基于高層建筑地基加固處理施工技術的研究

李彪奇

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引言

隨著我國社會經濟的發展，高層建筑呈現層數高、結構體系復雜、施工技術不斷更新等特點。當前的高層建筑的受力復雜，對于地基要求更高。高層建筑基礎施工是高層建筑的關鍵環節，由于天然地基無法滿足高層建筑的需求，通常需要采用加固技術，確保基礎承載力滿足高層建筑需求。受到地質條件、施工工藝等方面的影響，樁基方案造價較高，因此采用地基加固的方式，能夠降低施工成本，提升地基的穩定性[1]。但是由于當前的地基加固方式較多，施工方式選擇難度較大，而且相關的施工技術對環境也會造成影響。所以在樁基加固工程實踐中，需要結合工程實際需求、地基加固技術的特點以及施工技術成本，綜合對比選用最合適的加固技術，在確保加固后的地基滿足高層建筑的基礎上，降低工程造價，提升工程效率。本文對高層建筑地基加固技術進行研究，采用工程案例的方式探討地基加固技術的施工流程以及技術控制要點。

1 工程概述

1.1 工程整體情況

龍湖世紀城項目位于成都新會展片區，地塊為帶狀形較狹長，由1-10棟150米高的塔樓呈一字型展開組成，容積率為9.8，定位為超高層空中豪宅。項目背面朝會展商業街，正面面對天鵝湖二期。景觀呈前后臺地景觀，高差5.4米左右，頂板覆土1-1.2米。景觀總面積約40000平米，風格定位為新古典主義。按照《建筑抗震設計規范》，該建筑為乙類建筑，安全等級為1級。

1.2 工程地質構成

提前對該地地基進行檢測，該地基土的力學指標如表1所示。

表1 地基土的力學指標

通過地質勘查報告可知，該地區的地基內無不良地質現象，可用于建筑施工。高層建筑的地基開發深度為9-10m，因此需要對該地段的地基進行分析，了解地基結構的力學性能。通過勘查，可知該地段的均勻性較差，分布有卵石、細砂等結構，為了確保地基力學性能滿足建筑需求，需要對該地基結構進行加固處理。

1.3 基礎方案確定

常見的高層建筑基礎類型包括筏板基礎、十字交叉條形基礎和樁基，具體的基礎形式以及應用如下：（1）筏板基礎，主要應用于軟土地基結構，通過鋼筋混凝土筏板基礎能夠提供足夠的支撐；（2）十字交叉條形基礎，通過柱網設置橫向與縱向的鋼筋混凝土條形基礎，從而為高層建筑提供基礎支撐，該結構主要適用于地基較弱的體制結構，能夠為建筑結構提供足夠的承載力；（3）樁基，高層建筑常見的基礎類型，樁基適用于不同地質結構，通過鋼筋混凝土預制、砂石結構等形成樁基結構，為高層建筑提供基礎支撐；（4）箱型結構，通過鋼筋混凝土箱型結構為建筑提供基礎支撐。

為了滿足工程建筑的基礎要求，需要根據地質結構以及施工實際，選擇釋放的基礎防范以及加固方式。根據《建筑地基基礎設計規范》，高層建筑的基礎應該確保基礎能夠提供足夠的承載力，避免基礎變形。考慮到地質報告以及施工難度，工程采用整體性好、剛度大并且能夠適用于多種地質結構的基礎。選擇方案包括筏板基礎、人工挖孔灌注樁等方式，為了確保基礎滿足高層建筑建設的需求，選擇在卵石層加入筏板基礎，通過鋼筋混凝土后平板，加固地層結構，使該地層結構能夠承載較為集中的剪切應力。

2 高層建筑基礎設計的意義

2.1 高層建筑的基礎設計

根據《高層建筑混凝土結構技術規程》，高層建筑的建筑高度高于27m的住宅建筑，建筑高度高于24m的其他民用建筑，或建設高度高于10層以上的建筑混凝土結構。高層建筑在遭遇強風、強震時會產生較大的水平側向力，重量大，會產生沉降作用。高層建筑受力復雜，高層建筑基礎施工必須滿足高層建筑的工程需求。從工程造價的角度來看，高層建筑的技術施工費用占建筑工程費用的10-20%，占整個工期的20-25%，基礎工程在高層建筑工程中占有重要的位置。

2.2 高層建筑基礎設計的一般規定

根據《高層建筑混凝土結構技術規程》的規定，高層建筑基礎設計，必須對高層建筑所在的地質狀況、周圍環境、高層建筑施工條件與使用要求進行綜合考慮。高層建筑基礎的基本要求是確保滿足建筑物的使用要求，避免發生過度沉降和傾斜[2]，并且需要注重建筑物與周圍環境、與相鄰建筑物的相互影響。當建筑物處于地震帶區域時，需要嚴格遵守當地的高層建筑抗震指標，采取有效的方式加強基礎建設，避免由于地基不穩而對建筑物造成損壞。為了確保基礎設計滿足高層建筑的需求，通常采用整體性好，滿足地基承載力的基礎結構。

