高層建筑沖孔灌注樁基礎的設計與施工

摘要:沖孔灌注樁，是將沖錘提升到一定高度，利用沖錘自由下落的沖擊能量沖擊打碎土層或巖石，并通過泥漿循環排出泥渣達到成孔的目的。沖孔灌注樁具有穿透巖層能力強、穩定性好、適應性強、施工孔深不受限制等優點，近年來逐漸成為廣州市深基坑支護工程的常用方式。但由于沖孔灌注樁是一項技術要求高、施工難度大的隱蔽工程，施工和管理不當則會造成各種各樣的工程質量問題，因此，應施工過程中對其質量進行嚴格控制。文中就高層建筑沖孔灌注樁的設計與施工要點進行了簡要的論述。

關鍵詞:高層建筑 沖孔灌注樁 設計 施工

0 引言

在高層建筑、舊城改造的樁基礎中，沖孔灌注樁以其低噪音、對周圍環境影響較小、無擠土效應等特點被廣泛應用。傳統的沖(鉆)孔灌注樁的施工工藝在成孔中，為避免塌孔必須采用泥漿護壁，但由于泥漿護壁所形成的泥皮影響了樁側摩阻力的發揮;同時由于施工工藝上的原因，孔底沉渣不易清除，也影響了樁端阻力的發揮。因此目前較為常用的方法是在沖孔灌注樁上采用后壓漿技術，其主要目的就是減輕或消除樁側泥漿護壁和孔底沉渣對單樁極限承載力的影響，提高單樁承載力。采用沖(鉆)孔灌注樁，可穿越所有土層，但成孔時要采用泥漿護壁會影響樁的承載力，樁底沉渣也不易清除，如果樁端要進入風化巖層則造價較高。如果將樁端持力層選擇在礫卵石層上，同時采用后壓漿技術，則可大大縮短樁的長度，通過注漿可消除或擠密樁側泥皮和樁底沉渣并提高礫卵石層的樁端承載力，從而較大幅度地提高單樁承載力，減少工程造價。

1 高層建筑沖孔灌注樁基礎設計

在進行高層建筑沖孔灌注樁的設計前，要根據當地施工經驗和可選的基礎形式結合場地地質情況，并對工程要求進行設計。

1.1 高層建筑沖孔灌注樁基礎設計 在進行高層建筑沖孔灌注樁基礎設計時，要通過對工程所在地地質進行勘探，確定建筑物地質情況。然后確定樁基的選用，對于建筑物所受荷載大、變形控制嚴格以及工程擬建地地質較差的情況，要通過多種灌注樁的復合使用來達到建筑目的。通過分析和調查確認沖孔灌注樁位置與根數，然后對其進行有效計算。首先對樁長進行確定，然后估算單樁極限承載力。通過標準公式Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp(d<800mm)，(d≥800mm)計算樁的豎向極限承載力標準值。另外還要多注意對各分項系數進行考慮。隨著活載變異系數的增大，樁側阻、端阻和承臺底土反力分項系數均減少，恒載分項系數也相應減小，而活載分項系數則隨之增大。隨著承臺底土摩擦角或粘滯力的變異性增大，樁側阻、端阻、恒載效應、活載效應的分項系數均隨之減少，承臺底土反力分項系數相應增加。

在高層建筑沖孔灌注樁設計完成后為確保樁基質量萬無一失，需從總數樁中按1%的比例且不應小于3根(工程總樁數在50根以內時不應少于2根)抽選工程樁作為試驗樁，待試樁靜載檢測合格后方可全面施工樁基。

1.2 高層建筑沖孔灌注樁設計中關于質量控制的注意事項 高層建筑沖孔灌注樁質量控制的注意事項，首先要對造孔進行質量控制。造孔質量包括:孔位偏差、樁孔垂直度偏差、孔徑偏差及孔深與孔底沉渣厚度問題等。根據相關規范中的允許值對設計要求進行規定，在實際工程施工過程嚴格按照規定進行控制。對于沖孔灌注樁質量影響的另一個因素是清孔質量，在鉆孔達到設計深度后，在灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度應符合下列規定:端承樁≤50mm;摩擦端承、端承摩擦樁≤100mm;摩擦樁≤300mm。為此，在清孔過程中應不間斷地置換泥漿，直至澆注水下混凝土，并保持孔底500mm以內的泥漿比重<1.25，含砂率≤8%，粘度≤28s。這些數據及要求在進行灌注樁設計的時候都要考慮進去，以此來確定孔深等數據。另外對于混凝土拌制質量在設計時也應考慮進去，由于灌注混凝土工藝的特殊性，其對混凝土的性質及拌制質量有如下一些特定要求:①混凝土的強度應比設計強度提高5MPa;②混凝土的坍落度宜為18~22cm，并有一定的流動保持率，坍落度降至15cm的時間不宜小于1h，擴散度宜為34~38cm;③混凝土的初凝時間應滿足整個灌注過程(從攪拌第1斗混凝土開始至灌完最后1斗混凝土并拔出導管為止)，一般為3~4h，如運輸距離較遠，一般宜在混凝土中摻加緩凝劑。

