某高层建筑地基基础优化设计

某高层建筑地基基础优化设计

刘洋

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.