淺談地基基礎(chǔ)的類型和樁基礎(chǔ)應(yīng)用

韓德昌

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）工程技術(shù)學(xué)院（100083）

0 引言

隨著近年來我國綜合國力的提升以及市場經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，我國的工程建筑行業(yè)已經(jīng)得到穩(wěn)定快速的進(jìn)步。新型建筑材料和各種建筑結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)使得我國人民更加注意自己所處的生活條件和工作環(huán)境。地基基礎(chǔ)是房屋建筑的一個(gè)重要組成部分，地基的安全與否，不僅取決于要根據(jù)場地的工程地質(zhì)條件來選用合適的地基基礎(chǔ)類型，選擇正確且合適的施工技術(shù)也很重要。選擇合適的基礎(chǔ)類型和應(yīng)用更科學(xué)的施工技術(shù)都能夠顯著提高房屋建筑的穩(wěn)定性。

1 地基基礎(chǔ)類型

基礎(chǔ)一般泛指埋入地下的一個(gè)擴(kuò)大區(qū)域，其將上部建筑物和地基連接起來并且傳遞上部的荷載。地基基礎(chǔ)按照其埋藏的深度可以分為淺基礎(chǔ)（小于5 m或者埋深小于寬度）和深基礎(chǔ)。淺基礎(chǔ)按照結(jié)構(gòu)形式可以分為獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏板、箱型和殼體基礎(chǔ)。深基礎(chǔ)的類型包括樁基、墩基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻、沉井、沉箱等幾種類型。地基基礎(chǔ)的主要功能是為了能夠完全支撐整個(gè)工程建筑物的荷載。就其安全性和經(jīng)濟(jì)性而言，地基基礎(chǔ)應(yīng)該充分滿足地基的承載力、強(qiáng)度、變形值和建筑物的整體穩(wěn)定性要求，并且必須滿足設(shè)計(jì)期限內(nèi)正常運(yùn)行的要求。除此之外，地基基礎(chǔ)還應(yīng)該滿足當(dāng)?shù)氐目拐鹨螅诘卣饋砼R時(shí)能夠避免地震波帶來的建筑物失穩(wěn)或者坍塌問題。由于高層建筑主要應(yīng)用的是深基礎(chǔ)，而樁基礎(chǔ)的應(yīng)用非常廣泛且有代表性，文章將詳細(xì)的介紹關(guān)于樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)[1]。

2 樁基礎(chǔ)施工應(yīng)用

隨著高層建筑的興起，淺基礎(chǔ)往往不能滿足地基承載力和整體穩(wěn)定性要求。樁基礎(chǔ)施工是一種常見的深基礎(chǔ)施工形式，根據(jù)基礎(chǔ)施工方法和技術(shù)特點(diǎn)具體分為預(yù)制樁和灌注樁兩種。預(yù)制樁是指在工廠或者工程施工現(xiàn)場加工制成的各種不同形式的樁。根據(jù)場地不同工程地質(zhì)條件，預(yù)制樁可以通過四種沉樁的施工方法將其沉降到設(shè)計(jì)標(biāo)高。灌注樁指的是在施工現(xiàn)場首先使用各種機(jī)械或其他人工工具成孔，最后在鉆孔中埋入鋼筋和灌注一定強(qiáng)度的混凝土。下面是關(guān)于預(yù)制樁及四種沉樁方法以及典型的人工挖孔樁和鉆孔灌注樁較為詳細(xì)的施工技術(shù)應(yīng)用[2]。

2.1 預(yù)制鋼筋混凝土樁

預(yù)制鋼筋混凝土樁是指預(yù)制而成的管樁或者方樁。以管樁為例，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到C80以上時(shí)稱作預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁（PHC）。隨著我國城市大型高層建筑的興起，樓層逐漸增高，淺基礎(chǔ)不能完全適用于荷載的設(shè)計(jì)和施工要求，PHC被廣泛應(yīng)用已經(jīng)成為了一種發(fā)展趨勢。PHC的結(jié)構(gòu)組成部分包括鋼筋骨架，高強(qiáng)度混凝土，還有一些樁套箍、端板等鋼結(jié)構(gòu)。該管樁選擇了先張法，通過離心成型及高壓蒸氣養(yǎng)護(hù)，大大提高了其耐久性和承載能力。在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的建筑工程設(shè)計(jì)中，一般都依靠于勘察報(bào)告里面給出的地層狀況，根據(jù)其物理動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)指標(biāo)來準(zhǔn)確估算出單樁的承載力特征值，然后再通過靜載試驗(yàn)的方法來檢測這個(gè)特征值的準(zhǔn)確性。預(yù)制鋼筋混凝土樁一般都是直接采用現(xiàn)代工業(yè)化的生產(chǎn)模式，并利用傳統(tǒng)的機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行預(yù)制而成，運(yùn)輸時(shí)能夠很好保持整個(gè)樁體的結(jié)構(gòu)整體感，其中單樁的承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出相同規(guī)格的其它樁種。預(yù)制鋼筋混凝土樁在施工中具備很強(qiáng)的貫通穿透土體表層的能力，成樁后施工效果佳，質(zhì)量可靠，沉降量少，基本上能夠滿足建筑工程在不同的復(fù)雜、多變環(huán)境中的施工需求。該樁型成本較低，施工速度快并可以滿足不同樁長。這種高強(qiáng)度混凝土管樁具有很好的抗彎、耐裂和抗剪性能，一般適合在粉土、砂土和承載能力較弱的軟土地區(qū)使用[3]。

