关于高层建筑桩基工程施工技术分析

缪成富

摘要：本文通过对高层建筑桩基工程施工前期的准备工作、桩基对地基加固的作用、几种常见的桩基以及桩基的形式进行分析,讨论桩基工程施工技术，希望对提高高层建筑桩基工程基础施工的质量有所帮助。

关键词：高层建筑；桩基；施工技术；预制桩；灌注桩

中图分类号：TU97文献标识码： A

前言

随着我国科学水平的不断提高，人口密度越来越大，人们开始发展空中和地下的建筑，特别是高层建筑成为主流的方向。高层建筑的施工高度大，施工时间长，工程的技术和质量要求高，因此其基础施工需要深埋，并且施工难度较大。高层建筑基础工程施工形式多样，最主要的是桩基础施工。采用不同的方法在一定程度上可以减少施工材料和现场的工作量。它的荷载量很大，桩基穿过土层，将建筑的荷载传送至较深的土层上，解决了荷载较大造成地基出现较大变形、承载力较弱等缺点。虽然桩基础具有良好的特性，但是在施工过程中还会出现很多问题，因此我们应该选择最适合的桩基，保证高层建筑施工的质量。

1高层建筑及桩基础的特点

1.1 高层建筑的特点

高层建筑在不同国家有不同的定义形式。中国的高层建筑一般指的是10层以上的建筑；日本的高层建筑指8层以上的建筑；美国的高层建筑指7层以上的建筑。

高层建筑的发展有很多优势，它给各地区带来了很大的经济和社会效益。

（1）建筑面积大大减少，能够解决住房短缺问题；

（2）缩短了人与人以及各个部门之间的距离，使人们居住集中；

（3）可以减少建筑工期和经济投资。

1.2桩基础的特点

桩基础是将上部的荷载通过桩基传给下面比较坚硬的土层，用挖孔、钻孔的方式成桩，没有改变周围的土质，但它能承受高层建筑的全部荷载。

它的特点主要表现下面几点：

（1）桩身支撑于坚硬的土层，具有很强的抗震、抗压能力；

（2）单桩或群桩的承载能力较强

（3）抗倾覆能力较好；

（4）单桩或群桩的刚度大，能够均匀的沉降；

2 桩基施工前的准备工作

高层建筑桩基在施工中主要用的是预制桩和灌注桩。在施工过程中，一般会根据周围的环境、土层的分布以及上部结构所能承受的荷载来确定所使用的桩基。在桩基施工前，我们应该做好一系列的准备工作，如对现场的勘察、各种器械的技术准备、现场的准备以及现场的定位放线等，保证桩基施工的顺利进行。

2.1 施工现场及周边环境的勘察和规划

施工前相关的技术人员应该对施工现场及周边环境进行全面的勘察和规划，收集各种能够编制施工方案的资料，保证桩基础施工的顺利进行。在对施工现场及周边环境勘察和规划时，我们应该注意一下几点：

（1）根据施工现场的地质地貌、气候条件等，查阅相关的勘察报告，充分了解施工现场所用土层的物理学性能指标和地理分布情况；

（2）了解该地区的自然环境状况，避免出现各种自然灾害，如地震、矿岩、溶岩、地下建筑、古塘以及各种障碍物等；

（3）了解施工区域地下水的分布情况以及可能会出现的变化；

（4）了解施工区域的地下管线如煤气管、水管、电缆线等的结构设计、深度、使用年限等的分布；

（5）了解附近建筑物的分布以及使用情况。

2.2 施工技术和机械设备的准备

（1）施工前要做好各种技术准备工作。首先对施工方案进行编制，明确成桩方法、顺序以及机械，做好各种保护措施；根据桩基工程施工的进度要求规划桩基的施工计划，如所需的材料、劳动力和设备等；施工前，应该对施工人员进行素质教育和安全教育，保证施工的质量；施工前，进行试桩，从而确定各种施工参数。

