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[摘 要]本文結合某1200万吨/年炼油项目，通过对三种预制桩型进行单桩载荷试验，获得竖向抗压、抗拔、水平静载试验检测结果，并运用价值工程理论对试验检测结果进行评价比选，从而提高预制桩设计选型的经济合理性。
[关键词]预制桩 载荷试验 价值工程 设计选型
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-054-03
1. 前言
预制桩具有制作便利，生产效率高；施工工序简单，工效高；可提前生产，能够有效缩短工期等优点，因此被进度驱动型的大型石化项目广泛应用。
预制桩有混凝土实心方桩、混凝土空心方桩、预应力混凝土管桩、预应力高强混凝土管桩、钢桩等多种桩型，且每个桩型均有多种规格型号，例如：预应力高强混凝土管桩有300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、1000mm、1200mm等8种外径，每种外径又分为A、AB、B、C等4种型号，即总共有32种规格型号。
不同桩型、不同规格型号的预制桩在采购成本和相同工程地质情况下的竖向抗压、抗拔、水平承载力方面都存在差异。那么，如何选择既安全可靠、又经济合理的桩型，便成为了建设单位和设计单位必须面对的问题。以往在桩型比选中常选用定性分析的方法，主观因素占的比重较大，缺乏客观的量化评价。
本文结合某1200万吨/年炼油项目的预制桩载荷试验，提出运用价值工程理论对不同桩型的功能和成本进行量化评价并根据最大价值系数确定项目不同工程部位最佳桩型的方法，保证决策的科学合理性。
2. 项目概况
某1200万吨/年炼油项目，位于我国东南沿海地区，建设有常减压、催化裂化、延迟焦化等19套工艺装置和配套公用工程、储运设施。主要建、构筑物有焦碳塔大型基础框架、催化反应器/再生器大型联合基础、4座高100m左右的混凝土烟囱、高150m的火炬塔架、深10m的贮焦池、深9m的雨水监控池等。
根据勘探成果资料，该项目场地的岩土层上部主要有新近人工填土层、填砂层、淤泥质土层，虽然经过强夯处理，但地基承载力较低。因此，大部分建、构筑物的基础形式宜选用桩基础，预估预制桩工程总量约100万延长米。
3. 单桩载荷试验
3.1 试验方案
根据项目周边的预制桩资源供应情况，试验方案选用管桩PHC-500AB125、PHC-400AB95和方桩ZH-45-**C三种桩型进行试验，桩身参数见《预应力混凝土管桩》（10G409）、《预制钢筋混凝土方桩》（04G361），其中主要参数见表1。试桩设计参数见表2。
表1：三种桩型的桩身尺寸对比表
桩型 周长
（m） 截面实际
面积（m） 桩底面
积（m） 桩身配筋 主筋
级别 备注
ZH-45-**C 1.8 0.2025 0.2025 4φ22
4φ20 HRB335 预制方桩
PHC-500AB125 1.57 0.1472 0.196 12φ10.7 高强钢丝 预制管桩
PHC-400AB95 1.256 0.091 0.1256 7φ10.7 高强钢丝 预制管桩
表2：三种桩型的试桩设计参数对比表
桩型 桩身
强度 桩尖进入强风化
持力层深度≥m 沉桩
方法 桩尖
类型 备注
ZH-45-**C C45 1.5 锤击法 预制方桩
PHC-500AB125 C80 1.5 锤击法 十字型封闭桩尖 预制管桩
PHC-400AB95 C80 1.5 锤击法 十字型封闭桩尖 预制管桩
三种桩型均分别进行竖向抗压、抗拔、水平静载试验，每组试验的桩数为3根，试验桩数总共27根。另外有锚桩8根，管桩、方桩各4根。
试桩位置选择在项目场地内具有代表性岩土层分布的区域，三种桩型均在同一区域进行，保证试桩检测结果的可比性，具体桩位布置见图1。
图1：桩位布置示意图
3.2 单桩竖向抗压静载试验
试验按照国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2003）中的有关规定进行，三种桩型共检测9根桩。加荷方式为慢速维持荷载法，测试静荷载由安装在桩顶的油压千斤顶进行逐级加荷，千斤顶所需反力由混凝土预制块堆重平台承担，桩顶沉降由对称方向安装的大量程百分表测读。
单桩竖向抗压静载试验现场图片见图2，检测结果见表3。
图2：单桩竖向抗压静载试验现场图片
表3：PHC-500AB125单桩竖向抗压静载试验结果表
桩型 试桩编号 稳定加载量（kN） 沉降值（mm） 极限承载力（kN） 极限承载力对应沉降量（mm） 极限承载力统计值（kN）
PHC-500AB
