卫荣荣
（凯德中国）
在“房住不炒”的宏观调控背景下，房地产已然告别黄金、白银时代，随着开发成本的高企，部分房企举步维艰，过往粗放式开发模式已不合时宜，新形势下能否有效做好开发成本控制，乃是企业生存之道、制胜法宝[1]。回顾房地产投资、开发得全寿命周期，设计阶段对工程投资强度产生重大影响。德国工程管理专家墨尔的研究指出，前期方案阶段影响投资强度高达95%以上，而施工阶段则不足10%。另据国内外相关统计资料表明：设计阶段节约投资的可行性接近90%左右，而施工阶段仅为10%左右。进一步细分，建筑结构成本占到整个项目建安成本的60%左右，桩基成本又占到整个建筑结构成本的35%左右，故桩基必然是成本控制重点[2]。
设计层面，由于地质的复杂性、地下工程的不可预见性，加之勘察从业人员素质参差不齐、设备和技术的局限性等诸多不利因素，导致地勘报告岩土设计参数普遍存在精度不足及取值偏低的问题。据此计算所得单桩承载力极限值取值常明显偏低。此外，目前大部分开发商高周转思想根深蒂固，为了提高开发节奏，多数项目无暇设计试桩，少部分项目即使实施设计试桩，由于没有综合优化，过程中又缺少精细化管控，多数试验结果不理想，加之过于保守的安全系数设计法，造成桩基成本严重高企[3]。
管理层面，目前传统做法是限额设计，虽也能起到一定效果，但并不合理，无法实现效益最大化。原因是每个工程地质条件、建筑布局、房屋高度、结构体系、功能业态、抗震设防标准等均不尽相同，本质上，每个项目有且只有一个专属的最优经济指标，而且是优化后才能最终核定的结果指标。将结果指标作为预设指标，进行限额设计属本末倒置、缘木求鱼。究其弊端，无外乎两种情况：①限额指标定得过高，无法实现，设计为避免触发合约罚则，存在以降低承载力富余度应对，造成结构不安全的风险，得不偿失。㈡限额指标定得过低，不经济，达不到理想效果，失去限额设计的意义[4]。
为了从根源上解决上述问题，最有效的途径就是实施桩基综合优化，主动采用技术组合手段进行科学干预，实现技术、经济效益最大化。操作上可按以下步骤稳步推进：
⑴全面分析、深入研究地质勘察报告、桩基招标图及上部建筑、结构施工图。
⑵多维度论证，确定桩基综合优化方案，包括桩型、持力层、桩长优化及施工可行性分析。设计试桩方案，包括试桩和后注浆技术参数等。
⑶试桩施工管理，包括专项施工方案编制报审、图纸会审与答疑交底、施工质量管控等。
⑷破坏性静载试验，分析、研究试验数据，确定提高后的单桩承载力特征值，配筋优化后，设计出图。
杭州新加坡科技园三期超高层项目，用地面积52555m2，拟建总建筑面积为231693m2（含地下49264m2）。项目由4 幢24F 的超高层塔楼（框架-核心筒，110m）、多幢5F 裙房（框架-剪力墙）以及1 层地下室（框架）组成，建筑用途为科研和办公及配套服务用房。
1.1 项目地质概况
岩土工程勘察报告，地基土设计参数见表1。
表1 地基土设计参数(kpa)
1.2 桩基招标图概况
招标图桩型、有效桩长、持力层及依据地勘报告计算所得单桩承载力特征值Ra 见表2。
表2 桩型、有效桩长、持力层、Ra
桩型的选择不仅要考虑拟建建筑物的地质条件、建设规模、房屋高度、结构形式，同时还要受到工期、施工可行性、经济效益及周边环境等诸多因素的制约。
2.1 塔楼桩型优化
为了取得更好的经济效益，并减少沉桩对周边环境的不利影响，高层塔楼应采用单桩承载力较高的桩型，以减少桩数，较高的单桩承载力设计值也利于高效、灵活布桩。
从施工可行性的角度分析：预制桩为挤土桩，在高层塔楼区域，上部结构自重、荷载大，桩数多，需密集沉桩，挤土效应累加将致后续沉桩困难，产生增量措施费及工期滞后的不利影响，故高层塔楼区域应尽量避免使用挤土桩。而灌注桩为非挤土桩，对邻近建筑及地下管线危害较小，具有良好的复杂地质适应性和施工可行性，工艺技术成熟。