2.2 靜力壓樁法

靜力壓樁是指用鋼絲繩、滑輪和壓梁，利用壓樁架的自重以及配重把樁基的重力轉(zhuǎn)壓到樁頂上，克服樁體與土之間的摩擦力，從而逐節(jié)地將樁壓進(jìn)均勻的軟土中。與其他沉樁方法相比，靜力壓樁避免了錘擊的壓力，樁的配筋和斷面也可以降低，只需滿足承載力的要求和吊裝彎矩。除此之外，這種沉樁的施工方法對周圍環(huán)境影響很小，壓樁所引起的擠土少，產(chǎn)生的噪聲小，無任何振動(dòng)，特別是適合于在一些城市地區(qū)中的軟土地區(qū)進(jìn)行施工，適用于建筑物密集地帶的樁基礎(chǔ)工程及一些精密廠房的改造工程。施工過程中應(yīng)該特別注意的一點(diǎn)就是:由于存在擠壓土效應(yīng)，靜力壓樁不適用于中密砂夾層超過2 m的情況。壓樁時(shí)要盡量避免樁體的突然沉降或者傾斜和移位；當(dāng)壓樁的阻力發(fā)生變化或者樁頂混凝土損壞時(shí)，要暫緩作業(yè)，及時(shí)進(jìn)行研究和處理；定時(shí)監(jiān)視樁頂?shù)乃狡粩?shù)量和上浮數(shù)，若偏差很大，要進(jìn)行多次復(fù)壓；在壓樁時(shí)要盡量避免中途停止，持續(xù)作業(yè)能夠保持工程質(zhì)量。

2.3 錘擊沉樁法

錘擊沉樁是指通過錘擊所產(chǎn)生的沖擊力來有效克服樁身和周圍土的摩擦力。最終可以促使使用樁錘的預(yù)制樁沉入并達(dá)到樁身設(shè)計(jì)中的深度。打樁時(shí)用到的樁錘有墜錘、液壓錘、單雙動(dòng)汽錘、柴油機(jī)錘等，具體可以根據(jù)土質(zhì)情況選用。在錘擊過程中要特別注意對樁的貫入深度進(jìn)行控制，注意錘擊后的打樁深度、貫入土層的速率、打樁支撐架的垂直度，注意防止其位移和傾斜，仔細(xì)觀察錘樁貫入回彈的情況及貫入深度的變化。該種沉樁方式主要適合在樁徑相對較小（一般小于600 mm）的地基土質(zhì)為粉土、砂性土、可塑性黏土、細(xì)砂以及松散的碎卵石類土。該種方法雖然具有機(jī)械化水平程度高、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是普遍存在著噪聲污染、振動(dòng)和擠土等缺點(diǎn)。因此這種沉樁方法不適用于城市市中心及夜間建筑物的施工，而且也不適用于硬土和軟土中施工[4]。

2.4 振動(dòng)沉樁法

振動(dòng)沉樁的方法是指在施工時(shí)利用較大功率的振動(dòng)式打樁機(jī)并將其安裝在樁頂進(jìn)行作業(yè)，一方面可以利用樁的自重和振動(dòng)力把整個(gè)樁體沉入到地基土中，另一方面振動(dòng)也能夠使樁身周圍的泥土和顆粒強(qiáng)烈地震動(dòng)，這樣就使土體產(chǎn)生壓實(shí)性的收縮或者位移，減小了整個(gè)樁體的表面與土層間相互的摩擦。樁錘按照振動(dòng)頻率一般劃分為超高頻、中高頻和低頻。在施工作業(yè)中，要注意以最小的功率、最快的速度打樁，這樣可以使振動(dòng)對周圍環(huán)境的影響減到最小。總體來說，該方法設(shè)備構(gòu)造簡單、重量輕、體積小、消耗動(dòng)力少，主要適合于松散砂土、硬塑及軟塑的黏性土以及中密及較松的碎石土。這種技術(shù)雖然有著良好的特性，同樣也存在噪聲污染，施工時(shí)會(huì)給周邊人的生活帶來影響。