（125） A1 4950 48.40 4400 23.14 4767
A2 5500 46.81 4950 18.32
A3 5500 40.59 4950 20.15
PHC-400AB
（95） A17 4000 48.58 3600 35.59 3450
A18 3600 50.39 3150 23.13
A19 4000 48.24 3600 23.46
ZH-45-**C A29 5400 76.55 4800 33.49 5233
A30 6000 42.81 5400 19.45 A31 6050 46.38 5500 23.48
3.3 单桩水平静载试验
三种桩型共检测9根桩，测试加荷方式为单向多循环加载法。测试水平静荷载由安装在桩侧的油压千斤顶进行逐级加荷，千斤顶所需的反力由邻近锚桩承担。水平位移测试点位于水平力作用点平面，水平位移由对称方向安装的大量程百分表测读。设计要求提供水平允许位移10mm的水平承载力特征值。
单桩水平静载试验现场图片见图3，检测结果见表4。
图3：单桩水平静载试验现场图片
表4：单桩水平静载试验结果表
桩型 试桩编号 10mm位移对应的水平承载力特征值（kN） 10mm位移的对应承载力统计值（kN）
PHC-500AB125 A-7 136 136
A-8 196
A-9 155
PHC-400AB95 A-12 162 97
A-13 135
A-14 141
ZH-45-**C A-24 232 210
A-25 209
A-26 189
3.4 单桩竖向抗拔静载试验
三种桩型共检测9根桩，测试加荷方式采用慢速维持荷载法。测试静荷载由安装在桩侧的油压千斤顶进行逐级加荷，千斤顶所需的反力由混凝土支座、工字钢、连接器、反力转换架等组成的试验反力装置提供，反力由地基土承担。
单桩竖向抗拔静载试验现场图片见图4，检测结果见表5。
图4：单桩竖向抗拔静载试验现场图片
表5：单桩竖向抗拔静载试验结果表
桩型 试桩
编号 最大测试荷载（kN） 最大测试荷载下桩顶
累计沉降（mm） 抗拔极限承
载力（kN） 抗拔极限承载力对应
累计沉降（mm） 抗拔极限承载力
统计值（kN）
PHC-500AB（125） A-4 1600 101.1 1400 9.13 1267
A-5 1350 102.71 1200 10.88
A-6 1400 101.84 1200 7.36
PHC-400AB（95） A-15 1350 103.66 1100 9.25 1067
A-16 1200 105.82 1050 9.32
A-18 1200 104.27 1050 7.24
ZH-45-**C A-26 1600 102.94 1400 7.30 1550
A-27 2000 133.96 1750 32.05
A-28 1750 126.14 1500 22.45
4. 價值工程模型比选
4.1 价值工程理论简介
价值工程（Value Engineering）简称VE，是一种把功能与成本、技术与经济结合起来进行技术经济评价的方法，是以提高产品（或作业）价值和有效利用资源为目的，通过有组织的创造性工作，寻求用最低的寿命周期成本，可靠地实现使用者所需功能，以获得最佳的综合效益的一种管理技术。其基本原理是反映功能与成本的关系，用公式可表示为：
V=F / C
式中，V — 价值（Value，反映研究对象的功能与费用的匹配程度）；
F — 功能（Function，研究对象满足某种需求的程度，即效用）；
C — 成本（Cost，研究对象所投入的资源，即费用）；
从价值工程的定义可知，价值工程是用功能分析的方法，以最低单位成本获得产品或作业的必要功能，从而达到提高价值的目的。价值系数越大，说明产品或作业的功能与成本的匹配越好。
4.2 建立桩型比选模型
桩型比选模型建立步骤如下：
1、对象选择：以备选的PHC-500AB（125）、PHC-400AB（95）和ZH-45-**C三种桩型作为价值分析对象；
2、功能分析：桩基设计时采用的单桩承载力指标是桩型比选时应考虑的主要功能，即单桩竖向抗压承载力特征值、单桩水平承载力特征值和单桩竖向抗拔承载力特征值。
3、功能评价：单桩荷载试验已经获得了可靠的单桩竖向极限承载力统计值和水平承载力特征值。又根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008，单桩竖向承载力特征值一般确定为单桩竖向极限承载力标准值的1 / 2，由此计算并汇总三种桩型的承载力特征值见表6。
表6：三种桩型承载力特征值汇总表
