高層建筑樁基施工工藝研究

陳利民

摘 要：樁基的施工工藝對確保高層建筑的穩(wěn)定性有著非常重要的作用，樁基的質(zhì)量影響高層建筑的整體質(zhì)量。分析樁基在高層建筑中的作用，提高樁基的施工技術(shù)水準，推動建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：樁基施工；旋挖樁鉆孔施工；要點

中圖分類號：TU753? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）04-0040-03

0 引言

隨著城市化進程的加快和經(jīng)濟發(fā)展需求，高層建筑已成為當今土木工程領(lǐng)域中的主流建筑形式。高層建筑對地基承載能力的要求較高，作為高層建筑的關(guān)鍵支撐結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)對建筑物的穩(wěn)定性、安全性及耐久性具有至關(guān)重要的作用。因此，優(yōu)化和改進高層建筑樁基施工工藝，以確保樁基礎(chǔ)的質(zhì)量和性能，是土木工程中亟待解決的問題。

1 高層建筑樁基施工工藝的重要性

樁基礎(chǔ)作為高層建筑的重要支撐結(jié)構(gòu)，其施工工藝對于整個建筑物的穩(wěn)定性、安全性及耐久性具有關(guān)鍵性影響。隨著城市化進程的加快，高層建筑日益增多，對樁基礎(chǔ)施工工藝的要求也在不斷提高。在這種背景下，深入研究和優(yōu)化高層建筑樁基施工工藝，確保樁基礎(chǔ)的質(zhì)量和性能，顯得尤為重要。

2 樁基礎(chǔ)施工技術(shù)相關(guān)概述

2.1 樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的概念

樁基技術(shù)具有降低建筑物沉降水平、承載水平較高等優(yōu)勢，能夠最大限度地增強高層建筑的穩(wěn)定性，使建筑物在遭遇地震等自然災(zāi)害時，整體結(jié)構(gòu)不容易被破壞[1]。當建筑物受到級數(shù)較高的地震時，建筑物內(nèi)外的結(jié)構(gòu)需保持原有的狀態(tài)，不會因為發(fā)生變形而使結(jié)構(gòu)受到破壞，導致出現(xiàn)倒塌的可能性。

樁基礎(chǔ)施工中難度較低的是灌注樁施工方法，但是這種方法還有不足之處，在施工時需要消耗較多的工程材料，從而使整個工程項目的成本有所增加。另外，對于一些要求較高的建筑來說，這種方法形成的建筑承載力不能達到標準，對后續(xù)建筑的穩(wěn)定性造成影響。

樁基礎(chǔ)預制法，可以增加樁基的強度，但是施工難度較大，對操作人員的工作水平要求高，施工時間比較長。因此，在施工過程中，相關(guān)人員必須對柱基礎(chǔ)的施工工藝進行優(yōu)化，既要滿足建筑物的安全穩(wěn)定要求，又要充分考慮經(jīng)濟效益。

2.2 樁基礎(chǔ)分類

目前，樁基礎(chǔ)可以根據(jù)其承臺的位置、承載的性質(zhì)以及施工的方式進行分類。

按照承臺的位置分類，可以分成兩種：一種是高承臺的樁基，主要應(yīng)用在橋梁和港口建筑工程中。另一種是低承臺的樁基，一般情況下高層建筑會使用到低承臺的樁基。

根據(jù)承載的性質(zhì)，也可以分成兩種樁基：一種是摩擦型樁基，另一種是端承型樁基。摩擦型樁基的荷載主要是依靠樁體本身和下部土體的摩擦力，而端承型頂部的荷載是通過樁頂部的阻力所承受。

根據(jù)施工的方式，可以分成三種：第一種是鋼柱樁基礎(chǔ)，第二種是混凝土預制樁基礎(chǔ)，第三種是現(xiàn)澆混凝土灌注樁基礎(chǔ)。

根據(jù)材料的不同還可以分為鋼筋混凝土樁、鋼樁和木樁等。目前木樁已經(jīng)很少應(yīng)用，其中由于鋼筋混凝土樁的強度比較高，耐腐蝕性強，價格也比較有優(yōu)勢，所以在建筑行業(yè)中廣泛應(yīng)用。在選擇施工工藝時，要選擇合理的工藝，充分考慮建筑物的環(huán)境和地層結(jié)構(gòu)，以保證建筑物的整體質(zhì)量。

2.3 樁基施工技術(shù)要點

2.3.1 對樁頂?shù)臉烁哌M行檢測

當現(xiàn)場施工中的樁頂?shù)臉烁吲c設(shè)計標高一致時，施工人員可以在成樁之后進行驗收；當現(xiàn)場的標高要高于設(shè)計標高的時候，施工人員應(yīng)該在挖到設(shè)計標高的位置進行驗收。

2.3.2 成樁質(zhì)量檢查

成樁質(zhì)量的檢查，主要是對其成孔和清孔、鋼筋籠的制作以及安置、混凝土的攪拌和澆筑這幾個工序進行質(zhì)量檢查。對于一級類的樁基、地質(zhì)復雜的樁基以及成樁質(zhì)量不穩(wěn)定的樁基，則需進行成樁質(zhì)量的檢測[2]。

