻，會(huì)存在總沉降量偏大且部分樓棟存在不均勻沉降出現(xiàn)樓體傾斜的情況，因此不宜采用。

如果項(xiàng)目規(guī)模足夠大，且工期安排能有足夠的時(shí)間預(yù)留，采用提前預(yù)壓的方式也可以進(jìn)行地基處理。本工程因?yàn)榉桨冈O(shè)計(jì)通過后很快就需要開工，且項(xiàng)目規(guī)模不是很大，因此不具備此方案實(shí)施的條件。

(2)換填方案

如果采取大面積換土，地上的基礎(chǔ)可以嘗試柱下條基或局部筏板。經(jīng)過計(jì)算復(fù)核發(fā)現(xiàn)，因下部軟弱下臥層承載力太低，置換效果不理想，而且同樣存在整體沉降量大和不均勻沉降造成裂縫、傾斜的問題，初步測(cè)算的費(fèi)用比整體筏板基礎(chǔ)更高。同時(shí)因?yàn)橛倌噘|(zhì)土層會(huì)流動(dòng)，施工開挖時(shí)還需要輔助降水或拌土等方式，成本和風(fēng)險(xiǎn)更加不可控。因此該方案不可采用。

(3)水泥土攪拌樁

水泥土攪拌樁為地勘報(bào)告建議的處理方式之一，存在一定合理性，可以采用。但由于本工程場(chǎng)地土中有流塑狀淤泥，且含有機(jī)質(zhì)成分，采用水泥土攪拌樁加固地基存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性，在無工程經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)使用時(shí)，必須通過現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)確定其適用性[4]。因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)含量高會(huì)導(dǎo)致成樁質(zhì)量得不到有效控制，易使最終復(fù)合地基承載力的施工檢測(cè)結(jié)果離散性大，且攪拌樁需要等待水泥土的凝固周期(28 d后方可檢測(cè))，整體工期偏長(zhǎng)。另外施工質(zhì)量的不確定性還會(huì)導(dǎo)致不均勻性沉降。綜合項(xiàng)目整體考慮，本工程不建議采用深層攪拌樁加固地基，即使選擇此方案也建議在淤泥層小于5 m的范圍采用。

為了控制成本，地基處理盡量集中在柱下范圍，從而降低基礎(chǔ)承臺(tái)的材料用量，具體布置見圖4。

圖4 水泥土攪拌樁平面布置(單位:mm)

(4)預(yù)制方樁

采用300×300 mm預(yù)制方樁，樁數(shù)少、承臺(tái)尺寸小，綜合造價(jià)低，施工工期短，質(zhì)量也有保證，主要建筑材料均為提前預(yù)制、提前采購(gòu)，也和建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展相吻合。圖5為預(yù)制方樁的平面布置圖。根據(jù)地勘報(bào)告，本項(xiàng)目淤泥土層較為深厚，導(dǎo)致整體設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，平均樁長(zhǎng)均在25 m左右。

圖5 預(yù)制方樁平面布置(單位:mm)

(5)預(yù)應(yīng)力管樁

本項(xiàng)目可以采用直徑400 mm的空心預(yù)應(yīng)力管樁，其布置與預(yù)制方樁的布置類似，也同時(shí)具備預(yù)制方樁的特點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力管樁混凝土用量少，同時(shí)采用高強(qiáng)度鋼筋替代了傳統(tǒng)預(yù)制方樁中的鋼筋，節(jié)約了鋼筋用量。管樁的吊裝、運(yùn)輸、連接都有比較明確的優(yōu)勢(shì)，但400 mm直徑的管樁會(huì)導(dǎo)致承臺(tái)尺寸比預(yù)制方樁稍大，成本略高。

3.2 不同地基基礎(chǔ)處理方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

結(jié)合項(xiàng)目實(shí)施階段的實(shí)際造價(jià)，對(duì)上述多種地基基礎(chǔ)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比(見表2)。

表2 不同地基基礎(chǔ)處理方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

通過對(duì)比可知，在確保建筑安全可靠的前提下，預(yù)制樁方案相對(duì)有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面的結(jié)論，應(yīng)優(yōu)先選擇預(yù)制樁方案。因各項(xiàng)目的差異性，項(xiàng)目具體實(shí)施時(shí)可以根據(jù)預(yù)制樁采購(gòu)的工期和成本進(jìn)行細(xì)化對(duì)比，選擇最優(yōu)方案。

另外，本項(xiàng)目因?yàn)閳?chǎng)地條件較差，預(yù)制樁長(zhǎng)都達(dá)到了25 m深左右，所以地基基礎(chǔ)的造價(jià)占整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)造價(jià)的比例偏高，如果遇到相對(duì)較好的地質(zhì)條件，整體造價(jià)將會(huì)大幅降低。

