高層建筑工程施工中樁基礎(chǔ)施工技術(shù)分析

定震

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承臺(tái)與基樁共同構(gòu)成的深基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在建筑工程中被稱(chēng)之為樁基礎(chǔ)。現(xiàn)代建筑工程發(fā)展過(guò)程中，除地上可直觀(guān)查看的建筑工程結(jié)構(gòu)外，地下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)也不斷發(fā)展。現(xiàn)代建筑中高層建筑占比不斷攀升，在建筑高度不斷提升的情況下，其對(duì)于地基的要求也越來(lái)越高，樁基礎(chǔ)是位于地基之上用于傳遞載荷的重要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其對(duì)于高層建筑建設(shè)使用過(guò)程中產(chǎn)生的各方向載荷均有較好的載荷承載和載荷傳遞功能，完善的樁基礎(chǔ)工程是保障高層建筑建設(shè)使用質(zhì)量的關(guān)鍵所在。目前高層建筑建設(shè)過(guò)程中不僅使用低承臺(tái)樁基礎(chǔ)同時(shí)也根據(jù)實(shí)際需求使用高承臺(tái)樁基礎(chǔ)，而樁基礎(chǔ)的形式根據(jù)基樁形式可分為預(yù)制樁和灌注樁，本文主要針對(duì)現(xiàn)澆灌注樁進(jìn)行分析，此類(lèi)樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中需要進(jìn)行鉆孔成孔、混凝土灌注以及鋼筋籠施工等多個(gè)施工步驟，每個(gè)施工步驟都有較為詳盡的施工技術(shù)要求，任何步驟出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題都會(huì)直接影響樁基礎(chǔ)整體承載參數(shù)，這對(duì)于高層建筑工程整體建設(shè)質(zhì)量亦有重要影響。不同建筑企業(yè)鉆孔灌注樁的施工流程基本一致，根據(jù)施工流程深入分析各步驟施工技術(shù)有利于提升高層建筑樁基礎(chǔ)整體施工質(zhì)量，這是推動(dòng)我國(guó)高層建筑工程建設(shè)施工技術(shù)發(fā)展的重要前提。

1 樁基礎(chǔ)施工對(duì)高層建筑工程整體質(zhì)量的影響

樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量對(duì)高層建筑工程整體質(zhì)量有至關(guān)重要的影響，不同區(qū)域地質(zhì)情況差異較大，而且相同區(qū)域不同土層的承載能力也不相同。高層建筑隨著層數(shù)和高度的增加其豎直載荷也不斷增大，而且高層建筑重心相對(duì)較高，其受風(fēng)力或其他外力作用影響下會(huì)產(chǎn)生較大的傾覆力矩，因此對(duì)于高層建筑而言其基礎(chǔ)需要具備承受不同方向較大動(dòng)靜載荷的能力，這就對(duì)樁基礎(chǔ)提出了較高要求。從當(dāng)前高層建筑樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工情況來(lái)看，更為科學(xué)的樁基礎(chǔ)形式和更為精湛的樁基礎(chǔ)施工技術(shù)都能使高層建筑具有更為穩(wěn)定和堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，此部分工程直接影響著高層建筑的底層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗震能力，而這正是高層建筑兩項(xiàng)關(guān)鍵的質(zhì)量指標(biāo)，優(yōu)秀的樁基礎(chǔ)工程不僅能提升高層建筑的抗震性能，而且也能承載更大的風(fēng)載荷，這是進(jìn)一步提升建筑高度的重要前提[1]。從一些既往樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量問(wèn)題中可以發(fā)現(xiàn)，樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量問(wèn)題是較為典型的建筑工程質(zhì)量安全隱患，這部分質(zhì)量問(wèn)題將給高層建筑工程帶來(lái)致命性風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)階段高層建筑普遍選擇灌注樁作為樁基礎(chǔ)，其具有承載能力強(qiáng)、適應(yīng)性好以及成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，而且在施工過(guò)程中不會(huì)造成擠土或震動(dòng)等不利問(wèn)題。針對(duì)不同承載力要求的樁基礎(chǔ)，灌注樁可以通過(guò)增加配筋、增加基樁直徑等相對(duì)簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)。灌注樁施工分為多個(gè)步驟，每一步驟均對(duì)樁基礎(chǔ)整體質(zhì)量有直接影響。

2 高層建筑樁基礎(chǔ)特點(diǎn)