圖1 復合樁地基示意圖

2.3 高層建筑地基加固常用技術

高層建筑常用的施工技術包括灌漿加固技術、高壓旋噴法、CFG樁復合樁技術、砂石墊層換填技術，具體技術以及應用如下：（1）灌漿加固法，灌漿是高層建筑地基施工的常用技術，通過將具有膠結性能和填充材料注入地層中，通過灌漿材料與周邊底層產生作用，從而實現地基加固，防止地基變形，灌膠加固法需要結合當地地質條件展開施工；（2）高壓旋噴法，高壓旋噴是采用高壓噴流設備，將泥漿噴入周圍土層中，通過鉆機與高壓旋噴設備的相互作用，能夠與周邊土體產生混合，并且形成具有較強抗剪切強度的固結體；（3）CFG樁復合樁技術，該技術是采用水泥粉煤灰碎石等進行充分攪拌，形成具有較高強度的樁基，對地基產生加固作用，CFG樁常用語軟土地基加固處理，通過將水泥粉煤灰碎石與地基產生作用，能夠實現地基排水，強化地基結構，獲得良好的加固性能[3]；（4）砂石墊層換填技術，該技術主要應用于高層建筑中埋藏較淺的軟土地基結構，通過砂石換填的方式，將軟土地基替換為砂礫、粗砂等材料，通過對軟土進行替換，實現地基排水，加固地基地作用。砂石墊層換填技術需要按照先深后淺的順序展開施工，換填結束后需開展壓實處理。

3 高層建筑地基加固處理技術

工程采用高壓旋噴法加固基礎，通過工程鉆孔到達相應深度，并且采用高壓噴射水泥漿液，與土層形成筏板結構，從而實現加固基礎的目的。

3.1 高壓旋噴法加固工藝

高壓旋噴法主要是利用工程鉆機、高壓脈沖、噴射裝置等設備，將水泥漿液與土層相結合，等膠結硬化后形成較為穩定的基礎結構，提升地基承載能力。高壓旋噴法適用于軟土地基、淤泥、粉土、砂土、碎石土等相關地質，通過水泥漿液與地質結構相互作用，能夠排出地基中的水分，加固地基，該方法應用范圍廣泛，而且加固效果突出，可用于深基礎的開挖支撐。高壓旋噴法采用高壓脈沖泵向土體噴射水泥漿液，并且鉆桿以一定速度向上旋轉提升，形成加固后的旋噴樁。為了確保工程質量，需要合理選擇高壓噴射設備，確保高壓噴射的施工滿足工程需求。而且需要根據土質條件以及工程需求，合理選擇旋噴原料。加強對旋噴用水泥漿液的管理，確保水泥漿液原料質量，可適當將加入氯化鈣和三乙醇胺等試劑加固硬化速度。

3.2 高壓旋噴法加固流程

高壓旋噴法加固工藝流程如下：（1）測量與基礎選擇，首先根據地質結構報告，選擇合適的施工地點，并且確定筏板基礎的結構構型，明確樁基施工點；（2）布放樁位，按照控制點，布設施工位置，明確樁基的結構以及位置，設置相應的樁位，明確施工點；（3）引孔，根據施工位置采用鉆機打孔，為了確保施工順利以及為后期檢測提供便利，需要對打孔的位置、打孔深度以及孔徑大小進行控制，避免形成土體隆起；（4）旋噴注漿，采用高速脈沖注入水泥漿液，控制噴射速度，并且緩慢旋轉提升噴頭，使水泥漿液能夠噴射到周圍土體，與周圍土體形成膠黏作用，從而加固，水泥漿噴射的順序是從下往上，并且先從中間噴射，再逐漸向外圍向上擴展，為了確保水泥漿液與周圍土層結合緊密，需要控制噴射速度，旋轉上升的速度等參數；（5）回灌補漿，噴射后，再度利用以上方式回灌補漿，增加地基承載力，再度加固基礎；（6）樁頭處理，灌漿結束后，對樁頭進行有效處理，確保樁頭標高符合設計；（7）做好施工記錄，施工記錄是工程施工的真實寫照，需要對工程中的施工流程、施工參數、施工異常等進行詳細記錄，為后續驗收以及工程檢驗提供依據。工程中所用的水泥漿液為高標號的硅酸鹽水泥漿液拌合物，所用的鉆機型號為SH-30，需要用到旋噴注漿機及其配套裝置。

圖2 復合地基承壓示意圖

3.3 樁基承載力計算方法

根據《建筑地基處理技術規范》 JGJ 79-2002 進行計算，需要綜合考慮各種因素對于樁基承載力的影響，最終得到樁基承載力的計算公式為：

其中：m為樁對土的面積置換率；Ra為單樁豎向承載力特征值（kN）；Ap為單樁的截面面積（m2）；β為樁間土承載力折減系數，易按地區經驗取值，如無經驗時可取 0.75～0.95，天然地基承載力較高時取大值；為處理后樁間土承載力特征值（kPa），易按地區經驗取值。