从作用机理的角度分析：由于钻、冲孔灌注桩成孔工艺存在桩侧泥皮和桩底沉渣等固有缺陷，导致侧、端阻显著降低，使得单桩承载力难以充分发挥；
而采用后注浆工艺后，压力浆液对桩底沉渣、虚土、泥皮和桩周土层起到很好的渗透、填充、扩底、挤密、胶结固化的作用，能够很好地解决常规灌注桩的通病和顽疾，从而使得单桩承载力大幅提升，减小沉降变形[5-6]。
从现行规范的角度分析：根据《建筑桩基技术规范》给出后注浆单桩极限承载力标准值估算公式，考虑侧阻、端阻增大系数后，注浆后比注浆前用地勘报告计算所得的单桩竖向极限承载力提高约50%～100%。根据浙江省标《建筑地基基础设计规范》，注浆后比注浆前用地勘报告计算所得的单桩竖向极限承载力可提高30%以上[7-8]。
综上，塔楼桩型采用Φ800 后注浆钻孔灌注桩，兼顾了经济性和施工可行性。优化后的桩型、有效桩长、持力层及依据地勘报告计算所得单桩承载力特征值Ra，见表3。
表3 桩型、有效桩长、持力层、Ra
2.2 裙房、地库桩型优化
PHC 管桩（预应力管桩）工厂预制并施加预应力，具有强大的单桩承载力和单位截面积承载力。根据图集提供的桩身轴心受压及单位面积轴心受压承载力设计值数据，见表4[9-10]。
表4 轴心受压承载力设计值
由表4 可知，PHC-AB600(110)预应力管桩单位面积桩身轴心受压承载力设计值远大于Φ800（C35）钻孔灌注桩。
在PHC 管桩沉桩挤密作用下，桩身三向受压，侧阻可提高20%～40%，端阻可提高70%～80%，单桩承载力将相应提高。大量工程数据表明，PHC 管桩单位承载力的造价显著优于灌注桩、钢管桩、普通预制桩等常规桩型。
此外，静压沉桩机械化程度高，精准高效，工期短，施工文明、整洁。若场地不存在难以清除的孤石或硬夹层等障碍物，桩端也不需要穿越深厚砂层等不良地质，则PHC 管桩大有用武之地。
综上，裙房采用PHC-AB600(110)、纯地库采用PHC-AB500(100)管桩，经济性好且施工高效。优化后的桩型、有效桩长、持力层及依据地勘报告计算所得单桩承载力特征值Ra，见表3。
2.3 持力层优化
塔楼抗压钻孔灌注桩，新增后注浆工艺将带来承载力的提高和持力层的加强。此外，桩基承载力后续也将长期增长，带来增量富余度。故持力层位置可较地勘报告优化上浮，选择第⑩2强风化泥质粉砂岩层，由⑩3中风化泥质粉砂岩层上浮，桩长缩短9m。
裙房PHC 抗压管桩，由钻孔灌注桩优化而来，综合考虑沉桩挤密致承载力提高、持力层加强及布桩效率，选用第⑤层粉砂夹粉质粘土层作为桩基持力层，由原设计⑩3层中风化泥质粉砂岩上浮，桩型的变化导致桩长大幅缩短。
地库PHC 抗拔管桩，综合考虑桩型由PHC-AB600 优化为PHC-AB500，及PHC 管桩沉桩挤密致承载力提高，作为平衡，持力层选择②5层砂质土夹粉砂，保持不变。
设计试桩技术参数：桩型、试桩数、最大加载量，见表5。
表5 试桩技术参数
结合地区经验，优化后注浆技术参数如下：
⑴注浆量按式估算，取单桩4T。注浆系统压力≥10MPa，单桩两次注浆，注浆压力控制在1～2.5MPa，注浆流量≤40L/min。
⑵水泥强度≥42.5R，浆液水灰比取0.5～0.6。
⑶注浆阀应能承受1Mpa 以上净水压力并具逆止功能。注浆器采用Φ35×3.0 并具逆止功能。注浆导管采用Φ50×3.5，对称设2 根。
⑷注浆宜于成桩7d 后开始。终止注浆条件：注浆量和注浆压力均达设计要求或注浆量达设计值80%，注浆压力达到3MPa 以上，且持续3min 以上。
4.1 专项施工方案
⑴施工单位应编制并报审专项施工方案，主要内容应包括管理架构、重难点分析及应对措施、工期计划、资源计划、机械选型及施工工艺、质量控制措施、安全文明及应急预案等[11]。