由于高層建筑會(huì)產(chǎn)生較大的豎直載荷，因此高層建筑樁基礎(chǔ)具有較高的豎向承載力，單基樁本身就具有較強(qiáng)的豎直承載力，而多個(gè)基裝共同形成的群樁更是具有極大的豎直方向承載能力，其能夠滿(mǎn)足高層建筑的高豎直方向承載力需求。另外從高度角度看，高層建筑樁基礎(chǔ)普遍具有高剛度、高摩擦力特點(diǎn)，這是因?yàn)楦邔咏ㄖ?duì)樁基礎(chǔ)抗沉降能力有較高要求，由于豎直方向載荷較大，而且容易受各種外力影響產(chǎn)生不同方向的載荷應(yīng)力，因此高層建筑樁基礎(chǔ)必須具備抗不均勻沉降的能力[2]。此外，高層建筑樁基礎(chǔ)還必須有較強(qiáng)的抗傾覆能力，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，樁基礎(chǔ)通過(guò)良好的設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)的施工作業(yè)使各樁基均具備較強(qiáng)的側(cè)向剛度。樁基礎(chǔ)在承受來(lái)自建筑上部載荷時(shí)會(huì)通過(guò)基裝將載荷傳遞至承臺(tái)，而承臺(tái)又可以將載荷傳遞至與之直接接觸的、具有較強(qiáng)承載力的地基土層，因此樁基本身會(huì)穿過(guò)承載力不足的土層并通過(guò)與承臺(tái)相連進(jìn)行載荷釋放，這樣樁基礎(chǔ)就實(shí)現(xiàn)了將建筑上部載荷妥善傳遞至高承載力土層的目的[3]。

3 高層建筑樁基礎(chǔ)施工技術(shù)分析

3.1 初期勘察

完善的周邊環(huán)境勘察是樁基礎(chǔ)施工的必要前提，不同施工區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境各不相同，在施工過(guò)程中還受包括氣候因素、既有建筑因素等其他因素影響，因此必須在施工前開(kāi)展全面且精確的初期勘察工作。首先要明確施工區(qū)域的地形地貌情況，同時(shí)結(jié)合工期分析施工階段區(qū)域的氣候條件。其次要采集施工區(qū)域既有的地質(zhì)勘察信息，根據(jù)基樁設(shè)計(jì)參數(shù)明確該深度下此區(qū)域的巖土地質(zhì)情況，為保障相關(guān)信息準(zhǔn)確，還要根據(jù)既有信息和樁基礎(chǔ)施工需求，開(kāi)展相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘查工作，不僅要了解巖土層類(lèi)型，還要對(duì)地下水情況進(jìn)行分析，應(yīng)根據(jù)實(shí)際勘查結(jié)果明確巖土層類(lèi)型，根據(jù)飽和單軸抗壓強(qiáng)度判定施工區(qū)域巖土層是硬質(zhì)巖還是軟質(zhì)巖，同時(shí)還要根據(jù)風(fēng)化系數(shù)、波速比等分化指標(biāo)判斷巖土層的風(fēng)化程度[4]。在完善一系列地質(zhì)勘察工作后明確既定土層的承載力情況。最后，還要針對(duì)施工區(qū)域既有工程進(jìn)行勘察分析，包括受樁基礎(chǔ)施工影響的既有地面建筑工程以及地下管線(xiàn)工程等。

3.2 基樁要求

目前樁基礎(chǔ)主要包括灌注樁和預(yù)制樁兩類(lèi)，預(yù)制裝雖然具有操作便捷，施工工期短等優(yōu)勢(shì)，但其對(duì)施工區(qū)域地址要求相對(duì)較高，而且其抗剪能力相對(duì)較弱，而灌注樁則具有地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、單樁承載力相對(duì)較大的優(yōu)勢(shì)，因此灌注樁更符合高層建筑樁基礎(chǔ)需求[5]。灌注樁施工過(guò)程中埋設(shè)護(hù)筒、鉆孔成孔、清孔、凝土灌注等施工步驟均有嚴(yán)格的施工技術(shù)要求，不僅要結(jié)合基樁設(shè)計(jì)參數(shù)制備符合要求的泥漿，在鉆孔過(guò)程中實(shí)施泥漿護(hù)壁，而且也要在鉆孔過(guò)程中嚴(yán)格把控垂直參數(shù)。在完成護(hù)筒埋設(shè)工作后工作人員需將鉆機(jī)移動(dòng)至鉆孔位置，在實(shí)際鉆孔前要再次進(jìn)行參數(shù)測(cè)量，確保鉆機(jī)鉆頭與施工水平面垂直。鉆孔作業(yè)必須保證精度，在實(shí)施泥漿護(hù)壁的過(guò)程中渣漿分離和泥漿循環(huán)要與鉆孔作業(yè)同步進(jìn)行。應(yīng)根據(jù)施工區(qū)域圖層情況選擇對(duì)應(yīng)的鉆頭，如屬于風(fēng)化巖或碎石土土層應(yīng)使用沖擊鉆，而如果屬于較為松軟的填土層或淤泥土層則應(yīng)選擇回轉(zhuǎn)鉆。總體來(lái)講，樁基施工必須嚴(yán)格遵守相應(yīng)的施工標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)盡量排除外部因素對(duì)不同施工作業(yè)的影響。

