□□ 許耀琦

(山西建筑工程集團(tuán)有限公司，山西 太原 030002)

1 工程概況

某住宅小區(qū)處于建筑方案設(shè)計(jì)階段，建筑方案平立面圖已設(shè)計(jì)完成。建筑場(chǎng)地土完成了勘探，提供有地勘報(bào)告詳勘，地基專業(yè)設(shè)計(jì)還未介入，此時(shí)需要確定該小區(qū)某棟住宅樓地基處理方案及工程樁的總用量。該住宅樓為地上26層，地下2層，建筑總高為79 m，結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)。擬建場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。

建筑場(chǎng)地土由上至下共分為七層，其中，第①層土為人工素填土；第②層為粉土，具有二級(jí)自重濕陷性；第⑦為粗礫砂層，此次勘察未揭穿該層。其余四層土均為粉質(zhì)黏土，其中第③層粉質(zhì)黏土局部仍具有二級(jí)自重濕陷性。場(chǎng)地土不考慮震陷、液化等影響，場(chǎng)地周邊沒有不良地質(zhì)作用，屬于抗震一般地段。地下水位高度在地面以下20 m處。

2 確定布樁方案

該住宅樓基礎(chǔ)形式擬采用平板式筏型基礎(chǔ)。根據(jù)地勘報(bào)告提出的地基處理建議，地基處理采用灰土擠密樁消除地基土濕陷性，再插打CFG樁提高地基土承載力的處理方式。假定灰土擠密樁的樁徑為400 mm，樁距為1.2 m，正三角形布置，濕陷性土層處理深度為5 m，樁長(zhǎng)設(shè)為5.5 m；CFG樁樁徑為400 mm，在灰土樁三角形的形心布置，樁長(zhǎng)為20 m。

3 樁用量估算

在建筑方案設(shè)計(jì)階段，地基專業(yè)設(shè)計(jì)還未介入之前，先不利用計(jì)算機(jī)專業(yè)軟件進(jìn)行排布樁孔，僅利用該住宅樓的建筑平面尺寸進(jìn)行測(cè)算。

3.1 計(jì)算灰土擠密樁用量

計(jì)算灰土擠密樁的用量應(yīng)先確定樁布置范圍的面積和樁面積置換率兩個(gè)參數(shù)。該住宅樓基礎(chǔ)板面積假定由建筑外墻周邊外擴(kuò)0.5 m。忽略不計(jì)周邊局部凹進(jìn)和凸出的面積，確定基礎(chǔ)板長(zhǎng)為36 m，寬為15.3 m，面積為550.8 m2。根據(jù)JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》要求，灰土擠密樁布置范圍需由基礎(chǔ)板周邊向外擴(kuò)出處理深度的一半，即2.5 m，確定樁布置范圍的面積為832.3 m2。樁面積置換率為單樁截面積與其處理地基土面積的比值。樁徑為400 mm，樁距為1.2 m，單樁截面積為0.125 6 m2，單樁處理地基土的面積為邊長(zhǎng)693 mm的正六邊形，面積為1.247 m2，求得樁面積置換率為0.1。

計(jì)算灰土擠密樁的用量，用樁布置范圍面積832.3 m2乘以樁面積置換率0.1，可求得該住宅樓地基處理需要的樁總面積為83.23 m2，再用樁總面積83.23 m2除以單根樁截面積0.125 6 m2，即求得該住宅樓灰土擠密樁用量為663根。

3.2 計(jì)算CFG樁用量

CFG樁用量計(jì)算方法與灰土擠密樁計(jì)算過(guò)程相同。由于CFG樁在灰土樁三角形的形心布置，其樁徑、樁距和布樁形式與灰土擠密樁完全相同，樁面積置換率也是0.1。根據(jù)JGJ 79—2012要求，CFG樁可在基礎(chǔ)板內(nèi)布置，其布置范圍面積即為基礎(chǔ)板面積550.8 m2。

計(jì)算CFG樁用量，由基礎(chǔ)板面積550.8 m2乘以樁置換率0.1，再除以單根樁截面積0.125 6 m2，求得CFG樁用量為438根。

4 樁用量計(jì)算結(jié)果的修正

以上僅利用建筑平面尺寸和樁面積置換率兩個(gè)參數(shù)求得的樁用量，必然與地基專業(yè)設(shè)計(jì)用計(jì)算機(jī)專業(yè)軟件排樁布孔測(cè)得的用樁量存在偏差。偏差過(guò)大則會(huì)影響到工程量計(jì)算的準(zhǔn)確性。為使按估算的樁用量相對(duì)準(zhǔn)確，則需對(duì)其計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正。

