0 引言
工业厂房地坪是实现厂房使用功能的一项重要载体，厂房的大部分功能运行都是在地坪上完成，承受厂房使用过程中的各种荷载。在沿海软土地区，为满足地坪承载力和变形要求，一般是通过地基处理的方式来控制地基变形量，提高地基承载力。本文通过对某重钢厂房项目重载地坪的地基处理设计进行多个方案分析比较，在兼顾安全、经济、合理等前提下，指出对于沉降要求严格的厂房地坪，桩基架空地坪地基处理方案是一个比较合适的选择。
1 工程概况
本工程位于上海市，总用地面积为54070.75m2，总建筑面积约67002.20m2，包含设备制造及维保车间（占地面积为29913.20m2）、行政办公楼、职工休息楼、餐厅等单体。其中主厂房设备制造及维保车间为三跨连续（42m+42m+29m）单层钢结构重钢厂房结构，横向总计长113米，纵向长262米，柱距9.3米，车间内42m跨设上下两层吊车（上层为200T+200T吊车一台；下层为32T+32T和50T+50T吊车各一台），29m跨设一层吊车（25T/5t和50T/16t各一台）。厂房内功能主要为工艺设备区域地坪荷载比较重，其中设备位置区域地坪荷载为15T/m2，拖车及设备原材料区域地坪荷载为10T/m2，场内外重载卡车行走区域地坪荷载为10T/m2，地坪重载分布区域如下图1所示。
2 工程地质条件
本工程位于上海市，场地东面紧临河道，河道宽度约40米，厂房南侧离河道外边约为29米。拟建场地属湖沼平原I-2亚区地貌类型。场地地势略有起伏，场地标高在+3.50～+5.32m，平均标高+4.42 m。本工程室内设计地坪标高±0.000m，相当于绝对标高5.250m。
根据勘探报告地层资料分析，场地揭露60m深度范围内的土层如表1及图2所示，主要由饱和粘性土、粉性土及砂土组成。一般呈水平分布，按其沉积年代、成因类型及其物理力学性质的差异，可划分为6个主要层次，各土层的物理力学性质见表1。该场地典型地质剖面图如图2所示。
表1 土层物理力学性质参数
Table1 Physical and mechanical property parameters of soil layers
在勘察深度范围内，本工程拟建场区地下水主要为潜水与承压水，且地下水对Ⅲ类场地环境中的混凝土结构有微腐蚀性；在长期浸水环境及干湿交潜环境下对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性；在干湿交潜环境下对钢结构有弱腐蚀性。
根据平板载荷试验检测结果，地坪下①1层杂填土的地基承载力特征值为80kPa，若直接采用天然地基不能满足地坪对于地基承载力特征值大于100kPa及150kPa的要求。因此厂房地坪地基必须进行加固方能满足地坪对于承载力及变形的要求。
根据类似工程经验，常用的地基处理方式有真空预压、堆载预压、水泥土搅拌桩，复合地基，桩基架空地坪等方法，本工程沉降控制要求较高，真空预压、堆载预压地基处理方式均较难满足本工程设计要求。 另外从经济效益、桩身质量的控制及施工进度分析：相对于钻孔灌注桩，采用预制PHC 管桩或方桩更具有工期短、造价低等优势；且预制桩为工厂预制而成，其桩身质量比较有保证，且预制桩施工速度较钻孔灌注桩快，技术可行的前提下优先考虑预制桩，亦能满足《工业建筑防腐设计标准》。
根据地勘报告，本场地的⑤2-1 ~ ⑦1层之间地层复杂，局部地段地层缺失，采用预制桩方案不同区域需选用不同的桩基持力层及桩长，因而根据不同桩基持力层，对场地进行分区示意，见图3所示。Ⅰ区：⑤2-1层层面埋深起伏平缓，有一定的厚度，为较好的桩基持力层。⑤2-2层局部分布，层厚变化较大；Ⅱ区：⑤2-1层较薄，局部缺失；⑤2-2层局部分布，埋深、厚度变化比较大，因而⑤2-1及⑤2-2层厚度较厚处可作为桩基持力层。