3.3 灌注樁泥漿制備使用

鉆孔是灌注樁重要的施工步驟，而鉆孔過(guò)程中需要進(jìn)行泥漿護(hù)壁，在該過(guò)程中使用的泥漿能夠在鉆機(jī)鉆孔過(guò)程中，在孔壁形成保護(hù)層防止孔洞坍塌。通常來(lái)講，灌注樁泥漿主要由膨潤(rùn)土、碳酸鈉、水、CMC以及某些外加劑配置而成，以某灌注樁泥漿支配工作為例，該泥漿水、碳酸鈉、CMC、膨潤(rùn)土比例為700:3.5:0.27:100，按照該比例少量適配檢查后，明確該泥漿符合護(hù)壁需求，而后攪拌桶內(nèi)加水至1/3并啟動(dòng)攪拌桶，將膨潤(rùn)土、碳酸鈉倒入攪拌桶內(nèi)，根據(jù)比例繼續(xù)通過(guò)水箱向攪拌桶內(nèi)加水，持續(xù)攪拌2～3min后投入定量的CMC，填料完畢后，繼續(xù)攪拌1～2min并將制備好的泥漿轉(zhuǎn)移至待用池中靜置膨化，靜置等待時(shí)間為24h，使用前對(duì)漿液膨化度進(jìn)行檢查，膨化度達(dá)標(biāo)即可投用。在使用不同鉆頭鉆孔時(shí)泥漿護(hù)壁的泥漿需求不同，空心鉆頭鉆孔時(shí)，應(yīng)保障泥漿比重在1.2左右，而實(shí)心鉆頭鉆孔時(shí)則要根據(jù)土層類(lèi)型控制泥漿比重，如為松軟土質(zhì)則將該參數(shù)控制在1.3以?xún)?nèi)，如為巖石層則孔底泥漿比重應(yīng)控制在1.2以?xún)?nèi)。對(duì)于高層建筑樁基礎(chǔ)鉆孔護(hù)壁而言，在實(shí)施泥漿護(hù)壁時(shí)所使用的泥漿含沙率應(yīng)控制在4%以?xún)?nèi)。泥漿主要通過(guò)泵送的形式進(jìn)入孔內(nèi)，施工過(guò)程中要分設(shè)新漿池和泥漿循環(huán)池，注意在清孔過(guò)程中做好渣漿分離和泥漿循環(huán)利用工作，泥漿循環(huán)池中，應(yīng)設(shè)置沉淀池和循環(huán)凈化系統(tǒng)，在排渣后重新進(jìn)入循環(huán)體系。注意在泥漿循環(huán)過(guò)程中要?jiǎng)討B(tài)清除溝槽沉淀物，防止堵孔，要確保泥漿循環(huán)供給通暢。

3.4 鉆孔清孔

在鉆孔前要對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行全面檢查，保障其各項(xiàng)功能正常。在完成鉆孔定位工作后，將鉆機(jī)移動(dòng)至鉆孔位置，檢查鉆機(jī)底座是否穩(wěn)固，對(duì)鉆頭、樁位中心點(diǎn)以及鉆機(jī)鉆架進(jìn)行測(cè)量，保證其處于同一垂線(xiàn)上（見(jiàn)圖1），可根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的測(cè)量方法并保障其偏差量在3cm以?xún)?nèi)。測(cè)試泥漿供應(yīng)系統(tǒng)，確保其能夠正常供漿和循環(huán)過(guò)濾。在鉆孔過(guò)程中，首先采取正循環(huán)緩鉆形式向下鉆進(jìn)，達(dá)到預(yù)定鉆進(jìn)深度后采取減壓反循環(huán)鉆進(jìn)法繼續(xù)向下鉆進(jìn)，過(guò)程中應(yīng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)鉆壓，保障鉆進(jìn)壓力不超過(guò)整套鉆具質(zhì)量的75%。原則上鉆孔工作應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，一般情況下不能中途暫停，如必須停鉆應(yīng)按步驟逐漸調(diào)低鉆機(jī)轉(zhuǎn)速，緩慢提升鉆頭（約2m），防止鉆頭被埋。不論是暫停鉆孔還是完成鉆孔停鉆，都需在鉆頭離開(kāi)孔底后再停止供風(fēng)，最大限度避免出渣口堵塞。在鉆孔過(guò)程中要注意觀(guān)察孔壁情況，護(hù)壁泥漿應(yīng)始終在地下水位線(xiàn)以上。鉆孔工作必須在平穩(wěn)安全的環(huán)境下進(jìn)行，要確保鉆孔工作不受外部因素影響。一旦出現(xiàn)偏孔、卡鉆等問(wèn)題要按照正確的暫停程序停止鉆孔并立即安排工作人員查明原因排除故障。按照建筑工程樁基礎(chǔ)鉆孔成孔標(biāo)準(zhǔn)，孔中心位置偏差量應(yīng)控制在±100mm以?xún)?nèi)，傾斜度應(yīng)小于1%，孔徑和孔深均應(yīng)高于設(shè)計(jì)參數(shù)，而底層沉淀則應(yīng)在450mm以?xún)?nèi)。為保障孔底滿(mǎn)足后續(xù)鋼筋籠吊裝和混凝土灌注要求，必須在成功后進(jìn)行1次清孔作業(yè)，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇抽漿或換漿清孔法，也可以選擇孔底掏渣清孔法。完成清空作業(yè)后，要對(duì)孔深、孔位及孔底情況進(jìn)行檢查，目前比較常用的方法為探籠檢查，下放探籠后明確終孔參數(shù)（見(jiàn)圖2），在達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)后完成鉆孔作業(yè)。