為了驗(yàn)證地基設(shè)計(jì)時(shí)的布樁用量和估算樁用量之間的偏差規(guī)律，現(xiàn)假定用18 m×27 m、20 m×42 m、24 m×60 m、32 m×32 m四個(gè)長(zhǎng)寬比例不同的筏板基礎(chǔ)，模擬驗(yàn)證在樁徑為400 mm、樁距分別為1.2 m、1.3 m、1.4 m等三種常用尺寸、以及正三角形和正方形兩種不同布樁形式下的布樁量與估算樁用量的偏差比。

假定僅在基礎(chǔ)板內(nèi)布樁，上述情形共組合了24種不同工況，分別求得了不同工況下的布樁用量和估算樁用量(單位為根)，以及計(jì)算偏差比值，結(jié)果見表1。

表1 在基礎(chǔ)板中布樁用量情況

分析表1數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，不同布樁形式與不同面積基礎(chǔ)板之間的關(guān)系具有以下規(guī)律：一是地基專業(yè)設(shè)計(jì)布樁量都比估算樁用量大，均為正偏差；二是正方形布樁產(chǎn)生的偏差比區(qū)間大，其中樁距為1.3 m的正方形布樁，在20 m×42 m基礎(chǔ)板下布置時(shí)偏差最大，為1.07；樁距為1.2 m的正方形布樁，在24 m×60 m基礎(chǔ)板下布置時(shí)偏差最小，為1.00。

分析造成偏差比大小的原因，發(fā)現(xiàn)20 m×42 m的基礎(chǔ)板，當(dāng)樁距為1.3 m的正方形布樁時(shí)，正好在筏板內(nèi)布置了16行、33列，最外排樁體與基礎(chǔ)板邊界完全契合，導(dǎo)致布樁量比估算樁用量多了很多，故偏差比大；相反，在24 m×60 m的基礎(chǔ)板采用樁距為1.2 m正方形布樁時(shí)，最外排樁體與基礎(chǔ)板邊界契合不好，筏板四周沒有布樁的空余范圍較多，導(dǎo)致布樁用量小，與估算樁用量基本接近，故偏差比小。由此可知，當(dāng)基礎(chǔ)板邊長(zhǎng)與樁距的比值接近整數(shù)時(shí)，說(shuō)明二者契合程度好，故布樁量大，偏差比大；反之，基礎(chǔ)板邊長(zhǎng)與樁距的比值不是整數(shù)時(shí)，說(shuō)明二者契合程度不好，故實(shí)際布樁量小，偏差比小。而正方形布樁之所以產(chǎn)生偏差區(qū)間大的原因，也正是因?yàn)槠錁毒嗯c基礎(chǔ)板邊長(zhǎng)的倍數(shù)關(guān)系相比正三角形布樁更為敏感才導(dǎo)致的。需要注意的是，地基處理專業(yè)設(shè)計(jì)布樁量與估算樁用量的偏差比越大，說(shuō)明樁與基礎(chǔ)邊界契合程度就越好，意味著樁布置就越合理。

總而言之，布樁偏差比的大小僅跟基礎(chǔ)板邊長(zhǎng)與樁距的比值有關(guān)，而與基礎(chǔ)板的形狀和大小無(wú)關(guān)?？紤]在建筑方案設(shè)計(jì)階段，基礎(chǔ)板的邊長(zhǎng)尺寸難以精確，基礎(chǔ)板邊長(zhǎng)與樁距的相互關(guān)系在估算過(guò)程中難以考量，故采用修正系數(shù)放大計(jì)算結(jié)果的方法是可行的。根據(jù)以上對(duì)比結(jié)果，按正三角形布樁和正方形布樁分類，各自去掉一個(gè)偏差比最大值，取剩余值中的上限值作為各自的修正系數(shù)，即正三角形布樁時(shí)，修正系數(shù)為1.03；正方形布樁時(shí)，修正系數(shù)為1.05。

案例中的某住宅樓地基處理專業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，在基礎(chǔ)板尺寸、布樁形式與計(jì)算假定的布樁條件完全相同的情況下，灰土擠密樁布樁量為683根，CFG樁布樁量為430根，工程樁布置如圖1所示。