（2）施工前要做好各种机械设备准备工作。根据施工工艺的要求，选择合适的机械设备，并将其运往施工现场，进行施工试验。

2.3 施工现场的准备

桩基施工前，首先应该清除施工区域周围的障碍物，如地上的建筑废墟以及不需要的建筑物、高空中的架空电线等，避免其影响桩基施工的顺利进行，导致各种不安全事件；不管是高层建筑的单桩或群桩，在施工前都要对作业场地进行平整，保证桩机运行的稳定性和垂直性。

在场地平整时，不同的桩基平整时考虑的因素不太一样。对于预制桩，它多采用静压、振动或锤击法进行打桩，打桩机都比较重，为了提高地面与打桩机的接触面的承载力，减少对地基土的压力，应该在地表铺设大约200mm的碎石，若碎石不能满足要求，可以铺设走道板。对于灌注桩，可以根据不同的成孔方法进行场地平整，如人工挖孔时可以铺设运土道路将挖出的土运出；钻孔灌注桩施工时可以建设泥浆槽和排水沟将钻孔过程中产生泥浆和废水排出。现在大多数地方均采用钻孔灌注桩，因此要先在地表铺设一层混凝土，同时布置好泥浆槽和排水沟，然后再钻孔。

2.4施工的放线定位

施工人员要认真检查桩基施工现场的轴线，使其控制点不受桩基施工的影响，以便以后桩位的检查。

首先，在定桩位过程中，应该根据设计以及施工的具体要求确定桩位图以及其控制线，对各个桩位进行编号，根据桩的具体尺寸确定桩位，为保证桩基的顺利完成，应先设置样桩，然后在具体完成各个桩位，完成后还要进行校验，确保桩位的正确。

为了更好的记录好每根桩的标高，需要设置至少两个水准点，他的位置应该受沉桩等的影响。在桩基施工过程中，要保护好设置的水准点，以免受到破坏。施工过程中的水准点可以利用控制网的水准基点，也可另行设置

3桩基加固技术

在桩基础设计时，当它不能满足高层建筑工程中承载力、稳定性、安全性等的要求时，需要对其加固处理，要尽量使用已有桩的承载力，根据各种方案的适宜性、经济性的对比，选择最优的加固方案。加固设计的方法有补桩、将软土进行加固处理、将桩基的承台由独立的改为整板刚性的。

3.1 补桩

根据原有桩的承载能力进行补桩，当桩的偏位值不超过150mm时，单桩承载力为5000kN；当桩的偏位值在151-400mm时，单桩承载力为4000kN；当桩的偏位值在401-600mm时，单桩承载力为3600kN；当桩的偏位值在600mm以上时，单桩承载力为2000kN。当然在补桩是还要遵循一定的原则：因为周边桩可能会出现偏位问题，可能偏移比较严重，并且它是保证整个桩基稳定的重要部位，因此将其视为补桩的重点区域；当桩的局部桩不能满足承载能力时，可以在其周围增补桩，保持其稳定协调等。

3.2将软土进行加固处理

为了保证补桩基坑的稳定和桩基的质量，可以将软土进行加固处理。用水泥或者水玻璃注浆将承台下一定深度的基坑周围的软土进行加固处理，使其处理后的软土达到一定的压强和硬度。

3.3将桩基的承台由独立的改为整板刚性的

整板刚性的承台是用混凝土建造，其厚度达到2.5m，并在其内部设置纵向和横向的暗梁，跨度比在3.5以下。当沉降时，补桩和原桩共同受力，保证其稳定性。

整板刚性的承台有很多的优势，例如，可以有效的调整沉降的不均匀能力，提高整个新系统的抗干扰能力和稳定性；可以根据各个桩的承载能力以及沉降的速度有效的协调各个桩的荷载，使各个桩都能合理分配荷载大小，形成立体受力；整板刚性承台有利于固化的软土发挥更大的承载能力，减少单桩的荷载，使其效果更好。

4桩基础的设计

桩基础是高层建筑中使用最为广泛的一种方法。当地基的土质比较软时，为了保证建筑物的质量，防止其变形，就会采用桩基础的方法。桩基础就是在地基中插入桩，让更深的土层来承受高层建筑的荷载，解决高层建筑荷载重、稳定性受到限制的缺点。我国常用的桩基础有预制桩、灌注桩等。