2.5 射水沉樁法

射水沉樁的方法特別適用于碎石土和密實(shí)的砂土，射水法一般和錘擊或振動(dòng)法配合進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)場不同的土質(zhì)條件，在砂夾卵石層或者堅(jiān)硬的土層中一般以射水為主，以錘擊或者振動(dòng)為輔；反之，在黏土或亞黏土中，以控制水量和射水時(shí)間的射水為輔，以控制錘擊和振動(dòng)組合為主。為了防止輸水管被拉斷或者脫落，在射水過程中施工人員要及時(shí)引送輸水管道，同時(shí)要特別注意控制好整個(gè)樁身不能下降過快以免堵塞噴嘴，在沉樁最后階段及時(shí)拔出射水管，進(jìn)而配合錘擊振動(dòng)方法將樁下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2.6 人工挖孔樁

人工挖孔樁指的是使用人工開挖土體，然后進(jìn)行現(xiàn)場澆筑的鋼筋混凝土樁。在現(xiàn)場施工時(shí)需要將已經(jīng)挖好的樁地?cái)U(kuò)充，用水流量控制樁孔大小，在孔中下放環(huán)形的鋼筋籠，最后埋入混凝土。人工挖孔樁的直徑一般超過800 mm，因此能夠承擔(dān)壓力較大的低樓層結(jié)構(gòu)主體。人工挖孔樁是一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的樁基礎(chǔ)施工技術(shù)：施工方便、對周圍環(huán)境影響較小、不需要大型的施工設(shè)備、有良好的抗震特性、造價(jià)低等，從而在對專業(yè)設(shè)備要求不高的小規(guī)模施工中得到了廣泛的應(yīng)用。存在的缺點(diǎn)是井下作業(yè)環(huán)境差，一定要做好安全管理，避免事故發(fā)生[5]。

2.7 鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁的施工方法指的是在工程現(xiàn)場的地基土中采用機(jī)械手段鉆孔，當(dāng)鉆到設(shè)計(jì)標(biāo)高后在樁孔內(nèi)下放鋼筋籠，最后用泵車灌注混凝土形成樁基礎(chǔ)。鉆孔灌注樁按照施工步驟順序分為:施工準(zhǔn)備、安裝及定位鉆機(jī)、埋設(shè)保護(hù)筒、制備泥漿、鉆孔、清孔和灌注混凝土。在施工過程中，保證鉆孔質(zhì)量非常重要，要時(shí)刻注意鉆進(jìn)速度和避免塌孔。后注漿的方法首先需要在灌注混凝土前，在鋼筋籠上預(yù)設(shè)幾根注漿管，成樁一段時(shí)間后往注漿管中加入水泥漿，從而將樁底部的淤積物如泥皮和沉渣全部固化去除。鉆孔灌注樁的優(yōu)勢也有很多，相對于預(yù)制鋼筋混凝土樁來說，其長度和半徑可以做得很大，克服了傳統(tǒng)預(yù)制樁橫截面有限的缺陷，因而其承載力也較大。與其他沉入式打樁方法的錘擊振動(dòng)方式相比，施工時(shí)所產(chǎn)生的振蕩和噪聲也較低，一般情況下可以適用于各種地基。缺點(diǎn)是在建筑物的施工中往往有可能會(huì)產(chǎn)生塌孔、沉渣等情況，需要進(jìn)行泥漿護(hù)壁；在泥水中灌注混凝土導(dǎo)致混凝土的質(zhì)量難以控制。這種施工技術(shù)往往適用于持力層是碎石層，其中碎石堅(jiān)硬且分布均勻，其厚度可以滿足施工設(shè)計(jì)的要求，充填土和碎石不會(huì)有任何膠結(jié)或有輕微的膠連。

3 結(jié)論

總而言之，我國在積極地進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)，高層建筑甚至超高層建筑不斷增加，選用合適的地基基礎(chǔ)類型和樁基礎(chǔ)施工發(fā)揮著重要的作用。科學(xué)的房屋建筑施工技術(shù)既能夠有效提升房屋建筑物的穩(wěn)定性，又能夠有效提高房屋建筑物的地基承載能力，還有利于保證房屋建筑物施工質(zhì)量和安全。所以在新時(shí)期地基基礎(chǔ)的施工中，根據(jù)不同的工程地質(zhì)條件來選用合適的地基基礎(chǔ)類型和施工技術(shù)就會(huì)顯得特別重要。只有這樣，才能通過提高施工水平來大幅度提高上層房屋建筑的穩(wěn)定性。