2.3.3 單樁承載力檢測

為了確保實際的單樁垂直承載力的范圍能夠與設(shè)計相匹配，工作人員應(yīng)該根據(jù)工程項目的重要性、相應(yīng)的地質(zhì)環(huán)境、設(shè)計的要求以及工程具體施工的情況，進行單樁靜載荷測試。

2.4 樁基施工程序

平整施工場地→進行墊層施工→開始測量和定位→挖第一節(jié)（1.5 m的樁子）→埋設(shè)護筒→在護壁上面添加標高線和十字軸線→安裝吊式起重機→挖樁孔→檢查持力層合格之后開始擴底→清理虛土→檢驗垂直度和孔徑大小→檢驗槽→吊鋼筋籠→在樁身澆筑混凝土→進行混凝土養(yǎng)護處理。

3 高層建筑樁基施工技術(shù)要點

3.1 施工準備

3.1.1 做好勘察工作

高層建筑較一般建筑更為困難，因此在進行打樁地基工程前，必須對建筑地質(zhì)進行徹底勘察，觀察大廈周圍的環(huán)境，小心搜集資料。在進行高層建筑勘測時，必須對地質(zhì)調(diào)查進行詳細分析，以明確所有有關(guān)現(xiàn)場地質(zhì)資料，并熟悉高層建筑工地周圍的一切情況。建筑施工前勘察結(jié)果的準確性，直接關(guān)系著日后工程的成功與否。

3.1.2 技術(shù)培訓

在高層建筑的樁基施工前，必須準備相應(yīng)的施工方案，確定與地下管道和樁基相關(guān)的所有工序。要保證施工過程中部分參數(shù)的準確性，使樁柱施工質(zhì)量能夠滿足高層建筑施工要求。

3.1.3 設(shè)備準備

高層建筑樁基在施工過程中需要經(jīng)常使用到大型的施工設(shè)備，因此為了確保施工設(shè)備的科學選擇，需要結(jié)合施工現(xiàn)場的具體地質(zhì)條件對設(shè)備進行選型。

3.2 旋挖樁鉆孔施工

旋挖樁鉆孔施工時，會用到大扭矩設(shè)備，該設(shè)備的噸位非常大，為了避免因為施工現(xiàn)場承載力不夠，而出現(xiàn)樁機下陷或者鉆桿傾斜等現(xiàn)象，需要在操作平臺上加設(shè)鋼板進行加固。

旋挖樁機在砂層施工，對砂層孔壁的干擾比較大，隨著樁徑的擴大，孔壁的環(huán)拱效應(yīng)開始下降，加上孔壁的工作時間不能過長，不然會使得大直徑的旋挖樁產(chǎn)生縮頸的現(xiàn)象，甚至引發(fā)坍塌的事故[3]。

為了避免這種安全事故的發(fā)生，工作人員在鉆孔的時候要注意以下3點：第一，需要先埋設(shè)一根比較深的護筒，以減少樁機對砂層的干擾，同時還能平衡孔壁承受的壓力。不過需要注意的是，在埋設(shè)護筒的時候，如果遇到了流沙層，則需要將護筒穿過流沙層。

第二，適當增加膨潤土的使用量，配置含量更多的化學泥漿，里面摻入一些CMC等化學材料，膠體率要＞98%，可以方便將泥漿滲入到孔壁巖土的縫隙中，形成凝膠，從而起到穩(wěn)定孔壁的作用。

第三，把控旋挖樁機進尺的速度，要緩慢地鉆進去，減少對地層的干擾。

3.3 鋼筋籠制作與吊裝施工

普通直徑鋼筋籠截面小、自重輕、加工方便，對加工場地的要求不高。而旋挖樁機因為其鋼筋籠截面的面積是普通的5～6倍，鋼筋的數(shù)量也比較多，所以在焊接時要不斷地翻滾鋼筋籠。制作一個大直徑的鋼筋籠，就需要一個比較平穩(wěn)且高剛度的加工操作平臺。

鋼筋焊制區(qū)采用一定數(shù)量的工字鋼做加工平臺。這樣可以避免因為鋼筋籠放置的不平整，而導致變形或者局部下沉的現(xiàn)象。大直徑鋼筋籠的截面面積比較大，比普通的更加容易發(fā)生變性的現(xiàn)象，所以應(yīng)該根據(jù)施工現(xiàn)場試吊的情況調(diào)整箍的設(shè)置方式。

在施工時，先試吊鋼筋籠，如果其出現(xiàn)變形，應(yīng)及時地采取調(diào)整措施。因為鋼筋籠距離孔壁只有50 cm，在下放過程中，會發(fā)生擺動的現(xiàn)象，加上重力大的影響，鋼筋籠底端的鋼筋特別容易插到孔壁中，輕則導致鋼筋籠下放困難，嚴重的會導致孔坍塌現(xiàn)象。所以，在吊裝之前，工作人員應(yīng)讓鋼筋籠底端8 m范圍之內(nèi)的主筋，向里面傾斜10°～15°，在不降低成樁質(zhì)量基礎(chǔ)上，解決鋼筋籠難下放難問題[4]。

