摘要：目前国内电子行业大型洁净厂房，基础形式大多采用桩基础。根据不同项目条件多采用钻孔灌注桩(长螺旋钻孔灌注桩)或预应力混凝土管桩。本文综合考虑地质条件、工期要求、造价控制、地区经验等因素进行桩基选型分析。
关键词：长螺旋钻孔灌注桩;预应力混凝土管桩;非挤土桩;挤土桩;承载力;
Abstract：This paper consider the geological conditions, and schedule requirements, cost control, regional experience and other factors pile selection analysis.
Key words: long auger bored piles; prestressed concrete pile; non-displacement pile; displacement pile; bearing capacity
中图分类号 :TU473.1 文献标识码： A 文章编号：
桩基础广泛应用于民用及工业建筑领域，按照施工方式分，目前较为普遍使用的桩型有灌注桩、预应力混凝土管桩。灌注桩：非挤土桩，首先在施工场地上钻孔，当达到所需深度后将钢筋放入浇灌混凝土。优点是施工难度低，特别是2000年以来出现的长螺旋钻孔灌注桩更是大大简化了灌注桩施工的工序，施工设备较小，缺点是稍费材料。预制桩：挤土桩，通过打桩机将预置的钢筋混凝土桩打入地下。优点是材料省，强度高，缺点是施工难度高，受机械数量限制施工时间长。
目前国内电子行业大型洁净厂房，基础形式均采用桩基础。根据不同项目条件多采用长螺旋钻孔灌注桩(以下简称灌注桩)或预应力混凝土管桩(以下简称管桩)。此类工业项目业主考虑市场需求、建设进度、投资回报、同业竞争等因素，通常存在建设规模大、总投资高、工期紧、厂房建安费用占工程总投资比例相对较低、工程设计除满需足规范要求外还应考虑生产功能的特殊要求的情况。经综合考虑地质条件、工期要求、造价控制、地区经验等多方面因素进行桩基选型分析确定采用长螺旋钻孔灌注桩。
一、 工程概况
合肥鑫晟光电科技有限公司电子器件厂房建设工程项目项目位于合肥市区东北部的合肥新站综合开发试验区内。因生产设备投资高，业主要求主要生产厂房结构抗震设防烈度按8度设计。一期工程生产区用地东西长927.5米，南北宽699.9米，用地面积为647333.3平方米(合971亩)。北侧二期工程用地，东西长927.5米，南北宽232.2米，用地面积为215133.6平方米(合322.7亩)。建构筑物占地面积：245546㎡，总建筑面积：720337㎡。 其中1，2，3，5号厂房(以下简称4栋主要厂房)合计占地面积170837.1m2，均为钢筋混凝土框架结构，1,2号厂房为高层工业厂房，典型位置柱底内力2600t;3,5号厂房为多层工业厂房，典型位置柱底内力2200t，其桩基工程量占基础总工程量的95%以上。
二、 地质情况和地质参数
1.场地地形地貌
拟建场地地形起伏较大，总趋势由东向西倾斜。钻孔孔口高程为33.14～44.24m，高差11.10m。
2.场地主要土层构成从上至下为：
①层耕(填)土——层厚0.30～5.80m
③层粘土 (粉质粘土)——层厚一般为19.10～33.60m，硬塑状态，具弱膨胀潜势。可作为桩端持力层
④层风化殘积土——层厚一般为1.00～13.00m，硬塑或中密～密实状态 ，可作为桩端持力层
⑤1层强风化泥岩
⑤2层中风化泥岩
3.桩基设计参数：
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层 号 |
预应力管桩
PHC |
钻孔灌注桩
干 作 业 |
|
qsik(kpa) |
qpk(kpa) |
qsik(kpa) |
qpk(kpa) |
|
②1 |
42 |
|
36 |
|
|
②2 |
70 |
|
64 |
|
|
③ |
92 |
L>10m |
4700 |
86 |
L>10m |
2000 |
|
L>15m |
5800 |
L>15m |
2200 |
|
④ |
98 |
6000 |
90 |
2400 |
|
⑤1 |
180 |
8000 |
160 |
2800 |
|
⑤2 |
|
|
260 |
5600 |
三、 桩基方案比选
本项目处在合肥地区，长螺旋钻孔灌注桩、预应力混凝土管桩(PHC)在当地均有广泛应用，本文对两种桩型的各项指标进行对比：
3.1 两种桩型单桩承载力对比
选取2种类型的4种规格进行比较：
A)预应力管桩：PHC-500-AB-125-20，用于主要柱下受力桩
B)预应力管桩：PHC-500-AB-100-16，用于地坪桩
C)长螺旋钻孔灌注桩：直径D=600mm，桩长L=25m，用于主要柱下受力桩
D)长螺旋钻孔灌注桩：直径D=600mm，桩长L=20m，用于地坪桩
桩长不超过25m，则桩端基本处于③层粘土 (粉质粘土)或④层风化殘积土
表3.1 单桩承载力对比表：
|
经验公式计算单桩竖向承载力特征值Ra(KN)(均为根据地勘报告数据计算所得单桩承载力特征值) |
桩长（m） |
PHC管桩 d=500 |
灌注桩 d=600 |
|
25 |
|
|
2100 |
|
20 |
|
1800 |
1700 |
|
16 |
1500 |
|
|
|
桩身强度设计值Rp (KN) |
管桩壁厚 |
100 |
125 |
|
|
Rp |
3158 |
3701 |
|
管桩桩身结构对应的单桩竖向承载力最大特征值Ra (KN) （Ra≤Rp/1.35） |