桩型 抗压极限承载力统计值（kN） 抗压承载力特征值（kN） 抗拔极限承载力统计值（kN） 抗拔承载力特征值（kN） 水平承载力特征值（kN）
PHC-500AB（125） 4767 2383.5 1267 633.5 136
PHC-400AB（95） 3450 1725 1067 533.5 97
ZH-45-**C 5233 2616.5 1550 775 210
4、成本分析：根据项目周边的市场价格信息，三种桩型的采购成本分别是：
PHC-500AB（125）：290元/m
PHC-400AB（95）：250元/m
ZH-45-**C：380元/m
5、方案评价：即运用公式V=F/C 对三种桩型进行量化指标评价，计算结果见表7。
表7：价值系数对比表
桩型 成本（元/m） 抗压承载力
特征值（kN） 抗压承载力
价值系数 抗拔承载力
特征值（kN） 抗拔承载力
价值系数 水平承载力特
征值（kN） 水平承载力
价值系数
PHC-500AB（125） 290 2383.5 8.2 633.5 2.18 136 0.47
PHC-400AB（95） 250 1725 6.9 533.5 2.1 97 0.39
ZH-45-**C 380 2616.5 6.9 775 2.0 210 0.55
4.3 技术经济评价
从表7可以看出，PHC-500AB（125）的抗压承载力价值系数和抗拔承载力价值系数均最大，ZH-45-**C的水平承载力价值系数最大。因此：
1、当桩基设计主要考虑抗压承载力特征值时，选择PHC-500AB（125）预制管桩是最佳桩型。相比选择PHC-400AB（95）预制管桩和ZH-45-**C预制方桩，成本均节约18.8%（注：价值系数8.2÷6.9≈1.188）。
2、当桩基设计主要考虑抗拔承载力特征值时，选择PHC-500AB（125）预制管桩也是最佳桩型。相比选择PHC-400AB（95）预制管桩，成本均节约3.8%（注：价值系数2.18÷2.1≈1.038），相比选择ZH-45-**C预制方桩，成本均节约9%（注：价值系数2.18÷2.0=1.09）。
3、当桩基设计主要考虑水平承载力特征值时，选择ZH-45-**C是最佳桩型。相比选择PHC-500AB（125）预制管桩，成本均节约17%（注：价值系数0.55÷0.47≈1.17），相比选择PHC-400AB（95）预制管桩，成本均节约41%（注：价值系数0.55÷0.39≈1.41）。
结合某1200万吨/年炼油项目，桩基设计时主要考（下转第56页）
[关键词]预制桩 载荷试验 价值工程 设计选型
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-054-03
1. 前言
预制桩具有制作便利，生产效率高；施工工序简单，工效高；可提前生产，能够有效缩短工期等优点，因此被进度驱动型的大型石化项目广泛应用。
预制桩有混凝土实心方桩、混凝土空心方桩、预应力混凝土管桩、预应力高强混凝土管桩、钢桩等多种桩型，且每个桩型均有多种规格型号，例如：预应力高强混凝土管桩有300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、1000mm、1200mm等8种外径，每种外径又分为A、AB、B、C等4种型号，即总共有32种规格型号。
不同桩型、不同规格型号的预制桩在采购成本和相同工程地质情况下的竖向抗压、抗拔、水平承载力方面都存在差异。那么，如何选择既安全可靠、又经济合理的桩型，便成为了建设单位和设计单位必须面对的问题。以往在桩型比选中常选用定性分析的方法，主观因素占的比重较大，缺乏客观的量化评价。
本文结合某1200万吨/年炼油项目的预制桩载荷试验，提出运用价值工程理论对不同桩型的功能和成本进行量化评价并根据最大价值系数确定项目不同工程部位最佳桩型的方法，保证决策的科学合理性。
2. 项目概况
某1200万吨/年炼油项目，位于我国东南沿海地区，建设有常减压、催化裂化、延迟焦化等19套工艺装置和配套公用工程、储运设施。主要建、构筑物有焦碳塔大型基础框架、催化反应器/再生器大型联合基础、4座高100m左右的混凝土烟囱、高150m的火炬塔架、深10m的贮焦池、深9m的雨水监控池等。
根据勘探成果资料，该项目场地的岩土层上部主要有新近人工填土层、填砂层、淤泥质土层，虽然经过强夯处理，但地基承载力较低。因此，大部分建、构筑物的基础形式宜选用桩基础，预估预制桩工程总量约100万延长米。
3. 单桩载荷试验
3.1 试验方案
