旋挖擴(kuò)底灌注樁在軟土地基工程應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性分析
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李峰， 徐壯濤， 鄭振鵬
（上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院，上海200125）
[摘要] 以中國2%年上海世界博覽會B片區(qū)地下空間工程為依托，對旋挖擴(kuò)底灌注樁和兩種樁徑的鉆孔灌注樁、后注漿灌注樁共五種布樁方案的造價進(jìn)行了對比分析，從而對旋挖擴(kuò)底灌注樁在軟土地基工程應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性作出了評價。研究結(jié)果表明，旋挖擴(kuò)底灌注樁相對于鉆孔灌注樁，能有效提高單樁的抗壓與抗拔承載力，可以有效減少總樁數(shù)，施工工期短，總造價最低，比較適用于采用逆作法施工的軟土地基地下空間工程。
[關(guān)鍵詞] 旋挖擴(kuò)底灌注樁；經(jīng)濟(jì)性分析；軟土地基；工程應(yīng)用；地下空間
0 引言
隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，城市和環(huán)境保護(hù)對樁基施工技術(shù)及工藝標(biāo)準(zhǔn)的要求越來越高。由于地質(zhì)和環(huán)境條件的限制，傳統(tǒng)的泥漿反循環(huán)成孔施工工藝越來越不適應(yīng)對工程質(zhì)量要求高、工期緊、工程量大、環(huán)保要求高的工程項(xiàng)目。旋挖鉆機(jī)因其場地適應(yīng)性好、效率高、污染少、噪聲小等特點(diǎn)，逐漸在現(xiàn)澆混凝土灌注樁施工中得到了廣泛應(yīng)用。近年來，一些學(xué)者對旋挖擴(kuò)底灌注樁的工作機(jī)理及工程應(yīng)用開展了一系列研究，但關(guān)于旋挖擴(kuò)底灌注樁在工程應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性分析研究較少。本文以中國2%年上海世界博覽會B片區(qū)地下空間工程為例，分別對布置旋挖擴(kuò)底灌注樁和不同樁徑的鉆孔灌注樁及后注漿灌注樁方案的造價進(jìn)行對比分析，以期對旋挖擴(kuò)底灌注樁在軟土地基工程應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性作出評價。
1 工程概況
中國2%年上海世界博覽會B片區(qū)地下空間工程即上海世博會B02，B03地塊規(guī)劃一路、規(guī)劃二路道路及公共綠地地下空間工程，包括規(guī)劃一路全段（北段、中段、南段）、規(guī)劃二路全段（西段、東段）、公共綠地（西段、東段）、穿博成路地下1#連通道（西段）和2#連通道（中段）及3#連通道（東段）、穿世博館路地下4#連通道（北段）和5#連通道（南段），總面積約5. 40萬m2（圖1）。本文研究的區(qū)域?yàn)樵摴こ滩话?個連通道的區(qū)域，根據(jù)地下空間底板板底的標(biāo)高，將研究區(qū)域劃分為4個小區(qū)域，見圖2。每個區(qū)域的樁布置信息見表1。本項(xiàng)目采用了旋挖擴(kuò)底灌注樁，樁身直徑取850mm。
2 樁型方案
為了分析樁徑為850mm旋挖擴(kuò)底灌注樁在本項(xiàng)目應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性，與各取700mm和850mm兩種樁徑的鉆孔灌注樁與后注漿灌注樁共五種方案進(jìn)行對比分析，樁型方案匯總見表2。
為了便于分析，各種樁型均取相同樁長，采用相同的箍筋布置方案，縱筋采用不同的分段布置方案。根據(jù)單樁的抗拔承載力及裂縫允許寬度，確定樁身縱筋的配筋面積。樁身裂縫控制等級為三級，環(huán)境類別為二a類，最大裂縫寬度限制為0. 3mm。工程樁的配筋示意圖見圖3，圖中樁端虛線為旋挖擴(kuò)底灌注樁的樁端輪廓，實(shí)線為鉆孔灌注樁與后注漿灌注樁的樁端輪廓。本文根據(jù)各區(qū)域的總浮力進(jìn)行抗拔樁的布置，除方案一外，各方案布樁時均未考慮逆作法施工對立柱樁抗壓承載能力的要求。根據(jù)對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行的計(jì)算，逆作法施工時要求立柱樁的抗壓承載力設(shè)計(jì)值為3 900kN。
3 造價分析
按照表2列出的方案，計(jì)算各種方案的單樁抗拔承載力、抗壓承載力、樁身縱筋的配筋、裂縫寬度、總混凝土量及總鋼筋用量，進(jìn)而計(jì)算各種方案的總造價。
