颠覆设计概念系列其一：桩基比独基省！

前言

众所周知，结构设计时，往往会有一些固有思维浮现在我们的脑海。

例如，想到基础的各种方案综合成本时，我们往往会认为“灌注桩方案最贵、预制桩次之、CFG方案较经济、天然基础最便宜”。

再如，想到楼盖形式的经济性时，往往会浮现“无梁楼盖最经济、单向次梁方案次之、大板结构较贵、十字梁或井字梁方案最贵”。

俗话说，名师出高徒，但俗话又说，青出于蓝而胜于蓝！因此，俗话是不可靠滴，我们要善于打破常规，善于逆向思考，善于颠覆固有思维。

今天，小编在此抛砖引玉（欢迎各位行家刀砍斧凿，板砖请轻拍），就来说说”颠覆设计概念系列”中的第一篇：“桩基比独基省”。结合我司遇到的实际项目，分析一下颠覆我们概念的“桩基比独基省”究竟省在哪里，以作为各位设计和成本同行参考。

项目案例

西安地区某业主开发的产业园项目，因当地地质条件的原因，在非自重外力作用下土具有湿陷性，设置天然地基时，需要进行地基处理，一般可设置5米左右的素土挤密桩处理，或者深挖后采用一定厚度的三七灰土换填，以消除湿陷性的影响并适当提高承载力，基础施工完成后再素土回填夯实。

此处涉及的几栋楼为钢框架结构厂房，楼层总共4层，中柱单柱下轴力标准值约为3000~6500KN、边柱单柱下轴力标准值约1500~2500KN，承台上回填土重按实际计算。

典型地勘孔点剖面情况如下：

图1.1 地勘典型剖面示意及土层参数示意图(2号土层为持力层)

原设计方案：

原设计沿袭了一般性思维进行分析：天然地基最省、且施工方便！

因此，设计院初步选定的是开挖后换填1米进行处理并提高承载力、再设置天然地基的方案。如下二图所示：

图1.2 采用换填的地基处理+浅基础方案（原方案）开挖示意图

图1.3 采用换填的地基处理+浅基础方案（原方案）独立基础布置示意图

从上述图纸看出，虽然采用了成本较低的天然地基方案，但是独立基础尺寸很大，回填在独立基础上的覆土重都占据了很大比例、承载力利用率不高，而且需要基坑大面积机械开挖、再进行人工开挖、大面积三七灰土换填分层夯实等多道工序，实际成本可能并不经济。

并采用逆向思维进行分析，并根据我司当地类似项目的经验，桩基础可以避开地基处理的问题，是否可以桩基础？

另外，若采用挤密桩进行处理后的CFG方案，则独立基础方案可以大大减小，经济性是否会更佳？

带着这些疑问，我司进行了方案图设计、造价对比，最终得出分析结论。预制桩方案图（经分析灌注桩方案承载力也不高，经济性远没有预制桩高，故本文未列出）和CFG桩方案图如下二图所示：

图1.4  无地基处理采用预制桩+承台的方案（优化方案一）示意图

图1.5  灰土挤密桩布置及开挖示意图（讨论方案二）

图1.5  CFG桩布置及独立基础示意图（优化方案二）

成本分析

针对以上三种方案，我司造价部门进行较为详细的造价分析及对比发现，“预制桩”方案的经济性确实要优于“大开挖换填+大尺寸独基”方案，“大开挖换填+大尺寸独基”方案又要优于“挤密桩+CFG+小尺寸独基”方案。成本具体分析如下所示：

图1.6  各方案造价统计表1~3截图

该项目存在4个类似的塔楼，合计节省造价约235万元。按单方计算，各塔楼占地面积约1456.3m2，单方造价相差约403.9元。

总结分析

上述分析中，三种方案的“柱底基础承载力”并没有浪费之处，即（Fk+Gk）/(A*fa)和（Fk+Gk）/(n*Ra)基本相同，因此比较的条件是基本相同的，但是从上述分析对比的结论看来，预制桩经济性最好，这确实和一般的设计概念有一定反常之处。后经与设计院同行进行分析思考总结得出：

因天然地基承载力不高，导致基础尺寸较大，原方案中，需要一个很大的基础将柱底荷载传递给地基，实际上相当于“传力途径太过分散、不够直接”，与结构力学上的“传力途径越直接越经济”相悖，而桩基则因其较高的承载力能极大地减小承台尺寸，集中荷载能更好的实现“从地上到地下”、“从结构到地基”的直接传递，从而实现其经济性优势。