3.4 樁基鉆孔清孔施工

水泥漿正循環(huán)的方法是通過最簡單的清孔方法，具體工作原理如下：采用水泥漿泵向鉆孔里面高壓注入水泥漿，把孔底的沉渣吹走。然后，將高壓制成的水泥漿注入到孔里面，孔里面原本的泥漿會連同一些沉渣，從護筒溢出來，通過這樣不斷地循環(huán)，直到孔底部的沉渣全部清理干凈，最終達到清孔的目的。

這種方法主要是在樁徑截面范圍之內(nèi)，利用水泥漿上升的速度，比沉渣下沉速度大的原理，泥漿上升速度越快，清孔的速度就越快，效果就越明顯。

3.5 樁基混凝土澆筑施工

普通直徑的旋挖樁因為其樁身的截面小，在澆筑混凝土的時候，混凝土截面上升速度快，導管的提升速度也比較快，此時不會因為混凝土的初步凝結(jié)，而導致導管沒辦法拔出。一般混凝土的初步凝結(jié)時間要＜5 h。

而大直徑的旋挖樁因為其截面大，在澆筑混凝土的時候，混凝土的上升速度比較慢，導管提升也慢，往往會發(fā)生因為混凝土初步凝結(jié)而無法拔出導管的現(xiàn)象。大直徑的旋挖樁的混凝土的用量也很大，澆筑時候，由于散熱慢，很容易產(chǎn)生高溫效應(yīng)，導致溫度裂縫的產(chǎn)生。在給大直徑的旋挖樁添加混凝土配料配比方面，應(yīng)該適當?shù)負郊右恍┚從齽沟贸醮文Y(jié)時間不小于10 h。并在施工前，做好混凝土配合比試驗。

在混凝土澆筑的時候，應(yīng)該配備專門工作人員，在測量孔內(nèi)的混凝土上升的情況，一邊將導管提升，以便出現(xiàn)堵塞或者塌孔等問題，可以及時地處理。混凝土澆筑的高度應(yīng)該比設(shè)計的標高高至少1 m以上。

旋挖樁混凝土的密實度，可以通過反復插拔導管來提升其密實度。但是對于大直徑的旋挖樁，特別是樁身頂部5 m的范圍內(nèi)，因為混凝土的厚度開始變薄，自重減輕，而且樁身的截面面積也比較大，反復插拔導管已經(jīng)不能保證混凝土的密實度，同時也沒辦法保證混凝土骨料通過箍筋，來將鋼筋籠外側(cè)填滿，從而形成一個密實的保護層。針對這一現(xiàn)象，工作人員可以通過移動導管，在樁頂截面范圍里均勻布置3個點位，然后進行反復插拔導管，以保證混凝土的密實程度。

3.6 樁基礎(chǔ)檢測

普通的旋挖樁承載力小，采用常規(guī)的檢測方法，比如靜荷載檢測、低應(yīng)變檢測、超聲波檢測等，都可以進行樁基礎(chǔ)檢測。

可以使用低應(yīng)變和超聲波檢測，將有可疑的樁位，或者在施工過程中出現(xiàn)異常情況的樁位，再進行靜荷載檢測。大直徑的旋挖樁其承載力很大，高達5 000～6 000 t。目前，在行業(yè)內(nèi)還沒有可以做荷載檢測的條件，只能通過低應(yīng)變、超聲波或者抽芯檢測的方法進行檢測。

如果使用抽芯法，檢測出樁底的持力層不滿足要求，則可以采用高壓注漿置換的方法進行處理，完成之后，重新找三個點位進行抽芯檢測。如果檢測合格，則判定該樁位是合格的。如果檢測發(fā)現(xiàn)還有異常情況，則繼續(xù)采用高壓注漿置換的方法進行處理，反復幾次，直到檢測合格。

4 結(jié)語

樁基作為高層建筑施工過程中廣泛使用的一種基礎(chǔ)性結(jié)構(gòu)，其建設(shè)質(zhì)量的高低，對整個高層建筑最終的質(zhì)量影響非常大。在具體的施工過程中，需要明確樁基在施工要點，做好現(xiàn)場勘察等準備性的工作，反復核算具體的樁位，從而確保其滿足建筑的要求。另外，做好相應(yīng)的質(zhì)量控制管理工作，通過一系列的措施，來提高樁基的建設(shè)質(zhì)量。

參考文獻

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[2] 莫建榮，沈子榮.淺論建筑工程土建施工中樁基礎(chǔ)技術(shù)要點[J].中國信息化，2012（24）：16-18.

[3] 江平.建筑工程土建施工中樁基礎(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用探究[J].山西建筑，2012（36）：24-25.

[4] 李捷偉.淺談建筑施工中樁基的應(yīng)用及施工技術(shù)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（12）：154-155.