桩基础主要由桩和承台组成，其结构图如下图3-1所示,。承台用于将几根桩连接成一个整体，承受各种动静荷载；桩的设计一般是竖直的或者倾斜的，他穿越两种土层，即从软弱土层穿越到坚实土层，保证整个地基的稳定性和安全性。

图3-1 桩基础结构图

桩基础的设计过程有以下几个方面

（1）选择合适的桩基础类型

桩基础类型的选择要综合考虑各个方面，如承台底面的标高；采用的桩基是长桩还是短桩、单排桩还是多排桩；按照施工方式可选择的有沉入桩、灌注桩、管桩、钢筋混凝土桩、钢管桩等。他们要根据当地的地质地貌、高层建筑的上层结构以及各种机械设备来确定，保证桩的质量、合理性和经济性。

（2）拟定桩径和桩长

桩基础的类型确定以后，可以根据桩基的类型和尺寸选择合适的桩径；由于桩底的持力层影响着桩基的承载力，所以要根据当地的地质条件选择合适的桩底持力层和施工的强度，从而确定桩长。

（3）确定桩的根数

桩基上桩的根数可根据单桩所能承受的能力和承台的纵向载荷确定，其估算式如下：

n—桩的根数；

N—承台的纵向载荷；

[P]—单桩所能承受的能力；

μ—经验系数，一般取值在1.1-1.2之间。

（4）对桩基进行检验

对桩基的检验主要包括三部分。首先要对单根基桩的纵向和横向承载力、单桩的水平位移、桩侧土的水平向土抗力进行检验；然后检验群桩的沉降量和桩基承载力；最后检测承台的抗压、抗弯曲、抗冲击等的强度。

5 桩的类型

（根据目前的技术条件，桩基础的设计方案很多，如打桩、整体式以及基础换填土等，我们要综合考虑施工现场的地质地形、经济状况、设计和施工部门的技术能力等，选择合适的方法，保证方案的经济性、可靠性和合理性。其中最为常见的桩型为预制桩和灌注桩，下面我们就分析一下这两种桩。

5.1预制桩

预制桩有钢筋混凝土预制桩和钢桩两种，它们的制作过程可以在施工现场也可以在工厂，然后运往施工现场，运用振动、静压、锤击等方法将其打入土中。

5.1.1预制桩的特点

（1）预制桩是将桩打入土中，在打入之前方便对桩身的质量进行检查，施工程序也比较简单，效率较高，其桩身是用钢筋混凝土制作的，密度比较大，抗腐蚀性比较好，适合在水下施工；

（2）预制桩属于挤土桩，将桩打入土中后，会挤压其周围的土层，导致单位面积的承载能力较强，从而提高了地基的总体荷载；

（3）预制桩制作时是根据桩的搬运以及压入等所承受的压力设计，荷载量远远超过正常值，因此需要大量的钢筋和混凝土，使其费用相对之下比较高，再加上桩之间的相互连接也需要很大的费用；

（4）预制桩是挤土桩，将其打入土中时可能会使周围的地面隆起，甚至影响已经打好的桩的位置的变形及错位；

（5）预制桩在采用振动法和锤击法入土时，会产生很大的噪声，影响周围居民的生活和环境污染，因此在城市地区一般不采用这两种方法，而是采用静压的方法进行施工；

（6）因为预制桩是直接将桩打入土中，因此不适合在土层较硬的地方使用，如果坚硬土层下面是比较松软的图层，可以在上层的坚硬土层施加辅助措施，如引孔；

（7）高层建筑所需要的桩都非常长，但是由于施工技术和设备的要求，每根桩的长度不会太长，一般在10米左右，因此有时候就要进行接桩，这样会造成接口处连接不牢靠，成为薄弱环节。为了保证桩的质量和承载力，需要保证桩全长的垂直度，以免影响整个工程的质量。