⑵检测单位应编制并报审专项检测方案，主要内容应包括反力装置及结构验算、试验场地处理、试验加、卸载方式、监测系统、数据采集、分析评价、检测报告等[12]。
⑶监理单位应编制监理实施细则，主要内容应包括工作流程、控制要点、监理方法及措施、质检验收程序等[13]。
4.2 图纸会审与答疑交底
⑴钻孔灌注桩。试成孔需2 个以上，垂直度偏差≤1/200，孔径允许偏差+50mm，成孔深度以设计桩长控制；
泥浆制备选用膨润土；
孔底0.5m 范围内泥浆比重＜1.25、含砂率≤6%；
混凝土塌落度为180～200mm，水下混凝土采用导管法灌注，充盈系数≥1.2；
钢筋笼直径、长度、主筋间距、箍筋间距按验收规范控制；
后注浆按技术参数严格执行。
⑵PHC 管桩。静压沉桩，800T 液压静压桩机，最大压桩力≥600T，配重量具核实；
桩身垂直度≤1%；
焊接工艺评定后接桩。
4.3 施工质量
⑴原材料。PHC 管桩须由产品质量过硬的厂家供货，高压蒸养后尚需14 天以上的常温养护时间，出厂时PHC-AB600 (110) 轴心受压承载力设计值不小于4255KN，PHC-AB500(100)轴心受压承载力设计值不小于3158KN，轴心受拉承载力设计值不小于842KN。钢筋、水泥、注浆管、注浆器、焊条等原材料严格质检验收，钢筋、水泥现场抽样复验。
⑵施工工序。对成孔、清孔、泥浆密度、黏度、含砂率、桩底沉渣、钢筋笼制作与沉放、水下混凝土灌注等进行严格质检验收；
孔径、清孔质量直接影响桩基承载力；
钢筋笼刚度影响其吊装质量和效率，沉放精度决定保护层的厚度是否达到要求。钢筋笼直径不应偏差过大，过大会造成保护层厚度不够，过小则会造成抗弯承载力变小；
桩底沉渣厚度，同时影响端、侧阻的发挥，继而影响桩基承载力；
钢筋笼沉放过程中，同步检验注浆管水密性能[14]。
⑶后注浆。过程中按注浆压力、注浆流量和注浆量三控。终止注浆按注浆压力和注浆量双控。
⑷静载试验。采取人工读数与仪器智能采集两套数据；
加载方式采用慢速维持荷载法。
⑸上道工序验收合格后方可进入下道工序，尤其是隐蔽工序，必须全程旁站监理。
有条件时，可利用春节假期进行混凝土养护和地基土应力消散，达到桩身混凝土设计强度和地基土休止期的双控要求。所有试桩均进行了低应变检测，桩身完整，属Ⅰ类桩。
⑴裙房试桩SZ1～SZ3 的单桩竖向抗压极限承载力分别为5740KN、6150KN、5740KN，其Q-S 曲线见图1。依规，平均值扣除送桩6m 侧阻极限承载力400KN 后得5277KN，相应承载力特征值为2638KN，较勘察报告计算值1200KN 提高119.86%。考虑到后续大面积沉桩，挤土效应可能带来的施工难度，最终保守取2200KN 作为设计依据，较勘察报告计算值提高83%。
⑵地库试桩SZ4～SZ6 的单桩竖向抗拔极限承载力分别为1080KN、1080KN、1170KN，其U-Δ 曲线见图2。依规，平均值扣除送桩6m 侧阻极限承载力150KN 后取960KN，相应的承载力特征值为480KN，较勘察报告计算值310KN 提高54.84%。最终保守取420KN 作为设计依据，较勘察报告计算值提高35%。
⑶塔楼试桩SZ7～SZ10 的单桩竖向抗压极限承载力分别为15080KN、13920KN、15080KN、15080KN，其Q-S曲线见图3。依规，平均值扣除送桩6m 侧阻极限承载力600KN 后取14190KN，相应承载力特征值为7095KN，较勘察报告计算值4200KN 提高68.93%。最终遵循浙江省地基基础规范取5500KN（提高设限30%）作为设计依据，即较勘察报告计算值提高30%[15]。
6.1 直接效益
