齐翔建工集团大宇建筑工程有限公司黑龙江省齐齐哈尔市161000
摘要:结合哈尔滨市的某超高层建筑地基基础的设计选型过程,在合理保证工程安全情况下,分析比较了超流态桩基础与CFG桩+筏板基础两种方案的工程造价,实现了基于造价控制的方案优化,希望可以为其他工程提供参考。
关键词:高层建筑;方案优化;超流态桩基础;CFG桩复合地基
建筑的造价对于社会、经济的发展都有着较大的关联,而我国建筑行业蓬勃发展的繁荣表象下,日益增长的房价越来越成为购房人无法承受之重。高额建筑成本是造成房价居高不下的最重要因素,而高层建筑中,地基基础部分的造价通常占到土建总造价的10%~20%左右,因此选择符合规范要求的造价最低的地基基础方案,将节省大量成本,是如今缓解我国建筑行业尖锐矛盾的重要举措。本课题以实际工程为例,通过对比不同方案的造价预算,选择出最优方案。
1高层建筑结构设计的要求
1.1安全持久耐用要求
随着商品化住宅的实行,对人们而言,住宅是一种耐用的消费品,且与其他消费品相比,最明显的特点就是使用时间长。所以,住宅建筑在设计时首要的要求就是安全耐用,选择的材料和结构体系也要保证住宅建筑的抗震性和抗风性,以及便于对建筑进行维修改造。
1.2舒适要求
设计住宅建筑时创造条件确保建筑满足舒适性的要求,如居住区的光、热、风等环境,或者室内空间的灵活划分,或者户型的种类等。所以,要与建筑专业、机电专业等相互配合,尽量防止建筑的梁、柱直接暴露在室内中或者分隔墙材料选用较好隔音效果的,保证室内明亮、简洁、隔音效果好,为住户提供舒适优雅的居住环境。此外,设计方案将以后可能改变住宅内部空间结构考虑在内,可选择剪力墙结构。
1.3经济要求
商品是住宅的一大特点,对于建筑开发商而言,希望较少投入、较大利润,能够获得好的经济效益,而对于买房者而言,希望房子的价格适宜、外观和内部格局好,质量过硬。所以,住宅建筑在结构设计时要根据建筑地基地形、楼层数量、平立面体形等,在符合安全持久耐用和舒适要求的基础上选择性价比高的结构体系,要严格按照构造的规范和标准进行设计,减少浪费。此外,在对比设计方案也应将造价因素考虑在内。
2工程概况
本工程是哈尔滨万达文化旅游城配建住宅群中的一幢,地上建筑层数33层,层高均为3.0m,室内外高差0.5m,楼层地下有高为2.0m的管道夹层及层高4.0m的地下车库,建筑总面积31440.51m2。高层采用剪力墙结构形式,对沉降敏感程度为敏感。
3地基基础设计方案比选
3.1方案选择
若采用浅基础,基地持力层位于③层细砂,其承载力特征值为140kPa,与设计上部结构作用效应相差甚远,无法满足设计要求。因此必须采用深基础避过软弱土层,或进行地基处理,改变地基承载力。
在综合考虑地层分布情况、各土层性状及本地施工技术条件后,设计人员提出了两种地基基础设计方案。1)CFG桩复合地基方案。CFG桩复合地基应用渐广,施工工艺也愈加成熟,已经是一种较普遍的地基处理技术。其具有桩身粘结强度高、施工工艺简单、工期短、造价低等优点,而且CFG桩不需配筋,桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰,十分符合绿色建筑要求。2)超流态混凝土灌注桩方案。超流态桩基础承载力高,地基变形小,且不受地下水位限制,所用混凝土流动性强,灌注速度快,成桩质量好,造价相对较低。施工时噪声低,无泥浆排放,对建筑地环境和周围居民影响小。此桩基工艺在建筑地被广泛采用,设计施工经验十分丰富。
3.2桩筏参数选择
1)CFG桩桩径采用400mm,桩距设为1450mm,布桩方式为正三角形布桩,有效桩长28m,桩身采用C30素混凝土。工程桩以第⑦层粗砂层为桩端持力层,桩端进入持力层的深度不得小于0.8m,桩顶上设200mm厚褥垫层及100mm厚C15素混凝土垫层,再上则为1400mm厚平板式筏板基础。工程共布置CFG桩756根,单桩竖向承载力特征值达1100kN,估算复合地基承载力为580kPa。2)为提高施工效率,减少施工失误,本工程采用相同灌注桩桩长与桩径,根据地勘结果与上部荷载情况,确定灌注桩以第⑦层粗砂作为桩端持力层,设计桩径为600mm,有效桩长28m,桩身采用C30混凝土,工程共布置396根桩。根据地勘资料按经验公式计算,灌注桩单桩竖向承载力特征值1700kN(“超流态”桩基参数与泥浆护壁桩桩基参数通用),灌注桩顶为刚接厚度不一的承台。本工程中灌注桩单桩竖向承载力较小,桩数多,承台需要联合归并为大承台,并在承台顶部和底部同时配筋,不像小承台可以直接由防水板配筋深入承台中,大大增加了钢筋用量。
3.3方案造价分析
两种方案人工费机械费等支出相差不多,因此以用钢量及混凝土量进行造价比较,结果见表1。
从表1可以看出CFG复合地基方案的造价比超流态桩方案节省近47万元,这差距主要是用钢量不同造成的。由于CFG桩不配筋,单筏板基础的用钢量远小于承台加超流态桩。
1)CFG桩复合地基方案。CFG桩桩径桩长皆不变,桩距改为1650mm,采用正三角形满堂布桩,共布置工程桩577根,其他方案参数不变。由经验公式计算,此时单桩承载力达1400kN,估算复合地基承载力为578kPa。2)超流态混凝土灌注桩方案。桩径桩长皆不改变,根据地勘资料按经验公式计算,超流态桩单桩竖向承载力特征值达到2300kN,工程共布置298根桩。在本方案中桩数大大减少,因此承台没有太多归并情况。
结语
通过上述地基基础方案分析比较,主要结论如下:
1)土质较差的建筑施工地段,单桩承载力低,布置的桩数多,承台会大规模归并,这种大承台造价与筏板相差不多,而灌注桩造价要远超无需配筋的CFG桩,所以本工程中选择CFG桩复合地基方案经济效益明显,是适合本工程的最优方案。2)对于天然土层土性较差的地区,受压承载力极高的桩基础无法充分发挥其承载力,会造成极大的浪费,采用桩基础需谨慎。3)地基基础方案的经济性与所处建筑地的土层分布情况息息相关,因地制宜很重要,并非一种方案便放之四海皆准了,需要设计师结合当地情况具体分析。
参考文献
[1]JGJ79—2012,建筑地基处理技术规范[S].
[2]刘京城.钻孔压灌超流态混凝土成桩施工技术[J].施工技术,2002,31(61):21-22.