工业项目桩基础设计与施工技术实践

摘  要：工业项目桩基础必须具备较高的承载力，同时还要保证抗震性能，才能保证项目投产后的长期平稳运行。本文结合项目特点进行桩基础设计，选择合适的桩型和桩基施工技术方法，以此保证厂房、设施和设备基础等建构筑物的稳固以及建成后的使用安全。同时以高标准、严要求对待项目桩基础设计和施工的每一环，使其拥有稳定的工程产品特性，保证项目顺利建成并投产使用。

关键词：桩基础;桩基;工业厂房;工程施工;设计

中图分类号：TU753  文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）03-0000-00

1 桩基础在工业项目的应用

桩基础作为工业项目厂房、构筑物和设备基础设计的常用方案，应根据工程地质条件、上部结构特征、荷载大小、现场施工条件和环境等因素，合理确定桩型、成桩工艺和承台型式所需方案。取得桩基施工图后，设计、施工和监理、业主各方应在认真解读项目岩土工程勘察报告基础上，结合施工场地条件、周围环境、类似地质条件的试桩资料完成桩基础施工图会审，并从费用预估等多角度优化桩基础施工技术方案。既要保证设计和施工方案的科学性，又要保证桩基础施工的可行性和经济性，从而将工程造价控制在合理范围[1]。

1.1岩土工程地质勘察报告分析

根据勘察文件资料，项目地属岗地～长江漫滩地貌单元，拟建主装置场地为预留空地，拟建公用工程装置区邻近在用厂房和设备，地形相对平坦，地面高程11.03～12.87m，最大高差为1.84m。

依据岩土体的成因、时代、埋藏分布等特征，并结合物理力学性质指标，分为4个工程地质大层（素填土、粉土、粉质黏土、含砾中粗砂）及多个粉质黏土亚层。

场区无活动性断裂通过，因此该地区为地震活动少、震级低地区，基底岩层分布较稳定，适宜工程项目建设。

场区填土普遍较厚，按不利因素考虑，场地属抗震不利地段。拟建场地类别均为Ⅲ类，特征周期为0.45s。设计地震分组为第一组，峰值加速度为0.15g，属抗震设防烈度为7度区。

工程勘察测得孔隙潜水稳定水位埋深2.74～3.42m。孔隙潜水水位动态受天气、季节性变化影响明显，根据区域水文地质资料，年变幅在3.0m左右，历史及近3～5年最高地下水位可按场地整平后地面以下埋深1m考虑。场地地下水、土对钢筋混凝土具微腐蚀作用。

1.2桩基础设计方案优选

根据勘察报告揭示的场地地基土层分布情况和特征值，结合拟建装置的场地周边条件，对项目聚合楼、THF回收、循环水站等各装置区域桩基础方案进行优化设计。

1.2.1 混凝土预制桩设计

该处聚合楼区域桩基设计等级为丙级，采用预应力高强混凝土管桩，型号为PHC-AB600（110）-C80，桩尖为D型（四棱锥闭口），以粉质黏土层作为持力层，单桩承载力特征值初算值为1300KN，初定有效桩长25米，其中桩顶设计标高–2.25m、共120根，桩顶设计标高–3.55m、共33根。因桩位布置较密集，设计方案采取了“中间布桩较密、四周布桩略疏”的布置，以达到减少差异变形、优化反力分布、降低承台内力的设计目标。因新建聚合楼打桩区域为预留空地，距离现有生产装置距离达到20m以上，设计图采用静压桩施工，要求桩基施工以控制壓桩力为主、桩长为辅，最大压桩力不大于5500KN，最小压桩力不小于2600KN，并进行单桩竖向抗压静载荷试验和桩身完整性低应变检测。

1.2.2 钻孔灌注桩设计

对于THF回收装置区，因新建THF装置框架与现有生产装置距离仅为4米，且新建THF装置区地下有两根直径ø800、埋深–4.50的混凝土制污水主管，与基桩边间距约3.5m，为保护现有生产装置和地下管线，该区域桩基础设计方案采用钻孔灌注桩，桩基设计等级为丙级。灌注桩直径ø600，总桩数72根，采用C30混凝土，主筋保护层厚度50mm，钢筋为HRB400级。预估单桩承载力特征值为900KN，桩端以粉质黏土层为持力层，进入持力层不少于3m，设计桩长23m。要求满足规定的休止时间后对成桩质量及承载力进行检测，低应变检测数量不小于总桩数的20%，静载试验采用慢速维持荷载法，最大压力值为2倍单桩承载力特征值[2]。

