許 華

(深圳(哈爾濱)產(chǎn)業(yè)園投資開發(fā)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000)

0 引言

深圳市和哈爾濱市開展對口合作是我國實施新一輪東北振興工作的重要舉措。深哈產(chǎn)業(yè)園科創(chuàng)總部項目作為深哈對口合作的首個啟動項目，對整個深哈產(chǎn)業(yè)園區(qū)的項目建設(shè)具有示范作用。

深哈產(chǎn)業(yè)園科創(chuàng)總部項目位于松花江低漫灘地帶，屬于砂層地質(zhì)，砂層地基的基礎(chǔ)選型需慎重對比。對于該類場地，樁基礎(chǔ)是我國東北地區(qū)常采用的一種基礎(chǔ)形式。對于該樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的工程項目，樁基設(shè)計直接關(guān)系到基礎(chǔ)工程的成本和工期，因此樁基的選型對該項目的推進有關(guān)鍵性意義，應(yīng)開展系統(tǒng)研究與科學(xué)設(shè)計。在樁基礎(chǔ)比選方面，許多學(xué)者與工程師對樁基礎(chǔ)開展了相關(guān)研究工作，如：賀劍龍[1]結(jié)合實際工程特點，對廣州南沙某工程開展了樁基比選方案研究；朱胤超[2]對灌注樁和預(yù)制樁在廠房項目中的應(yīng)用開展了比選分析研究；安文強[3]以沈陽市為例開展了靜壓管樁與長螺旋鉆孔灌注樁的對比研究；陳程和武京生[4]通過價值分析開展了港區(qū)樁基礎(chǔ)的比選分析。

本文以科創(chuàng)總部項目的樁基選型為例，結(jié)合項目地質(zhì)情況分析結(jié)果，對兩種可行樁型進行了單樁承載力及造價計算分析，并從經(jīng)濟性、施工工期、施工質(zhì)量、環(huán)境影響等方面進行了分析對比，確定了適用于該項目的樁基方案，并通過試樁試驗進行了驗證，為整個深哈產(chǎn)業(yè)園區(qū)的建設(shè)提供了參考。

1 工程概況

深哈產(chǎn)業(yè)園區(qū)選址在哈爾濱新區(qū)江北一體發(fā)展區(qū)，其建設(shè)目標(biāo)為東北地區(qū)科技創(chuàng)新高地和新興產(chǎn)業(yè)重要策源地，規(guī)劃面積約26 km2，核心啟動區(qū)1.53 km2。深哈產(chǎn)業(yè)園科創(chuàng)總部項目位于深哈產(chǎn)業(yè)園的核心啟動區(qū)的南部，將按照高質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)的要求統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計，分期建設(shè)?？苿?chuàng)總部項目總建筑面積為54.4萬m2。園區(qū)由17棟研發(fā)樓、1棟展館、5棟宿舍、配套商業(yè)和總部大樓等組成。其中總部大樓為24層辦公樓高100 m，宿舍樓20層，其余為10層以下建筑。采用大開挖形式，設(shè)有一層地下室。

2 地質(zhì)情況分析

該項目場地所處地貌單元屬于松花江低漫灘地帶，場地地面絕對高程為115.94 m～123.04 m。擬建場地地形較平坦，起伏不大。穩(wěn)定水位埋深為1.20 m～6.50 m，其絕對高程為113.01 m～116.82 m。根據(jù)擬建工程特點及場地地基條件，場區(qū)建筑物的基礎(chǔ)形式宜采用樁基礎(chǔ)。

根據(jù)場地勘察，場地由6層組成，結(jié)合土工試驗和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗結(jié)果可得各土層分布及力學(xué)指標(biāo)如表1所示。場地勘察結(jié)果顯示場地?zé)o液化土層，第4層及以下各砂層性質(zhì)較好，層位連續(xù)可作為樁端持力層。

表1 土層分布及力學(xué)指標(biāo)