根据项目周边的预制桩资源供应情况，试验方案选用管桩PHC-500AB125、PHC-400AB95和方桩ZH-45-**C三种桩型进行试验，桩身参数见《预应力混凝土管桩》（10G409）、《预制钢筋混凝土方桩》（04G361），其中主要参数见表1。试桩设计参数见表2。
表1：三种桩型的桩身尺寸对比表
桩型 周长
（m） 截面实际
面积（m） 桩底面
积（m） 桩身配筋 主筋
级别 备注
ZH-45-**C 1.8 0.2025 0.2025 4φ22
4φ20 HRB335 预制方桩
PHC-500AB125 1.57 0.1472 0.196 12φ10.7 高强钢丝 预制管桩
PHC-400AB95 1.256 0.091 0.1256 7φ10.7 高强钢丝 预制管桩
表2：三种桩型的试桩设计参数对比表
桩型 桩身
强度 桩尖进入强风化
持力层深度≥m 沉桩
方法 桩尖
类型 备注
ZH-45-**C C45 1.5 锤击法 预制方桩
PHC-500AB125 C80 1.5 锤击法 十字型封闭桩尖 预制管桩
PHC-400AB95 C80 1.5 锤击法 十字型封闭桩尖 预制管桩
三种桩型均分别进行竖向抗压、抗拔、水平静载试验，每组试验的桩数为3根，试验桩数总共27根。另外有锚桩8根，管桩、方桩各4根。
试桩位置选择在项目场地内具有代表性岩土层分布的区域，三种桩型均在同一区域进行，保证试桩检测结果的可比性，具体桩位布置见图1。
图1：桩位布置示意图
3.2 单桩竖向抗压静载试验
试验按照国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2003）中的有关规定进行，三种桩型共检测9根桩。加荷方式为慢速维持荷载法，测试静荷载由安装在桩顶的油压千斤顶进行逐级加荷，千斤顶所需反力由混凝土预制块堆重平台承担，桩顶沉降由对称方向安装的大量程百分表测读。
单桩竖向抗压静载试验现场图片见图2，检测结果见表3。
图2：单桩竖向抗压静载试验现场图片
表3：PHC-500AB125单桩竖向抗压静载试验结果表
桩型 试桩编号 稳定加载量（kN） 沉降值（mm） 极限承载力（kN） 极限承载力对应沉降量（mm） 极限承载力统计值（kN）
PHC-500AB
（125） A1 4950 48.40 4400 23.14 4767
A2 5500 46.81 4950 18.32
A3 5500 40.59 4950 20.15
PHC-400AB
（95） A17 4000 48.58 3600 35.59 3450
A18 3600 50.39 3150 23.13
A19 4000 48.24 3600 23.46
ZH-45-**C A29 5400 76.55 4800 33.49 5233
A30 6000 42.81 5400 19.45 A31 6050 46.38 5500 23.48
3.3 单桩水平静载试验
三种桩型共检测9根桩，测试加荷方式为单向多循环加载法。测试水平静荷载由安装在桩侧的油压千斤顶进行逐级加荷，千斤顶所需的反力由邻近锚桩承担。水平位移测试点位于水平力作用点平面，水平位移由对称方向安装的大量程百分表测读。设计要求提供水平允许位移10mm的水平承载力特征值。
单桩水平静载试验现场图片见图3，检测结果见表4。
图3：单桩水平静载试验现场图片
表4：单桩水平静载试验结果表
桩型 试桩编号 10mm位移对应的水平承载力特征值（kN） 10mm位移的对应承载力统计值（kN）
PHC-500AB125 A-7 136 136
A-8 196
A-9 155
PHC-400AB95 A-12 162 97
A-13 135
A-14 141
ZH-45-**C A-24 232 210
A-25 209
A-26 189
3.4 单桩竖向抗拔静载试验
三种桩型共检测9根桩，测试加荷方式采用慢速维持荷载法。测试静荷载由安装在桩侧的油压千斤顶进行逐级加荷，千斤顶所需的反力由混凝土支座、工字钢、连接器、反力转换架等组成的试验反力装置提供，反力由地基土承担。
单桩竖向抗拔静载试验现场图片见图4，检测结果见表5。
图4：单桩竖向抗拔静载试验现场图片
表5：单桩竖向抗拔静载试验结果表
桩型 试桩
编号 最大测试荷载（kN） 最大测试荷载下桩顶
累计沉降（mm） 抗拔极限承
载力（kN） 抗拔极限承载力对应
累计沉降（mm） 抗拔极限承载力
统计值（kN）
PHC-500AB（125） A-4 1600 101.1 1400 9.13 1267
A-5 1350 102.71 1200 10.88
A-6 1400 101.84 1200 7.36
PHC-400AB（95） A-15 1350 103.66 1100 9.25 1067