因而。如能满足设计对单桩承载力和沉降的要求，Ⅰ区可选⑤2-1 层厚度较大处选用⑤2-1 层作为预制桩桩基持力层， Ⅱ⑤2-2 层厚度较大处可以⑤2-2 层作为预制桩桩基持力层， ⑤2-2层较薄或缺失地段可选⑦1层作为预制桩桩基持力层， ⑤2-1 层、⑤2-2 层、⑦1层较薄或缺失处可考虑⑦2 层做为预制桩桩基持力层。
3 重钢厂房地坪地基处理方案比选
本项目重载地坪面积大且范围广，其中重载地坪面积约占厂房总建筑面积的32%，因而重载地坪的地基处理方案对整个厂房的造价影响比较大，另如果重载地坪地基处理设计及施工不到位，也会造成厂房地坪开裂或引起沉降问题，影响厂房的生产运营，另外后期的地坪加固修补也会引起一定的经济损失。所以有必要对不同地坪地基处理方案进行比较分析。
3.1 水泥土搅拌桩复合地基处理
水泥土搅拌桩是指通过特制的深层搅拌机，沿深度方向将软土与固化剂(水泥浆或水泥粉)就地进行强制搅拌，使土体与固化剂发生物理化学反应，形成具有一定整体性和一定强度的水泥土加固体，沿深度方向形成的该加固体成为水泥土搅拌桩。水泥土搅拌桩作为一种良好的软弱地基处理方式，对软土进行就地加固，能够最大限度地利用原状土承载力和其它力学性能，从而提高地基强度和增大变形模量。同时，其施工工期短，成本较低，因此，在建筑工程中应用广泛［1］。
3.2 桩基架空地坪地基处理
软土地区，一般是通过地基处理的方式来满足地坪承载力和沉降要求。但是，大量的工程经验表明，因软土地基自身的复杂性和施工控制的原因，地基处理有时效果并不好，后期会出现地坪沉降或开裂，影响生产的正常运行。基于此，近年来，越来越多的软土地区的工业厂房重载地坪选择采用桩基础架空地坪地基处理方式。桩承地坪指地坪采用钢筋混凝土梁板，基础为桩基，荷载通过地坪梁板直接传给桩基。相对于地基处理方式，桩基础架空地坪具有承载力高、沉降量小、施工质量可控、周期短等显著优势。尤其在后期使用中，地坪沉降量很小，平整度高，对于精细化生产和技术升级提供可靠保证。
常用桩基础架空地坪主要有梁板式和大板式两种结构布置方案，根据资料［2］，大板式架空地坪相对于梁板式架空地坪每平米混凝土用量及用钢量要减少，且砖模用量较小，也很大程度上节约了人工费及工期。因而桩基架空地坪方案上考虑上首选大板式地坪，以减小施工难度，节约工程造价，经济效益可观。
考虑预制桩相对于钻孔灌注桩桩来说价格较低，及施工可行性，本方案桩选用PHC500的预应力高强混凝土空心管桩，根据场地复杂情况及施工可行性考虑，持力层选用不同的持力层，有 ⑤2-1 层、⑤2-2 层、⑦1层、⑦2层，对应桩长为有29米、31米、41米、、46米不等，⑤2-1 层、⑤2-2 层持力层对应单桩承载力设计值分别为1450kN， ⑦1层、⑦2层对应单桩承载力设计值为2200kN；桩间距布置如下表2所示；地坪大板厚度均为400mm，附加150mm厚建筑面层；为满足桩对地坪冲切要求，对于架空地坪下的单桩承台，做法如下图所示，尺寸见表2所示，使用YJK软件计算，计算沉降量见下表所示。
表2 方案二经济指标1
Table2 The economic indexes one of the scheme two
表3 方案二经济指标2
Table3 The economic indexes two of the scheme two
按照当地定额并结合报价，得到桩基部分材料费单位造价为188.55元/m2，承台材料费增加单位造价为19.13元/m2，方案二相对于其他方案桩基部分及承载增加部分材料费总的单位造价为207.68元/m2。
3.3 沉降控制复合桩基地基处理