5.1.2 预制桩的适用条件

采用预制桩这种方法，有许多使用的条件，满足这些条件才能更好的发挥预制桩的作用。预制桩适用于在持力层上面为比较松软的土层，中间没有坚硬土层，且土质比较稳定的土质上进行；桩的长度要控制方便，尽量避免出现接桩的现象；在水下进行施工时，多采用预制桩，由于这种桩工序简单，施工效率高，可以在工厂内集中预制，既可以缩短工期，又可以解决水下施工困难的问题，还可以减少基建的费用。

5.1.3 预制桩在制作过程中的注意事项

预制桩在现场制作时，要严格检验其原材料的质量，钢筋的尺寸以及混凝土的强度；在工厂内制作时，将其运往现场后，要对其尺寸、质地以及外形进行检查；施工时还需要检查沉桩、桩体的垂直情况、桩顶的完整度以及接桩的质量；采用电焊接桩时，要对焊接处进行检查；最后要检查整个桩的质量。

5.2 灌注桩

灌注桩在施工时，是先成孔，然后放置钢筋笼，浇筑混凝土，即可以形成灌注桩。桩基成孔的方法有沉管、泥浆护壁、干作业、冲击等多种方法。

5.2.1灌注桩的特点

（1）灌注桩和预制桩相比，对土层的要求比较低，它适合各种不同的土层；

（2）灌注桩在制作钢筋笼时，多按照高层建筑的荷载进行设置，可以减少大量的钢筋，如果仅承受纵向压力时，使用的钢筋量更少。

（3）对于大直径钻孔灌注桩，单桩的承载能力较大，并且由于其桩长较大，质量控制困难，可能出现露筋、缩颈、断桩和夹泥等质量问题。

（4）灌注桩的桩长是根据施工要求确定的，现在灌注桩的直径可以达到2米，桩长可以达到88米，并且中间没有接桩的现象，大大提高了灌注桩的质量和承载能力。

（5）灌注桩由于使用的钢筋、混凝土等相对较少，并且没有接桩现象，所以使用的费用等相对较少，和预制桩相比，经济性较高。

（6）灌注桩直径大，孔底可能会有沉积物，可能会影响桩的承载能力。并且灌注桩不太适用于水下施工，可能会出现各种质量问题。

5.2.2灌注桩的适用条件

灌注桩的种类比较多，有沉管、螺旋钻孔、人工挖孔、水钻孔等。这些桩的适用条件各不相同，下面我们分别对其进行分析。

（1）沉管灌注桩和预制桩的适用条件基本相同，它是根据土层的条件和桩的承载能力来确定桩机工艺，可以采用单打和复打的形式。

（2）在地质条件中没有地下水，桩长受到限制时，通常采用螺旋钻孔灌注桩，它是一种非挤土型干钻孔桩，施工的周期一般比较短，并且没有泥浆护壁，不会造成泥浆污染。这种桩一般适合在中小型建筑中使用。

（3）使用人工挖孔灌注桩时，要求该区域的地下水较少，并且还要预防易燃易爆气体、漏电现象、有害气体、孔内空气稀薄等安全问题。当然这种方法对人的需求量较大，并且对土质的要求也较高，不能有碎石、沙土等。

（4）水钻孔灌注桩适用的范围比较广，只有少数砾石和碎石不能使用，别的都可以使用。它多用于承载力较大的高层建筑、大型桥梁等工程中。

6 结束语

总之，桩基工程施工在高层建筑施工过程中是最基础的施工，它的质量直接影响着整个工程的质量，因此我们应该将桩基工程施工放在整个工程施工的首位。桩基施工受到各种因素的影响，如地质地形、气候，所以我们在进行施工时要综合各种自身的和外界的因素，使工程按照指标要求准确施工，杜绝各种不安全因素，保证工程施工的质量。

参考文献

[1] 高层建筑桩基础工程施工,林敬宗。施工技术，2012.

[2] 高层建筑桩基础施工分析，李常。建筑与工程，2013.

[3] 高层建筑桩基础施工技术研究，温雅燕。建筑论坛，2011.