3 單樁承載力及造價計算

初步設(shè)計中地下室底部標(biāo)高-6.00 m、承臺厚度4 m，通過對地基土的判斷分析，對預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和長螺旋鉆孔樁兩種樁型方案進行經(jīng)濟對比分析。根據(jù)上部結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，該項目所需單樁承載力取1 200 kN,1 800 kN。針對兩種承載力特征值，以一典型勘察孔為例分別對兩種樁型進行試算分析。考慮到樁基礎(chǔ)中單位體積混凝土配筋比例差距不大，在樁型比選階段僅考慮混凝土造價代表單樁造價進行比選。

3.1 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁計算

分別對設(shè)計承載力為1 200 kN和1 800 kN的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁單樁進行承載力試算，結(jié)果如表2所示。參照表2中試算結(jié)果，根據(jù)后期實際試樁試驗及施工經(jīng)驗分析可得：有效樁長17 m～18 m即可達到設(shè)計要求，即400徑樁承載力特征值1 200 kN；有效樁長17 m～18 m即可達到設(shè)計要求，即500徑樁承載力特征值1 800 kN。

表2 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁承載力試算結(jié)果

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以計算得出，設(shè)計承載力為1 200 kN和1 800 kN的預(yù)應(yīng)力管樁單樁混凝土造價分別為3 240元和5 130元。

3.2 長螺旋鉆孔樁計算

分別對設(shè)計承載力為1 200 kN和1 800 kN的長螺旋鉆孔樁單樁進行承載力試算，結(jié)果如表3所示。

表3 長螺旋鉆孔樁承載力試算結(jié)果

考慮混凝土單方造價900元，根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以計算得出，設(shè)計承載力為1 200 kN和1 800 kN的長螺旋鉆孔樁單樁混凝土造價分別為4 579元和7 630元。

4 樁型比選分析

4.1 經(jīng)濟性比較

從經(jīng)濟性角度分析：設(shè)計承載力特征值1 200 kN預(yù)應(yīng)力混凝土管樁單樁造價比長螺旋鉆孔灌注樁少29.2%，設(shè)計承載力特征值1 800 kN預(yù)應(yīng)力混凝土管樁單樁造價比長螺旋鉆孔灌注樁少32.8%。除單樁造價外，由于樁徑縮短，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁所需承臺尺寸比長螺旋鉆孔灌注樁小，承臺部分也相對造價較低。可以看出：在經(jīng)濟性方面，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有較大優(yōu)勢。

4.2 施工工期比較

從施工期角度分析：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁為工廠預(yù)制產(chǎn)品，現(xiàn)場無需混凝土養(yǎng)護周期，可大大節(jié)省施工周期。理想的條件下，一臺靜壓施工設(shè)備每天可沉樁22根左右，而一臺錘擊施工設(shè)備每天也可沉樁10根～15根?？紤]地下障礙物等其他實際因素影響，每根樁的平均沉樁時間也小于1 h；而長螺旋鉆孔灌注樁則需在施工完成后養(yǎng)護28 d，導(dǎo)致工期比預(yù)應(yīng)力管樁慢1個月左右。因此，在施工工期方面，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有一定優(yōu)勢。

4.3 環(huán)境影響比較

從環(huán)境影響角度分析：預(yù)制樁施工無需現(xiàn)場取土，現(xiàn)場整潔無污染，但存在較大的噪聲污染，且會產(chǎn)生擠土效應(yīng)；螺旋鉆灌注樁成樁需用泥漿護壁，并且挖出土方需外運。對比二者對環(huán)境影響，灌注樁的影響可以通過加強文明施工管理盡可能避免，而預(yù)制樁產(chǎn)生的噪聲污染和擠土效應(yīng)難以避免。因此，可以看出：在經(jīng)濟性方面，充分加強現(xiàn)場文明施工管理、做好環(huán)保措施的前提下，灌注樁具有相對的優(yōu)勢。