圖1 工程樁布置情況

估算方法求得的灰土擠密樁為663根，確定修正系數(shù)為1.03，修正后為683根，與布樁量一致，說(shuō)明修正系數(shù)可取。CFG樁的布樁量小于估算樁用量，是由于CFG樁在灰土擠密樁形心內(nèi)套打，布樁時(shí)并不需要考慮其與基礎(chǔ)板邊界的關(guān)系，因此與上述試驗(yàn)的假設(shè)條件不符，故不能采用修正系數(shù)。若采用JGJ 79—2012中規(guī)定的多樁型復(fù)合地基的布置形式，每一種樁均考慮其與基礎(chǔ)板邊界的關(guān)系時(shí)，則與上述試驗(yàn)的假設(shè)條件相符，其計(jì)算結(jié)果可按上述修正系數(shù)進(jìn)行修正。

5 影響用樁量計(jì)算的其他因素

5.1 樁面積置換率

樁面積置換率是樁用量計(jì)算的重要因素，其與樁距和布樁形式相關(guān)。置換率越大，樁布置越密，地基處理需要的樁總面積就越大，樁用量就余越多。樁面積置換率的計(jì)算原理是單樁的截面積與單樁處理地基土面積的比值，由單根樁向其周圍相鄰的樁連接中心線，再作每條中心線的垂線，每條垂線所圍成的面積即為單樁處理地基土的面積。JGJ 79—2012中給出了更為簡(jiǎn)單的面積置換率計(jì)算公式，現(xiàn)按照計(jì)算公式將常用幾種不同樁距和布樁形式下的置換率進(jìn)行求解，計(jì)算用樁量時(shí)可以直接選用。置換率整理列表見表2。

表2 置換率

5.2 樁長(zhǎng)的影響

樁長(zhǎng)直接關(guān)系到樁總延米用量，從而影響工程造價(jià)估算。其影響程度遠(yuǎn)大于樁距和布樁形式對(duì)用樁量的影響。在建筑方案設(shè)計(jì)階段若對(duì)樁長(zhǎng)進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)，需要一定的專業(yè)基礎(chǔ)?；彝翑D密樁的樁長(zhǎng)由基礎(chǔ)墊層下面濕陷性土層的厚度和土濕陷量決定，其樁長(zhǎng)一般比被處理濕陷土層厚度大0.5～1.0 m，并滿足GB 50025—2018《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》中濕陷性的相關(guān)要求；CFG樁的樁長(zhǎng)除了滿足復(fù)合地基承載力特征值的計(jì)算需求外，還應(yīng)保證使樁端進(jìn)入持力層的深度≮1.0 m。所有樁的樁頂標(biāo)高都應(yīng)確定，這樣才能確定樁在不同土層中的位置，可根據(jù)建筑物±0標(biāo)高和基礎(chǔ)底標(biāo)高推算，在地勘報(bào)告土層性狀斷面圖上換算為絕對(duì)高層進(jìn)行計(jì)算。建筑方案設(shè)計(jì)階段若條件有限時(shí)，可結(jié)合類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)估算樁長(zhǎng)。

6 結(jié)語(yǔ)

樁用量計(jì)算時(shí)，首先應(yīng)詳細(xì)了解建筑場(chǎng)地土質(zhì)情況，根據(jù)地勘報(bào)告的建議擬定適合的樁土復(fù)合地基處理方案，再確定樁徑、樁距、樁長(zhǎng)及布樁形式，計(jì)算樁面積置換率，然后根據(jù)基礎(chǔ)板面積(或布樁范圍面積)計(jì)算出樁用量，最后對(duì)樁用量計(jì)算值進(jìn)行修正。綜合考慮建筑平面形狀凹凸不規(guī)則、筏板基礎(chǔ)外擴(kuò)尺寸以及樁長(zhǎng)等因素的影響，建議樁用量計(jì)算值的修正系數(shù)正三角形布樁時(shí)取1.1，正方形布樁時(shí)取1.2。

樁用量計(jì)算的重點(diǎn)不是簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算，而是能夠在方案設(shè)計(jì)階段，通過(guò)專業(yè)知識(shí)對(duì)地基處理設(shè)計(jì)及工程量大小做出相對(duì)準(zhǔn)確的判斷，為工程項(xiàng)目可行性研究或建設(shè)投資策劃提供可靠數(shù)據(jù)。