圖1 鉆機(jī)鉆架必須與水平面垂直

圖2 探籠檢孔是比較常用的檢孔方法

3.5 鋼筋籠施工及混凝土灌注

鋼筋籠施工包括鋼筋籠制作和鋼筋籠安裝兩部分，其中鋼筋籠制作應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)化鋼筋加工車(chē)間或符合現(xiàn)場(chǎng)鋼筋加工制作標(biāo)準(zhǔn)的施工區(qū)域完成。鋼筋籠安裝首先要完成鋼筋籠的組合連接，通常鋼筋籠采取節(jié)段加工方法，每一節(jié)段長(zhǎng)度約在10m左右。在焊接連接過(guò)程中應(yīng)對(duì)主筋和加強(qiáng)筋進(jìn)行焊接，二者必須垂直且外層應(yīng)配置加強(qiáng)圈，根據(jù)受力情況，加強(qiáng)圈外部也應(yīng)通過(guò)焊接形式形成加強(qiáng)筋。鋼筋籠節(jié)段連接包括焊接連接和套筒連接，焊接連接主要采取電弧焊的形式，而套筒連接則要注意確保套筒扭緊，在連接過(guò)程中要檢查各部位套筒是否符合設(shè)計(jì)要求。鋼筋籠主筋連接過(guò)程中要確保連接重合長(zhǎng)度在98cm以上，機(jī)械連接后要對(duì)不同階段進(jìn)行檢查，保障鋼筋籠變形量在標(biāo)準(zhǔn)范圍以?xún)?nèi)。在各部位進(jìn)行焊接前，優(yōu)先進(jìn)行試焊，保障焊接方法滿(mǎn)足焊接要求后，方可實(shí)際進(jìn)行焊接。下放鋼筋籠時(shí)要注意根據(jù)設(shè)計(jì)要求在規(guī)定位置布設(shè)墊塊。鋼筋籠吊放到位后應(yīng)進(jìn)行固定，防止其在灌注前位移或在灌注過(guò)程中上浮。采用導(dǎo)管法進(jìn)行混凝土灌注時(shí)要注意保障導(dǎo)管的密閉性，實(shí)際灌注前要進(jìn)行檢查，確保導(dǎo)管無(wú)泄漏問(wèn)題。混凝土要在使用前進(jìn)行坍落度檢測(cè)，保障混凝土符合施工要求。各孔進(jìn)行混凝土灌注時(shí)要在孔內(nèi)水面上設(shè)置隔水栓，避免混凝土出現(xiàn)骨料分離的情況。在灌注過(guò)程中導(dǎo)管插入混凝土中的深度應(yīng)在1～4m之間，在提升管時(shí)要注意垂直提升，避免導(dǎo)管對(duì)孔壁產(chǎn)生影響。混凝土最終灌注高度應(yīng)略高于基樁，超出長(zhǎng)度應(yīng)控制在2～3m之間。徹底拔出導(dǎo)管后做好空孔回填并完成整個(gè)施工工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

強(qiáng)化樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量是保障高層建筑整體建設(shè)品質(zhì)的重要基礎(chǔ)，明確施工步驟，提升施工規(guī)范性方能確保施工質(zhì)量。本文對(duì)高層建筑樁基礎(chǔ)施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，望所述內(nèi)容能夠有助于推動(dòng)高層建筑施工技術(shù)發(fā)展。