软土地基桩基础的合理化选择与布置分析

秦旭飞 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230031）

1 软土地基的工程现状

安徽省沿江流域如芜湖、马鞍山等地位于扬子地台沿江拱起断裂褶皱带内，处于宁芜火山岩盆地南端边缘，基岩多为火山角砾岩、砂岩，且局部已蚀变，属较软岩[1～2]。建筑用地的场地地貌单元属河漫滩，系河流冲积而成，经后期作用，局部形成沟塘等微地貌，分布于10～30m 的淤泥质粉质粘土层，属于软土地基[3～4]。

由于较厚淤泥质粉质粘土层给工程建设基础选型带来了很大的困难，天然地基承载力和变形不满足设计要求，因此软土地基一般均采用复合地基或桩基础[5]。复合地基施工周期长，且软土层较厚，单桩承载力低，总体施工成本较高[6]。考虑到复合地基的缺点，实际施工时一般采用桩基础，采用桩基穿越淤泥质粉质粘土层是普遍采用的技术措施[7]。根据荷载的性质与大小、上部结构的形式与使用要求、地质和水文情况及施工的安全性等情况，综合桩基的强度、变形和可行性的要求，软土地基桩基础有以下两种常用桩型：①泥浆护壁钻孔灌注桩；②预应力管桩。

第一种泥浆护壁钻孔灌注桩，其施工成本较高，施工周期较长，且易发生踏孔、沉渣及水下浇筑混凝土质量不易控制等问题。第二种预应力管桩则具有以下多个优点，例如其成本低、施工周期短、承载力高，因而该桩型成为软土地基工程建设较为常用的桩型。在施工过程中，需要考虑到施工周期、成本和安全合理等因素，因此预应力管桩的合理化布置显得尤为重要，是决定基础经济性与否的关键。

2 工程概况

某工程位于芜湖市属于沿江地区，扬子地台坳沿江拱起断裂褶皱带内，处于宁芜火山岩盆地南端边缘，基岩多为火山角砾岩、砂岩，局部已蚀变，属较软岩。场地地貌单元属河漫滩，系河流冲淤积而成，经后期作用局部形成沟塘等微地貌。该工程地下车库项目地下1层，建筑面积为32935.01m2，其中人防建筑面积为5550m2，地下室层高3.9m，总停车数937 辆。地震动峰值加速度为0.05g，对应于地震基本烈度为6 度，地震分组第一组，框架等级为四级。本工程各土层的结构特征性质及其分布自上而下分述。

第①层素填土（Q4ml）：杂色，湿-饱和，结构松散，本层民房拆迁部分上部为30cm 混凝土，下部为粘性土；耕地、农田部分主要为粘性土，夹杂有植物根茎、碎石等，局部夹有灰黑色的淤泥。该层呈流塑状、含水量高、极易变形。层厚0.60～3.00m，层底标高3.30～5.90m。

第②层淤泥质粉质粘土（Q4al+）l：灰～灰黑色，流～软塑状，饱和，高压缩性。薄层状、间层状构造，该层沉积韵律明显，水平层理发育，土层均匀性差，局部夹有粉土、粉细砂。薄层状分布，含少量有机质及贝壳，有机质呈斑点状分布。土性稍有光泽，干强度低，压缩性高，韧性低。层厚20.10～23.60m，层底标高-18.30～-16.10m。

第③层粉质粘土（Q4al+l）：灰-青灰色，稍密为主、局部松散～中密～密实，饱和，可见云母片及生物碎屑等，晃动易水析，摇振反应迅速，局部为粉质粘土、淤泥质粉质粘土。层厚2.00～5.90m，层底标高-22.60～-19.30m。

第④层粉土夹粉砂（Q4al+l）：灰色，湿～稍湿，稍密-中密，干强度中等，韧性中等，压缩性中等偏高，含少量云母片及生物碎屑，由石英、暗色矿物颗粒组成，有摇振反应，无光泽。层厚1.10～6.50m，层底标高-26.80～-21.60m。

第⑤层粉细砂（Q4al+l）：灰-青灰色，稍密～中密为主，局部松散～密实，饱和，以粉砂、细砂为主，局部夹有中粗砂。层厚0.80～17.50m，层底标高-40.80～5.20m。

第⑥层中粗砂（Q4al+l）：灰-青灰色，中密～密实为主，饱和，以中粗砂为主，局部夹有细砂。含云母片，由石英、暗色矿物颗粒组成，下部含圆砾、细砾。层厚0.50～6.40m，层底标高-41.30～-35.70m。

第⑦层中风化泥质砂岩(S)：该层未揭穿。棕红，坚硬（密实）状态，含大量云母碎片。结构部分损坏，沿节理面有次生矿物，基本呈块状构造，泥质胶结较好，岩体较破碎～较完整，薄～中厚层状，属极软岩，其岩体基本质量等级为Ⅴ类。

场地特殊性岩土为①层素填土（结构松散）：本层厚度为0.70～3.00m；②层淤泥质粉质粘土（流～软塑状）：本层厚度为20.10～23.60m，具有高孔隙、高压缩性、极易变形等特点。