塔楼：
⑴桩型：由Φ800、Φ900 钻孔灌注桩优化为Φ800钻孔灌注桩，工程量减少。
⑵桩数：由560 根优化为480 根，减少80 根，工程量减少。
⑶桩长：由75m 优化为66m，缩短9m，工程量减少、工期加快。
⑷构造：主筋由12Φ14 优化为8Φ14，箍筋由8@250 优化为6@250，工程量减少。
经核算，塔楼节约成本533.32 万元，占塔楼桩基招标图总成本3434.29 万元的15.53%。
裙房：
⑴桩型：由Φ800 钻孔灌注桩优化为PHC-AB600 管桩，相应桩长由75m 优化为34m，工程量减少，工期加快。
⑵桩型：由PHC-AB600 管桩优化为PHC-AB500 管桩，工程量减少。
⑶桩数：承载力大幅提高后，布桩数减少，工程量减少。
经核算，裙房节约成本991.69 万元，占裙房桩基招标图总成本1556.17 万元的63.73%。地库节约成本216.77 万元，占地库桩基招标图总成本730.97 万元的29.66%。
综上，总节约成本1741.78 万元，占桩基招标图总成本5721.43 万元的30.44%。
6.2 间接效益
经核算，塔楼、裙房工期节约45 天，占桩基总工期120 天的37.5%。
⑴PHC-AB600 抗压管桩承载力提高119.86%，PHC-AB500 抗拔管桩承载力提高54.84%。PHC 管桩承载力大幅提高，其内在机理及桩型优势为：其一，高强PHC管桩沉桩挤密使桩身三向受压，约束力促使承载力提升，同时加速土层固结减小变形量。其二，PHC 管桩桩身强度高、质量易控，沉桩过程中，桩侧与土体侧摩阻力损失小。其三，图2、图3 静载Q-S、U-Δ 曲线明显缓变、斜率趋小，说明承载力潜力挖掘良好。最后一级加载，沉降量突变陡降，但桩身完好，说明仍有通过减小变形以提高承载力的操作空间。
⑵Φ800 抗压钻孔灌注桩承载力提高68.93%，说明桩端后注浆技术有效强化了侧、端阻和持力层，减少了沉降量和沉降速率，图4 静载Q-S 曲线明显缓变、斜率趋小，说明承载力潜力挖掘良好。最后一级加载，沉降量突变陡降，但桩身完好，说明通过减小变形、增加侧阻以提高承载，仍有较大的操作空间，如：桩端、桩侧复式注浆。
⑶就超高层项目而言，排除不良地质所限，塔楼采用后注浆灌注桩，裙房、地库采用PHC 管桩，是经济效益显著的优秀桩型组合方案。
⑷持力层的优化应前瞻性预估综合优化所带来承载力提升的有利影响，予以适当上浮，从而减小桩长，提高施工工效。
⑸破坏性静载试验是桩基优化的有效手段，但孤立使用效果不佳，应叠加桩型优化、持力层优化、配筋优化及后注浆及工艺改进，并精心组织、严格管理，确保施工质量，形成正向效益叠加，方可实现综合效益最大化。
⑹浙江省标《建筑地基基础设计规范》对后注浆灌注桩承载力取值设限不超过地勘报告计算值的30%，其考量的因素是后注浆工艺、原理及质量尚有一定的不确定性[8]。为促进灌注桩后注浆工艺推广和桩基优化的发展，强烈建议取消30%承载力提高上限。主要理由：
①塔楼4 根试桩SZ7～SZ10，分别落位于4 个高层塔楼区域，即使岩层客观上有所起伏，但静载试验结果非常接近，离散性很小，说明技术可靠，工艺稳定。
②综合优化后的试桩施工，其改进工艺和质量管理措施同时固化并作为大面积桩基施工之样板，质量优良率必然稳定趋高，由工程桩桩身完整性、承载力一次性达标的验收结果可以验证。
③通过调研本地区有代表性的超高层项目，如：绿地·杭州之门、世茂·智慧之门等，静载试验和工程桩验收情况与本案例项目类同，均达良好预期并受此承载力取值上限困扰，说明上述论断具有广泛性、规律性和启发性。
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