1.3 關于高層建筑沖孔灌注樁灌注設計分析 由于高層建筑沖孔灌注樁是整個工程質量的關鍵，因此針對混凝土的灌注也應在事前進行優良的設計，根據有關規定的相關要求，設計出適宜工程的混凝土混合比例、灌注量、混凝土攪拌時間等，根據不同的地質情況及工程情況進行合理的設計。設計良好的混合量，將灌注間歇時間控制在15min之內，最多不得超過30min，每根樁整個灌注過程應盡可能控制在4~6h以內完成，以保證混凝土的均勻性。這就要求在施工前將單根樁及所用混凝土進行計算，通過前期的設計規劃及施工前的計算做好混凝土的混合工作。而且混凝土滯留空氣的時間對于混凝土的強度有一定的影響，因此根據混凝土應在1.5h內灌注完畢，夏季應在1.0h內灌完的要求，要結合灌注樁的要求進行混凝土混合，否則應摻加緩凝劑。混凝土應灌注至設計樁頂標高以上規定的高度，以保證設計樁頂標高以下混凝土的質量。

2 施工工藝流程及相應技術措施

沖孔灌注樁的主要施工工藝流程如下:測量放線→樁機就位→護筒埋設→沖擊至設計深度→清孔→鋼筋籠制作及安裝→混凝土導管安裝→二次清孔→水下混凝土澆灌。

2.1 測量放線 用經緯儀放出樁位后，于樁中心插一鋼筋，然后報業主和監理復核合格后，方可開工。

2.2 樁機就位 樁機應放平放穩，機底應墊木，避免因機身傾斜而造成的樁孔偏斜。

2.3 護筒埋設 護筒采用4-8mm厚的鋼板加工制成，高度1.5m，內徑為D(樁徑)+20cm，護筒上部開設1-2個溢漿孔;復核樁位中心后，在護筒四周用粘土回填夯實，護筒埋設深度一般為1.2-1.5m。

2.4 沖擊成孔 沖擊成孔是沖孔灌注樁施工過程的重要環節，大部份質量事故往往出現在這一環節。

2.5 清孔(二次清孔) 沖孔結束至鋼筋籠放下這段時間內，應采用橡膠管進行一次清孔。一次清孔的目的是降低泥漿比重，防止二次清孔因沉淤過厚而難以清理，以及保證鋼筋籠下放順利。二次清孔利用澆砼用的導管進行，二次清孔泥漿比重應控制在1.25以下，粘度≤28s，含砂率≤8%。而由于基坑支護樁主要承受側向土壓力，孔底沉渣厚度小于200mm即可。

2.6 鋼筋籠制作安裝 預先按設計要求制作好鋼筋籠。為確保主筋保護層厚度，應在鋼筋外側每隔2m焊接70厚鋼筋墊圈。為使起吊過程中鋼筋墊圈不損壞，可在鋼筋籠放入孔中時，邊沉放邊焊接墊圈。為確保鋼筋籠位置符合設計標高，可在鋼筋籠頂部焊接兩根一定長度的吊筋，吊筋長度=護筒標高-鋼筋籠設計標高。吊筋應通過可靠措施固定在護筒上，以防止鋼筋籠下沉至孔底，或澆砼時鋼筋籠上浮。

2.7 澆灌水下混凝土 澆灌水下混凝土也是成樁過程中的關鍵工藝，如若管理不善，容易造成斷樁、裹泥等質量事故。因此，施工人員應嚴格控制整個澆灌過程。

樁混凝土應具有良好的和易性，坍落度控制在180-220mm之間。在進行第一斗混凝土灌注時，應計算料斗砼灌注量，以確保第一斗混凝土灌注后，導管埋入砼中不少于1m。

高層建筑沖孔灌注樁是整個工程設計與施工的重點，其對于整個工程質量有著重要的影響。因此在進行高層建筑沖孔灌注樁的設計時，要充分考慮建筑擬建地的地質情況與建筑施工地區的氣候特點，將灌注中的各個環節充分考慮進去，以保障工程施工的質量。

參考文獻:

[1]趙旭.高層建筑沖孔灌注樁設計綱要[J].建筑工程，2004，11.

[2]武小旭.沖(鉆)孔灌注樁設計與施工[J].建筑資訊，2007，8.