3 相邻参照工区施工的利弊分析

地下车库因上部覆土、施工荷载、经济柱网等因素导致单柱荷载较大，场地土层为软弱土，重型设备无法进场，考虑桩基现场实际施工情况，该工程周边地块地下车库柱下普遍采用多桩承台，桩基采用直径400mm 预应力管桩，桩长30m，桩端持力层为第④层粉土夹粉砂层。（桩基布置“图一”所示）采用第④层作为持力层沉桩较为便利，第②层淤泥质粉质粘土、第③层粉质粘土易于穿透，施工周期短，施工质量便于控制。单桩承载力特征值700kN，柱下一般采用3桩承台或4 桩承台，单桩承载力小，考虑现场为软土地基，沉桩设备重量易于控制。

多桩承台的不利因素是小直径管桩数量较多，单柱下桩基总长度90m～120m，长径比达到了1/75，软土地基该长径比偏大。管桩材料费用及沉桩费用较高，且多桩承台受力不直接，单柱轴力较大，一般通长单柱轴力在2000kN 左右，导致桩基承台高度较高，承台高度一般需要800mm～1000mm，软土地基基坑中坑成型困难且成型较差，同时承台配筋量较大，多桩承台桩基数量较多，根据规范要求桩基检测数量也成倍增加，施工总体周期也相应增加。

4 本工程的对比设计方案

图1 周边地块桩基及承台平面布置图

图2 某工程桩基及承台平面布置图

工程的结构形式和场地条件与其相邻地块一样。综合考虑其相邻地块展示出的上述不利因素，选定桩基数量较多的问题为本工程设计首先需要解决的问题。为了论证可行性和获取准确的单桩承载力数据，项目组在工程设计之前提出先试桩，再根据试桩结果选择桩基布置方案。因为现场场地较差，现状地面为软土，无法采用重型设备进场的情况，选择采用锤击施工方式，现场做了6 根500mm、600mm 直径桩长不等的试桩，持力层选择位于不同土层，同时做了沉桩记录，为后期工程桩贯入度控制沉桩量做好准备。对这6 根试桩做了损坏性试验，获取准确的单桩承载力数据。经过综合比较，最优的方案是600mm 直径桩长约36m，桩端持力层为第⑤层粉细砂层。如该工程桩基及承台平面布置图（图二）所示，其单桩承载力特征值可以达到2500kN，仅需采用一柱一桩就可以满足设计承载力要求，能够很好地解决相邻地块桩基布置桩基数量较多的问题，同时解决承台截面较大的问题，便于软土基槽施工。具体的实验分析情况如下。

4.1 桩径桩长方面

桩长为36m，桩径600mm，长径比为1/60，加大桩径提高单桩在软土地基中水平抗剪能力，满足规范及当地主管部门的要求。直径400mm 预应力管桩单桩承载力特征值700kN，与其桩身承载力特征值限值1600kN 相差较大，承载力只用到43%左右，预应力管桩抗压能力没有充分利用，且长径比达到了1/75 接近规定限值。采用直径600mm 预应力管桩，增加的6m 桩长进入第⑤层粉细砂层，提高桩侧阻及端阻提高承载力特征值约1400kN，第⑤粉细砂层提高承载力较高，单桩承载力特征值达到了桩身承载力特征值限值约80%，相比于多桩减少在淤泥土层桩数量，充分发挥管桩的承压性能。

4.2 一柱一桩方案

采用一柱一桩的单桩承台受力直接，传力途径不需要经过桩基承台过渡，受力体系简洁。单桩承台配筋满足配筋构造即可，单桩承台截面采用1200mmx1200mmx600mm，相比多桩承台大大减少承台截面尺寸，减少了混凝土用量及配筋。

4.3 成本方面

该工程地下车库项目有框柱约600根，若按照周边地块桩基布置方式采用多桩布置，需要直径400mm 预应力管桩 约 600×30m×3.5=63000m，直 径400mm 预应力管桩按照市场价格175元/m，预应力管桩施工费用约20 元/m，桩基总造价12285000 元。而本工程采用直径600mm 预应力管桩约600×36m=21600m，直径600mm 预应力管桩按照市场价格220 元/m，预应力管桩施工费用约20 元/m，桩基总造价5184000 元，仅桩基一项节省约700 余万元。同时，缩短了60%桩基施工周期，节约了桩基检测成本。由于采用一柱一桩的布置方案，桩基承台截面尺寸由2400mmx2400mmx1000mm 减少到1200mmx1200mmx600mm，考虑地基梁增加的混凝土用量，桩基承台混凝土用量减少约60%，柱一桩承台配筋为构造配筋，相比多桩方案承台配筋量减少约80%。同时，减少了施工难度，缩短了施工周期，取得了很好的经济效益与社会效益，也得到了用户单位的好评和肯定。

5 结语

经过本工程的施工图设计及与周边相似工程的对比分析，作者认为软土地基桩基础的合理化选择与布置非常重要，尤其是需要充分考虑施工成本、施工周期、施工的可行性、安全性、合理性等因素。综合来看，需要考虑并做到以下几个方面：

①根据施工区域的软土地基具体情况选择合适桩型，并要充分利用各种桩型的特点；

②根据软土地基的土层分布情况，选择合理桩长与直径，并充分利用桩基的承载力；

③桩基础布置要尽量达到结构传力途径的明确和简洁。