A-16 1200 105.82 1050 9.32
A-18 1200 104.27 1050 7.24
ZH-45-**C A-26 1600 102.94 1400 7.30 1550
A-27 2000 133.96 1750 32.05
A-28 1750 126.14 1500 22.45
4. 價值工程模型比选
4.1 价值工程理论简介
价值工程（Value Engineering）简称VE，是一种把功能与成本、技术与经济结合起来进行技术经济评价的方法，是以提高产品（或作业）价值和有效利用资源为目的，通过有组织的创造性工作，寻求用最低的寿命周期成本，可靠地实现使用者所需功能，以获得最佳的综合效益的一种管理技术。其基本原理是反映功能与成本的关系，用公式可表示为：
V=F / C
式中，V — 价值（Value，反映研究对象的功能与费用的匹配程度）；
F — 功能（Function，研究对象满足某种需求的程度，即效用）；
C — 成本（Cost，研究对象所投入的资源，即费用）；
从价值工程的定义可知，价值工程是用功能分析的方法，以最低单位成本获得产品或作业的必要功能，从而达到提高价值的目的。价值系数越大，说明产品或作业的功能与成本的匹配越好。
4.2 建立桩型比选模型
桩型比选模型建立步骤如下：
1、对象选择：以备选的PHC-500AB（125）、PHC-400AB（95）和ZH-45-**C三种桩型作为价值分析对象；
2、功能分析：桩基设计时采用的单桩承载力指标是桩型比选时应考虑的主要功能，即单桩竖向抗压承载力特征值、单桩水平承载力特征值和单桩竖向抗拔承载力特征值。
3、功能评价：单桩荷载试验已经获得了可靠的单桩竖向极限承载力统计值和水平承载力特征值。又根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008，单桩竖向承载力特征值一般确定为单桩竖向极限承载力标准值的1 / 2，由此计算并汇总三种桩型的承载力特征值见表6。
表6：三种桩型承载力特征值汇总表
桩型 抗压极限承载力统计值（kN） 抗压承载力特征值（kN） 抗拔极限承载力统计值（kN） 抗拔承载力特征值（kN） 水平承载力特征值（kN）
PHC-500AB（125） 4767 2383.5 1267 633.5 136
PHC-400AB（95） 3450 1725 1067 533.5 97
ZH-45-**C 5233 2616.5 1550 775 210
4、成本分析：根据项目周边的市场价格信息，三种桩型的采购成本分别是：
PHC-500AB（125）：290元/m
PHC-400AB（95）：250元/m
ZH-45-**C：380元/m
5、方案评价：即运用公式V=F/C 对三种桩型进行量化指标评价，计算结果见表7。
表7：价值系数对比表
桩型 成本（元/m） 抗压承载力
特征值（kN） 抗压承载力
价值系数 抗拔承载力
特征值（kN） 抗拔承载力
价值系数 水平承载力特
征值（kN） 水平承载力
价值系数
PHC-500AB（125） 290 2383.5 8.2 633.5 2.18 136 0.47
PHC-400AB（95） 250 1725 6.9 533.5 2.1 97 0.39
ZH-45-**C 380 2616.5 6.9 775 2.0 210 0.55
4.3 技术经济评价
从表7可以看出，PHC-500AB（125）的抗压承载力价值系数和抗拔承载力价值系数均最大，ZH-45-**C的水平承载力价值系数最大。因此：
1、当桩基设计主要考虑抗压承载力特征值时，选择PHC-500AB（125）预制管桩是最佳桩型。相比选择PHC-400AB（95）预制管桩和ZH-45-**C预制方桩，成本均节约18.8%（注：价值系数8.2÷6.9≈1.188）。
2、当桩基设计主要考虑抗拔承载力特征值时，选择PHC-500AB（125）预制管桩也是最佳桩型。相比选择PHC-400AB（95）预制管桩，成本均节约3.8%（注：价值系数2.18÷2.1≈1.038），相比选择ZH-45-**C预制方桩，成本均节约9%（注：价值系数2.18÷2.0=1.09）。
3、当桩基设计主要考虑水平承载力特征值时，选择ZH-45-**C是最佳桩型。相比选择PHC-500AB（125）预制管桩，成本均节约17%（注：价值系数0.55÷0.47≈1.17），相比选择PHC-400AB（95）预制管桩，成本均节约41%（注：价值系数0.55÷0.39≈1.41）。
结合某1200万吨/年炼油项目，桩基设计时主要考（下转第56页）