1.3桩基施工技术应用

1.3.1静力压桩施工技术

静力压桩施工技术是通过压桩机自身的重量及在桩架上的配重对预制桩施加反力从而将其压入土中的一种沉桩工艺。随着国产静力压桩机械和预应力混凝土管（方）桩的发展，静力压桩施工技术也因工艺简明、操作直观、质量可靠、噪音小等优点得到了更多使用。由于静压桩是挤土桩或半挤土桩，需控制桩距3.5倍桩径以上，压桩时易对土层造成破坏，无邻近建筑设施保护要求的桩基施工经常选用该技术。

静力压桩机的选型主要根据最大压桩力，一般要大于单桩竖向极限承载力设计值，兼顾考虑最小边桩距、桩机外型尺寸、桩机船型履靴接地压强等因素。采用静力压桩要求，场地应平整且具有较好地基承载力，一般要达到压桩机接地压强的1.2倍。在项目聚合楼静压桩施工过程中，因场地表层回填土较厚，地下水位较高，部分区域地基承载力不足，导致压桩机移动困难、无法调平。后经灰土进行地基处理后满足了静压打桩施工要求。另外，选择静力压桩需考虑设备供电问题，1台国产沉桩设备ZYJ-800型全液压静压桩机的压桩功率110～135KW，现场配备1台630KVA的施工变压器以满足项目施工用电。

确定静力压桩施工的关键指标——终压标准，必须根据现场试压桩结果，并结合地质勘察报告进行分析确定。根据设计要求和本地静力压桩施工经验，项目聚合楼静压桩终压标准采用既控制桩长又控制压桩力的“双控”方案。即通过控制桩长可保证桩尖进入有效的持力层（硬粉质黏土层，深约18～25米），同时通过监控压桩力保证有效荷载能力。经现场试压1根桩长29m桩后，确定平均桩长控制为27m，采用两节配桩，使用焊接方法接桩。压桩施工过程中，未发现压桩力读数与试桩数据明显不符的情况，压桩过程未遇到难以穿越的硬夹层，未出现桩身和桩头损坏等异常情况，完工统计最短压桩长度为25m，最大压桩长度31m。设计最小压桩力为2600KN，实际终压值范围为2690KN～3170KN。按该方案施工，实际接桩和截桩数量占压桩总数的比例约为6%。单桩竖向抗压静载荷试验、桩身完整性低应变检测等地基基础工程检测结果均合格，施工效果良好。

1.3.2钻孔灌注桩施工技术

钻孔灌注桩属于非挤土桩型，其既不存在挤土负面效应，又具有穿越各种硬夹层、嵌岩和进入各种硬持力层的能力，桩的几何尺寸和单桩的承载力调整空间大，因而使用广泛。

地下水位以上钻孔灌注桩施工一般采用干作业法钻孔，地下水位以下多采用反循环泥浆护壁法钻孔。THF区域钻孔灌注桩施工因涉及原有地下管线保护，施工前采用人工开挖探沟方法以探明地下管线实际走向和边界，探沟开挖方向与管线方向垂直，开挖数量为3条。探沟开挖后对地下管线方位进行标识，并对照桩位图进行现场放线，复核桩位与管线相对位置后进行探沟回填。为保证场地平整度便于钻机稳固，采用灰土对场地表层填土进行地基处理，处理层深约800～1000mm。灌注桩施工时现场使用水平仪持续检查钻杆垂直度，严格控制成孔垂直精度。终孔验收合格放入钢筋笼和导管后立即灌注水下混凝土，保证灌注过程的连续性和灌注长度大于设计桩长。桩顶实际超灌长度控制在1m左右，确保后期凿除泛浆后桩顶混凝土强度满足设计值[3]。