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2339 |
2741 |
|
|
管桩桩身受拉承载力设计值 |
N |
900 |
1170 |
1360
|
|
N≤fpy*Ap (KN) |
N1=0.7fpy*Ap |
630 |
819 |
|
|
N2=0.3fpy*Ap |
270 |
351 |
|
压桩力限值（注1）(KN) |
|
3683 |
4377 |
|
|
水平承载力（试桩数据） |
|
|
300 |
300 |
|
桩基最小中心距（d为桩直径） |
|
部分挤土桩-饱和粘性土 |
非挤土灌注桩 |
|
持力层为（3）层粉质粘土；0.8<Sr<1.0属 |
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＞3排且9桩 |
其他情况 |
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饱和粘性土 |
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4.0d |
3.5d |
3.0d |
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承台尺寸较大 |
承台尺寸较小 |
注1：桩锤击或静压时的压应力(包含压应力钢筋产生的预压应力)应小于桩身材料的轴心抗压强度设计值。锤击拉应力应小于桩身混凝土的有效预压应力。
3.2 工期进度比较
本工程总体建设周期为15个月，其中桩基施工计划周期80天，建设场地开阔，具备多台设备同时施工的条件。
3.2.1采用PHC管桩，4栋主要厂房需工程桩总计为22860根，压桩施工需选用500~600吨的大型压桩机，预计可使用施工机械10台(合肥当地数量很少，通常从华东地区调集设备，且台班费较贵，因此本次比较按照10台设备考虑)，每台桩基每天压桩22根，估算工期需104天，造成建设工期滞后24天。
3.2.2 采用长螺旋钻孔灌注桩，4栋主要厂房需工程桩总计为20143根，预计可使用施工机械15台(合肥及周边地区此类机械数量充足，合肥京东方光电科技有限公司第六代薄膜晶体管液晶显示器件项目中曾有过20台桩机同时施工的经验。)，每台桩基每天成桩22根，估算工期需75天，可以提前5天完成桩基施工。
3.3工程造价比较
仅对4栋主要建筑桩工程量统计，不含承台、土方的工程量
3.3.1采用PHC管桩，4栋主要厂房需工程桩总计为22860根，折算混凝土工程量为6.39万m³，PHC管桩均由专业构件制造厂家提供成品，考虑施工费用(机械、人工)折算工程单价为人民币2000元/m³，桩总造价为人民币1.28亿元。
3.3.2采用长螺旋钻孔灌注桩，4栋主要厂房需工程桩总计为20143根，折算混凝土工程量为13.65万m³，桩身主要材料钢筋、混凝土均可在市场采购，考虑施工费用(机械、人工)折算工程单价为人民币1100元/m³，桩总造价为人民币1.50亿元。
3.4施工难度及质量控制比较
3.4.1采用PHC管桩：
A. 施工机械自重大，桩基施工前需对施工场地进行处理，本工程所处地区地表浅层填土承载力低，遇水承载力下降很快，若处理效果不理想容易出现施工机械下陷、倾斜、倾覆的工程事。
B. 本项目桩基土层主要为③层硬塑粘土，且土层厚19.1~33.6m，主要厂房体量大，单柱荷载大，桩数多，采用PHC管桩沉桩困难，易对土层产生挤压、扰动、隆起、对桩基土体的稳定性不利。
C. PHC管桩为挤土桩，本工程4栋主要厂房总桩数约22000根，所占土方约8.5万立方米(此土方挖出铺设到现有建设场地，可使4栋厂房所占区域场地标高垫高400mm)，挤土效应严重，桩基施工后期易造成桩难以打到设计标高，地面隆起等现象。
D. 施工过程中不确定因素较多，如沉桩困难、接头错位、桩体上浮;施工质量较难控制
3.4.2采用长螺旋钻孔灌注桩
本桩型为非挤土桩，依据本工程的地质条件，无挤土效应;钻孔、成桩施工难度较小。施工质量易保证。
3.5其他因素比较
3.5.1长螺旋钻孔灌注桩施工期间会有大量土方挖出，现场施工环境较差，而PHC管桩施工期间无土方挖出，场地内较为整洁。
3.5.2长螺旋钻孔灌注桩所用主要材料钢筋、混凝土采购范围广泛，市场供应量充足，不会影响工程建设进度，PHC管桩由专业加工厂制造，合肥地区仅有两家管桩生产厂，月供货能力合计不足7000根，难以满足本项目短期大规模的集中需求，管桩供应将成为制约项目建设进展的瓶颈。
四、 结论
综合以上各项指标对比，从设计角度长螺旋钻孔灌注桩及预应力混凝土管桩，承载力等各项工程性能均可以满足本工程的需要。PHC管桩在造价上有优势，但施工过程中存在多项不可控因素，对项目建设顺利进行有较大风险，而长螺旋钻孔灌注桩质量可靠、工期有保证、施工难度较小、施工中不确定因素少的优势。最终确定采用长螺旋钻孔灌注桩。
五、 结束语
通过以上工程实例可以看出，要想最优选取桩基形式，一是要熟悉场地的工程地质条件，二是需体会业主对工期、造价的要求，具有相关分析评估能力。三是了解施工情况。四是积极收集建设项目当地的工程经验。在此基础上进行多方面的方案比较、经济分析、可行性评估、风险控制评估选择一种适合的桩基础形式及施工方法。
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合肥鑫晟项目桩基选型综合因素分析
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