4.4 施工質(zhì)量比較

從施工質(zhì)量角度分析：由于該項目存在中砂層等難穿透層，施工難度較大。若采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，存在難以沉樁的可能性，并且有樁頂破碎的風(fēng)險；若采用長螺旋鉆孔灌注樁，則不存在無法沉樁的可能性，但是施工質(zhì)量對承載力會產(chǎn)生一定影響?？梢钥闯觯涸谑┕べ|(zhì)量方面，兩種樁型均存在一定的缺點，但預(yù)應(yīng)力管樁影響較大。若管樁無法沉樁將不僅影響施工質(zhì)量，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)無法施工。

4.5 樁型比選決策

從上述四方面對比可以看出：1)在經(jīng)濟性和工期方面，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有顯著優(yōu)勢；2)在環(huán)境影響方面，由于項目現(xiàn)場空曠，附近無住宅、醫(yī)院等人群密集區(qū)域，臨近位置無現(xiàn)有建筑，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工中的噪聲、擠土效應(yīng)影響可控，二種樁型對環(huán)境的影響均在環(huán)保要求范圍內(nèi)；3)在施工質(zhì)量方面，若采用混凝土樁尖一體化管樁(鉛筆樁)以保證樁基可沉入中砂層，二者均可達到施工質(zhì)量要求。

根據(jù)上述分析，在滿足環(huán)保要求、施工質(zhì)量、設(shè)計要求的前提下，以降低成本為目標(biāo)進行比選，最終該工程選取預(yù)應(yīng)力混凝土管樁作為樁基方案。

5 試樁驗證分析

根據(jù)地質(zhì)勘察與比選分析后，本項目樁基擬采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁且配備混凝土樁尖。為了確保選擇的正確性和可行性，確保所采用的樁型可以沉入中砂層，在場地內(nèi)選擇地質(zhì)最不利點進行試樁驗證。試樁驗證于深哈產(chǎn)業(yè)園科創(chuàng)總部項目現(xiàn)場進行，根據(jù)設(shè)計要求采用帶有樁尖的C105高強混凝土預(yù)制管樁(見圖1)，其規(guī)格為PHC500AB125，沉樁設(shè)備選用6.2 t筒式柴油錘(見圖2)。

試樁結(jié)束單樁如圖3所示，試樁過程的各階段記錄如表4所示，沉樁過程中砂層位置沉樁速度均勻。據(jù)現(xiàn)場檢查，樁頭、樁身均未見損壞等異常情況，可以看出試樁結(jié)果達到了預(yù)期沉樁要求。

表4 試樁試驗結(jié)果

試樁結(jié)果顯示：1號試樁沉樁長度22 m，最后1 m施錘擊數(shù)95，符合收錘標(biāo)準(zhǔn)，有效樁長18 m，滿足設(shè)計要求；2號試樁沉樁長度22 m，最后1 m施錘擊數(shù)72，已穿透粗砂層，可達到粗砂作為持力層，滿足設(shè)計對樁長以及持力層的控制要求。

從上述試樁結(jié)果可以看出，比選所得的C105高強混凝土預(yù)制管樁沉樁深度滿足設(shè)計要求，其他相應(yīng)指標(biāo)也都能達到設(shè)計和規(guī)范要求，可以認為所采用樁型在該項目中應(yīng)用是可行的。

6 結(jié)語

在地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上，在滿足設(shè)計與規(guī)范前提下，綜合考慮經(jīng)濟性、施工工期、施工質(zhì)量、環(huán)境影響等方面，該項目選取C105高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁作為基礎(chǔ)用樁。在滿足相同單樁承載力時，所選樁型具有樁徑小，造價低，成樁長度不受施工機械的限制，成樁速度快，作業(yè)人員少，功效高，工期短等優(yōu)勢。試樁試驗驗證了所選樁型滿足設(shè)計和規(guī)范的各項要求，論證了其在該項目中的可行性，為整個項目樁基選型提供了試驗支撐。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在科創(chuàng)總部項目中的選用實現(xiàn)了因地制宜，在保證基礎(chǔ)設(shè)計要求和施工質(zhì)量的前提下有效縮短施工周期、減少成本支出、保護周邊環(huán)境，促使項目建設(shè)更加安全有序進行建設(shè)，為整個深哈產(chǎn)業(yè)園區(qū)的項目建設(shè)提供了實踐依據(jù)。