湿陷性黄土地区建筑工程桩基优化设计研究

崔泽涛

（中铁二十二局集团有限公司，北京 100043）

湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水而发生下沉变形的性质。湿陷性黄土是一种特殊性质的土，其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。在未受水浸湿时，一般强度较高、压缩性较小。当在一定压力下受水浸湿，土的结构会迅速被破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低。湿陷变形是由于地基被水浸湿所引起的一种附加变形，往往是局部和突然发生的，而且很不均匀，对建筑物的影响很大，危害性很大。

1 工程概况

某项目位于甘肃省兰州市，项目包括2#～4#住宅楼及1#商业，主楼地下室均与大地下室连成一体，大地下室顶板覆土1.6～1.8m，大地下室最大平面尺寸约135.75m×114.7m。地下功能：除3#、4#主楼及部分地下车库为甲类核六级人防地下室以外，其余1#、2#及周边地下车库为设备用房及地下车库。2#～4#住宅楼采用桩筏基础，桩端以卵石层作为持力层；其余商铺以及大地下室均采用桩基加300mm厚构造底板，桩基均采用人工挖孔桩。

2 桩基试桩及检测方案

2.1 试桩目的

通过试桩过程，可以了解项目地质情况，检测桩基方案可行性，检验桩基施工质量可靠性。根据单桩竖向静载荷试验确定单桩竖向承载力特征值，由于地质报告提供的数值往往偏于保守，因此可以根据静载报告提高桩承载力，优化桩型或减少桩数。

2.2 试桩方法

静载荷实验+低应变检测。利用工程桩当作锚桩，试桩桩径为800mm，扩大头直径为1500mm；采用6根工程桩作为抗拔桩，原设计工程桩桩径为1000mm，扩大头直径为2000mm，现改为桩径900mm、扩大头直径1800mm。通过静载荷试验确定试桩极限端阻承载力，根据实际承载力大小报设计院进行桩身优化设计。

2.3 试桩点位选择

选择场地内地质条件较复杂地段，依据地勘报告地层分析和地勘剖面图，综合考虑在4#11轴A-B轴中间、10轴B-E轴中间及21轴A-B中间分别试桩。试桩采取人工挖孔桩，共计3根。布置图如图1所示。

图1 试桩方案平面布置图（单位：mm）

3 桩基优化方案

依据地质勘察报告，结合拟建工程特点、场地土及周围环境条件，拟建地下室及1#～4#地基处理建议采用人工挖孔桩，以⑤层卵石层为桩尖持力层，桩端平面所能提供的极限端阻力标准值为3500kPa，如表1所示（表中极限端桩阻力标准值对应各桩径的单桩承载力特征值）。假设通过试桩，桩桩端平面所能提供的极限端阻力标准值能达到5000kPa，Z1可替代Z2，Z2可替代Z4，Z3可替代Z5，Z4可替代Z6；如果极限端阻力标准值能达到6000kPa，Z1可替代Z2，Z2可替代Z4、Z5，Z3可替代Z6。此方案只考虑到优化桩径，如果将1#承台下的群桩改为单桩还可以优化数量。

表1 试桩方案分析表

4 桩基优化经济效益和优劣

4.1 经济效益

通过试桩，极限端阻力标准值达到6500kPa左右，Z2可替代Z4～Z6的桩基。该项目原设计桩基416根，优化后桩基372根，优化数量近10%。4#桩基优化前后对比如表2、表3所示。

表2 4#桩基优化前

表3 4#桩基优化后

通过优化前后对比分析，桩径大大减小，配筋主筋三级钢的数量从14根减少至10根，相应的施工成本减少。如果在工期可控的前提下，做试桩大有必要，可以充分挖掘地基的承载力。该项目通过桩基优化节约成本近100万元左右，试桩成本7万元左右，经济效益显而易见。

4.2 试桩优劣

（1）优点。①检验地勘报告，核实地质情况，了解地层情况；②检验施工可行性，核实施工条件，为后续施工积累施工经验；③优化桩型和桩基数量，节约成本；④工期进度安排较合理。

（2）缺点。①如果持力层承载力不理想，会造成一定的成本损失；②4#可能需补充工程桩；③施工难度大，试验过程复杂；④若无空闲时间，影响施工工期和进度。

5 结论

在湿陷性黄土地区桩基工程正式施工前，应进行试桩，以核实施工条件、相应的桩尖标高、单桩承载力以及穿透硬夹层的可能性。通过试桩，可以了解湿陷性黄土地区的地质情况，不过地质报告提供的数值往往偏于保守，对此，可以根据静载报告挖掘持力层承载力，从而达到优化桩型和减少桩数的目的，并取得了良好的经济效果。在具体选用上述地基处理方法时，应根据场地的湿陷类型、湿陷等级、地质情况、施工条件和工期要求，通过技术经济综合比较后考虑是否进行试桩。