按上海地基基础设计规范［5］，沉降控制复合桩基（简称复合桩基）是承台下地基土与桩共同承担外荷载、按沉降控制要求确定用桩数量的大桩距低承台摩擦桩基，是介于天然地基上浅基础与常规低承台摩擦桩基之间的一种地基基础形式。其中的桩除了承担部分外荷载外，主要起减少和控制沉降的作用，它一般是摩擦桩，所选桩端持力层不能十分坚硬，桩一般选用预制混凝土小截面桩，根据本工程地勘情况，本方案桩选用直径为300mm的预制混凝土空心管桩，桩端持力层选用⑤1层，桩长均为18米，按规范［5］7.5.3-1公式估算得出单桩极限承载力为435kN，结构地坪板厚度均为400mm，附加150mm厚建筑面层，承台经验修正系数，一般可取 1.5~1.7；按业主要求允许沉降值为20mm左右，设计得出桩布置间距如下表4所示，其中因上部结构和基础总荷载的准永久组合值小于各单桩极限承载力标准值之和，其沉降主要为桩作用下产生的沉降，沉降经验系数取1.0。另外，复合桩基承载力综合分项系数取值2.0~2.2，本工程取值2.0，经复核，复合桩基的整体承载力亦能满足规范7.5.5公式［5］要求，其中桩承担上部结构和基础总荷载设计值比例90%左右，地基土承担总荷载设计值10%左右。
表4 方案三经济指标
Table4 The economic indexes of the scheme three
按照当地定额并结合报价，得到桩基部分材料费单位造价为248.36元/m2。
3.4 方案比选
本工程重载地坪大部分区域场地土表层是2~3米左右的填土，工程特性差，且填土下②层粉质粘土层较薄且厚度不均，③层淤泥质粉质粘土为欠固结高压缩性土且厚度均达到10米以上。由于水泥土搅拌桩在欠固结土层中成桩可靠性比较差，且施工前需先进行现场试验来确定其在淤泥质土中的适用性和处理效果，对施工质量要求也很高，另外由于本工程淤泥质土层较厚，在满足承载力及较高沉降要求的前提性，经济性不见得占优势，且位于上海软土地区，后期沉降不可避免，所以最后在经过评审后先否决了方案一。
方案二和方案三两种方案沉降差异不大，计算沉降约在计算沉降量约为20. 0mm，但是从经济指标比较，大板式桩基架空地坪方案要优于复合桩基地基处理方案，大板式桩基架空地坪方案仅材料费节约了造价约19.60%，主要是因本工程沉降要求高，复合桩基地基处理方案桩数量增多，桩的材料费成本与方案二相比并未相应降低很多，另外复合桩基方案桩数量远是大板式桩基架空地坪方案桩数量的3倍多，所以在节约工期上，大板式桩基架空地坪方案也有一定的优势，故最终选择大板式桩基架空地坪地基处理方案。
4 结束语
通过对本工程重钢厂房重载地坪地基设计多方案的分析比较，在满足安全、经济等前提下，大板式桩基架空地坪地基处理的方案是一个比较合适的选择。希望能为后续类似重钢厂房地坪地基设计提供有益的参考和借鉴。
参考文献
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［2］裴永忠，王毅，张广英．桩基础架空地坪的设计研究［J］．建筑结构，2020，50(02):128-132．
［3］建筑桩基技术规范：JGJ 94-2008［S］．北京：中国建筑工业出版社，2008．
［4］建筑地基基础设计规范：GB 50007-2011 ［S］．北京：中国建筑工业出版社，2011．
［5］地基基础设计标准：DGJ 08-11-2018［S］．上海：同济大学出版社，2018．
［6］詹永勤．天津国家会展中心展厅地坪地基设计分析［J］．建筑科学，2020，36:39-44．
［7］张勇强．承载力与沉降双控复合桩基在上海高层建筑中的应用［J］．建筑结构，2017，47:437-439．