3.3 地基基礎(chǔ)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目成本控制的影響分析

經(jīng)初步測(cè)算，本項(xiàng)目?jī)H地基基礎(chǔ)費(fèi)用一項(xiàng)占整樓土建造價(jià)的14%，如果項(xiàng)目土質(zhì)條件好，可以采用天然地基，該部分的比例大約能降到5%以內(nèi)?？梢娫谲浲恋貐^(qū)地基基礎(chǔ)費(fèi)用占比非常重要，務(wù)必在項(xiàng)目投資前提前考慮清楚，如果在用地選擇上能夠避免不良地質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。

從本項(xiàng)目造價(jià)分析來看，項(xiàng)目實(shí)施前需要根據(jù)地質(zhì)調(diào)研情況合理調(diào)整項(xiàng)目預(yù)算，避免出現(xiàn)投資估算不足等意外情況。

4 上部結(jié)構(gòu)成本控制思路及常用措施

結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、場(chǎng)地條件、地基及結(jié)構(gòu)材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合比較確定[5]。本文就項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，總結(jié)出設(shè)計(jì)過程中的一些注意事項(xiàng)，以確保最終設(shè)計(jì)成果成本最優(yōu)[6]。

4.1 方案設(shè)計(jì)階段

(1)建筑方案盡量合理

建筑方案是否合理會(huì)對(duì)土建造價(jià)產(chǎn)生較大的影響，比如建筑平面長(zhǎng)寬比不同，建筑結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸之間有著不同的動(dòng)力性能，而且受力也不盡相同，就會(huì)影響配筋的用量，從而影響工程造價(jià)[7]。因此在方案設(shè)計(jì)之初就需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提前介入，確保建筑功能和美觀的前提下盡量保證結(jié)構(gòu)平面布置的規(guī)整性。

(2)結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比

建筑方案設(shè)計(jì)如果在不需要大開間、大空間的情況下，除了框架結(jié)構(gòu)外磚混結(jié)構(gòu)也應(yīng)該進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案比選，跨度合適時(shí)磚混方案會(huì)取得更加經(jīng)濟(jì)的效果。對(duì)室內(nèi)空間布置復(fù)雜的結(jié)構(gòu)方案，磚混無法實(shí)現(xiàn)時(shí)，異形柱框架、短肢剪力墻方案也可以與普通框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)更好的建筑效果[8]。

(3)選擇合理的建筑層高

根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，層高每增加100 mm，建造成本增加0.3%～1%。增加或減少建筑物高度的同時(shí)也必須要考慮其水平荷載因素[9]，在高烈度區(qū)層高增加帶來的水平荷載和不利影響會(huì)進(jìn)一步加劇。所以在滿足建筑功能需求的情況下應(yīng)盡量控制合理的層高及凈高，不能一味地追求高度。

4.2 施工圖設(shè)計(jì)階段

(1)選擇高性能材料

在結(jié)構(gòu)主材方面，應(yīng)盡量采用高性能鋼筋，以節(jié)約材料用量。高性能材料變相增加了結(jié)構(gòu)的延性，會(huì)大幅降低建筑抗震設(shè)計(jì)中的投入，使工程造價(jià)得到合理控制[10]。比如采用HRB400級(jí)鋼筋等方式降低用鋼量、填充墻選擇物美價(jià)廉的新型材料等。

(2)熟悉地方規(guī)范的特殊要求

比如江蘇省《住宅工程質(zhì)量通病控制標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)陽臺(tái)懸挑長(zhǎng)度大于等于1.5 m時(shí)必須采用梁式結(jié)構(gòu)、對(duì)樓板的上鐵有采用抗裂鋼筋的特殊要求[11]。如果在設(shè)計(jì)之初沒有在成本測(cè)算中提前考慮地方規(guī)范的差異影響，勢(shì)必會(huì)對(duì)項(xiàng)目初期的投資測(cè)算產(chǎn)生不利影響。

4.3 綜合考慮施工等因素

結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一項(xiàng)全方位的工作，不管是施工環(huán)境、施工材料、施工成本、施工周期、建筑工程的建設(shè)目的，還是建筑工程目前的設(shè)計(jì)方案、審美效果等都必須要有一個(gè)全面的衡量。經(jīng)過衡量和優(yōu)化工序的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案會(huì)更加凸顯出成本的控制，由此節(jié)約更多不必要的成本開支[12]。

5 結(jié)束語

通過蘇北鐵路沿線軟土地區(qū)的安置房項(xiàng)目，對(duì)比分析了不同基礎(chǔ)形式在軟土地區(qū)的技術(shù)適用性，并且通過經(jīng)濟(jì)對(duì)比得出以下結(jié)論:(1)在技術(shù)可行的前提下，天然地基的經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于地基處理和樁基礎(chǔ)；(2)軟土地區(qū)地基基礎(chǔ)的造價(jià)占比明顯高于土質(zhì)較好的地區(qū)，務(wù)必在項(xiàng)目實(shí)施前充分考慮；(3)上部結(jié)構(gòu)的成本控制，更傾向于精細(xì)化管理，從方案控制、施工圖細(xì)節(jié)把控到實(shí)際管理、責(zé)任管理，要從每一個(gè)細(xì)節(jié)出發(fā)，才能夠?qū)崿F(xiàn)成本的最優(yōu)管控。