3.4 加固效果檢測

灌漿后對加固后的地基進行分析，采用現場荷載試驗和動力觸探試驗，檢測加固后的地基地力學性能。按照《建筑地基處理技術規范》和《建筑地基基礎設計規范》，根據樁基的結構，隨機抽取六個試驗點檢測樁基的承載力，動力觸探試驗需要根據加固區域選擇11個試驗點。采用剛性壓板作為壓板，并且采用1號試驗點的原狀土作為對照物，采用千斤頂進行加載處理，根據樁基基礎選擇壓力表，按照有關規程進行加壓操作；同時采用百分表測量壓板沉降量，確定荷載下的樣品承受能力以及荷載作用下壓板的沉降量。承載力試驗結果如表2所示。

表2 地基試驗點承載力結果

加固前的地基承載力以未加固的1號樣品為標準。所測試的1號加載等級為8級，其余樣品加載等級均為10級，試驗結果顯示，相比起未經過加固處理的1號樣品，其他樣品的承載力明顯提升，而且都能夠滿足建筑工程承載需求。經過測試表明，采用高壓噴射法加固地基，加固后的地基承載力標準值高于350MPa，而且沉降試驗顯示地基地承載力滿足建筑標準，表明該方法能夠有效加固地基，確保建筑工程安全。

3.5 經濟性對比

本著經濟適用的原則，對鉆孔灌樁法和高壓旋噴法的經濟性進行分析。經對比分析，鉆孔灌注樁的設計總價遠高于高壓旋噴法的設計總價，而且鉆孔灌樁法的施工工期常，施工時間與檢測時間均高于高壓旋噴法，環境效益和經濟效益較差。高壓旋噴法所得的樁基結構適用性廣，承載力提升幅度高，而且施工工期短，能夠大量節省施工成本。相比于其他的樁基施工方案，高壓旋噴法施工能夠保護環境，適應環保施工的需求，具有廣泛的應用價值，

4 高層建筑地基加固施工控制要點

4.1 水泥漿質量控制

工程所用的混凝土筏板基礎厚度大，運輸距離長，需要對水泥漿質量以及施工過程水泥漿施工工藝進行嚴格控制。工程所用的水泥漿為C35混凝土，底板混凝土厚度為2m，施工過程因為大體積混凝土結構內外溫差大，容易產生收縮裂縫，需要在施工前以及施工中進行嚴格控制。施工前對水泥漿的水灰比進行控制，并且運送到現場后攪拌，獲得施工所需的漿液。按照工程需求，將水泥漿施工分為三個施工階段，第1段澆筑后養護6天，在進行第2、3段澆筑，水泥漿澆筑的速度控制在1200m3/天。構建專門的施工隊伍，對水泥漿的運輸、泵送、澆灌、養護等全過程進行控制，確保施工滿足工程需求。

4.2 加固施工設計控制

地基加固施工前，必須做好詳細的設計規劃。高層建筑基礎加固是一項復雜工程，工程耗時長，成本高，合理地設計規劃能夠選擇最優方案，降低施工成本，提升施工效率。本文所研究的工程地基相對穩定，主要是由粉土、砂礫、卵石等組成的結構，地基相對穩定，但是均勻性較差。為了滿足建筑工程1級抗爭的需求，對各種基礎方案進行對中，最終選擇合適的地基加固方案，并且在此基礎上，合理安排施工順序、明確施工組織，形成較為完整的施工設計圖紙。施工隊伍入場后，開展設計交底，確保施工嚴格按照設計進行[4]。

4.3 加固施工工藝控制

高壓旋噴法施工過程中，可能會出現鉆機打孔偏移、噴射灌漿控制不住等情況，為了避免施工異常，需要對施工工藝進行嚴格控制。在本工程的施工過程中，主要的施工問題是未按照相關標準嚴格施工，產生施工異常，最終停止施工，分析產生異常的原因，解決問題后繼續施工。鉆機打孔應該嚴格按照軸線進行，如果發生偏移需立即糾偏。噴射旋轉提升應該根據工藝需求控制旋轉上升速度，避免因為過快或者過慢影響施工質量。施工過程加強安全管理，確保文明施工，采用培訓等方式提高施工人員的安全意識，明確安全控制要點，避免發生施工事故。

5 結語

高層建筑地基加固是高層建筑工程的重要環節，采用地基加固能夠提升地基承載力，滿足高層建筑需求。本文對成都市某高層建筑地基施工工藝進行分析，結合地質情況以及施工需求，選擇高壓旋噴法進行地基加固。嚴格控制施工設計與施工工藝，最終形成的筏板樁基承載力與沉降均符合相關規范，滿足高層建筑工程需求。