3.1方案一
對于方案一，公共區(qū)地下空間逆作法施工時采用樁身作為立柱樁，且為一柱一樁的布置方式，施工過程中樁身承壓，施工完成后樁身整體抗浮。經(jīng)計(jì)算，本方案抗拔樁施工過程中所需的單樁抗壓承載力為3 900kN，據(jù)此計(jì)算的樁端擴(kuò)大頭直徑為1 500mm。方案一單樁承載力及總材料用量見表3，其總造價計(jì)算見表4。由表3可知，本方案各區(qū)域單樁抗拔承載力設(shè)計(jì)值均為2 800kN，樁身在抗拔承載力設(shè)計(jì)值作用下的裂縫小于0. 3mm，單樁抗壓承載力設(shè)計(jì)值大于3 900kN，滿足在逆作法施工階段的抗壓及施工完成后的抗浮要求。
3.2方案二
方案二樁型為建筑工程中最常見的樁型之一。方案二單樁承載力及總材料用量見表3，其總造價計(jì)算見表4。由表3知，按照底板總浮力值進(jìn)行抗拔樁的布置時，本方案抗拔樁的總數(shù)為1 097根，樁身在抗拔承載力設(shè)計(jì)值作用下的裂縫小于0.3 mm，但單樁抗壓承載力遠(yuǎn)小于3 900kN，不滿足逆作法施工對單樁抗壓承載力的要求。
3.3方案三
對于樁徑大于850mm的大直徑灌注樁，應(yīng)采用樁端后注漿工藝，當(dāng)樁身范圍內(nèi)有較厚的砂層時，宜采用泥漿除砂器。因此，方案三后注漿灌注樁采用樁端后注漿。方案三單樁承載力及總材料用量見表3，其總造價計(jì)算見表4。由表3可知，按照底板總浮力值進(jìn)行抗拔樁的布置時，本方案抗拔樁的總數(shù)為915根，樁身在抗拔承載力設(shè)計(jì)值作用下的裂縫小于0.3 mm，但單樁抗壓承載力小于3 900kN，不滿足逆作法施工對單樁抗壓承載力的要求。
3.4方案四
方案四單樁承載力及總材料用量見表3，其總造價計(jì)算見表4。由表3可知，按照底板總浮力值進(jìn)行抗拔樁的布置時，本方案抗拔樁的總數(shù)為1 374根，樁身在抗拔承載力設(shè)計(jì)值作用下的裂縫小于0.3 mm，但單樁抗壓承載力小于3 900kN，不滿足逆作法施工對單樁抗壓承載力的要求。
3.5方案五
方案五單樁承載力及總材料用量見表3，其總造價計(jì)算見表4。由表3可知，按照底板總浮力值進(jìn)行抗拔樁的布置時，本方案抗拔樁的總數(shù)為1 147根，樁身在抗拔承載力設(shè)計(jì)值作用下的裂縫小于0.3 mm，但單樁抗壓承載力小于3 900kN，不滿足逆作法施工對單樁抗壓承載力的要求。
4 五種方案對比分析
將方案一作為基準(zhǔn)方案，將其余四種方案與之進(jìn)行對比，各種方案總造價對比見表5。五種方案施工耗時對比見表6。
由表5可知，方案二比方案四的總造價高，方案三比方案五的總造價高，這說明采用鉆孔灌注樁或后注漿灌注樁時，隨著樁徑的增大其總造價增加。
由表3可知，方案二與方案三的單樁抗壓承載力均達(dá)不到3 900kN，如果將其作為逆作法施工的立柱樁，需增大樁徑或加大樁長，這兩種方案的總造價會進(jìn)一步增加。方案四的總造價比方案一的僅增加了2. 06 %，方案五的總造價低于方案一的，但由表3可知，方案四與方案五的單樁抗壓承載力遠(yuǎn)低于3 900kN，不能滿足逆作法施工對立柱樁抗壓承載力的要求。因此，在滿足施工立柱樁的抗壓承載力要求的前提下，方案一的總造價最低。
由表6可知，方案一采用旋挖鉆機(jī)成孔，而其余方案均采用回旋鉆機(jī)成孔。對于上海地區(qū)軟土地基中40m長的單樁，旋挖鉆機(jī)成孔的時間僅僅是回旋鉆機(jī)成孔的時間的一半。由表5可知，方案一總樁數(shù)遠(yuǎn)少于其他方案。因此，采用方案一總工期最短。
綜上分析可知，旋挖擴(kuò)底灌注樁相對于鉆孔灌注樁，既提高了單樁抗拔承載力又提高了單樁抗壓承載力；相同條件下，采用旋挖擴(kuò)底灌注樁總工期最短。因此，在中國2%年上海世界博覽會B片區(qū)公共區(qū)地下空間項(xiàng)目中，采用4850mm的旋挖擴(kuò)底灌注樁是較為經(jīng)濟(jì)的方案。
5 結(jié)論
本文以中國2%年上海世界博覽會地區(qū)B片區(qū)地下空間工程為例，對軟土地基地下空間工程的五種布樁方案的成本費(fèi)用及工期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與對比分析，得到如下結(jié)論：
(1)在軟土地基中，旋挖擴(kuò)底灌注樁相對于鉆孔灌注樁，既提高了單樁抗拔承載力也提高了單樁抗壓承載力，比較適合工程樁在施工階段抗壓、在施工完成后抗拔的逆作法施工的地下空間工程。
(2)當(dāng)采用相同直徑、相同樁長的旋挖擴(kuò)底灌注樁、鉆孔灌注樁與后注漿灌注樁時，旋挖擴(kuò)底灌注樁的總樁數(shù)最少，施工工期最短，在滿足施工立柱樁的抗壓承載力要求的前提下，總造價最低。