实际施工过程中，有1根基桩钻孔深度约13m时钻头受阻无法下穿。现场确认可能为较大体积的钢筋混凝土块体，中止原樁位钻孔改用C15素混凝土对钻孔进行回填后，经设计同意在原桩位两侧各补打1根同径深的钻孔灌注桩，以满足设计荷载要求。

1.3.3锤击（振动）沉桩施工技术

锤击沉桩是利用桩锤下落产生的冲击力克服土体对桩的阻力，使桩体下沉到设计深度。锤击沉桩是预制桩常用沉桩方法之一，施工速度快，适用范围广，但存在挤土、噪音和振动等危害，多受城镇施工条件所限制。工业项目用地边界一般远离居民区，在无噪音扰民因素限制条件下经常会选用该法打桩。

与静压打桩相比，锤击沉桩过程对桩身损伤缺陷明显，后期桩身完整性低应变检测经常会出现部分Ⅲ类桩，需采取灌芯等处理措施进行补就。所以为提高打桩效果和沉桩精度，保护桩锤安全使用和桩顶免遭破损，应在桩顶加设桩帽，并在桩锤与桩帽、桩帽与桩之间设置垫材，如硬木、麻袋、橡胶等。

振动沉桩施工技术（又称振动沉桩机、振动式沉拔桩锤）是利用机械部件的高频振动，以高加速度振动桩身，将机械产生的垂直振动传递给桩体，使桩身周围的土体结构因振动发生变化，强度降低，导致桩身与周围土体的摩擦阻力减小，然后以机械下压力、锤头与桩身自重将桩沉入土中。振动沉桩施工多用于钢板桩施工，如深基坑作业防护用的拉森钢板桩。

1.3.4人工挖孔桩施工技术

人工挖孔桩技术在低水位非饱和土中成孔，清孔彻底，可直观检查持力层，因便于控制成桩质量而得到广泛使用。人工挖孔桩的成桩孔径一般不小于0.8米、不大于2.5米，孔深不超过30米。护壁模板拆除不宜过早，一般应在24小时之后，冬季和寒冷地区施工可适当延长拆模时间。人工挖孔桩成孔至设计标高后应立即进行清渣、封底和灌注，这是保证桩基承载力的关键步骤。

2 桩基础设计和施工技术特点

2.1不同桩型的选择

应特别注意对非挤土桩与挤土桩、部分挤土桩这几种不同桩型的区分和选择。挤土效应在饱和黏性土中会引发灌注桩断桩、缩颈等质量事故，并会导致桩体上浮、承载力下降，沉降加大。甚至会造成四周邻近的建筑和设施受损。相反，在松散土和非饱和填土中则会起到加密、提高承载力的作用。对沉管挤土灌注桩的挤土效应认识不足可能会造成施工事故，该类桩型应慎用，避免造成不必要的损失。

2.2采取预制桩挤土控制措施

桩基设计时应考虑挤土效应对附近建筑、重要设备、地下管线、周围道路及已有桩基的危害和影响，施工时必须采取合理措施。本着群桩范围内先内后外、先地基处理后打桩的原则，编制详细施工组织措施和打桩流程图，做好桩位编号设计、监理和业主方确认工作。沉桩时严格控制桩位偏差，合理安排沉桩顺序，控制沉桩速率，必要时采取桩位预引孔、设置防挤沟、防震沟、应力释放孔等措施来减少沉桩影响。

大面积的静压、锤击（振动）沉桩施工时，应加强对邻近建筑、地下管线的沉降观测，复测10%以上数量的桩顶上涌和水平位移情况，必要时采取跟进措施。

2.3保证钻孔灌注桩成桩质量

钻孔灌注桩的承载力由桩侧摩阻力及桩端阻力构成，成孔质量直接影响承载力的大小。安放钻机时先使钻盘和底座水平，再确保起重滑轮缘、钻杆卡孔和护筒中心三者在一条竖直线上，并经常检查校正。钻孔深度应经质量员和监理实测验收，并及时用换浆法进行清孔。钢筋笼的制作作为关键工序，其主筋焊接和井口对接时必须保持顺直。钢筋笼的直径尺寸偏差不超过10mm，钢筋笼安装应对准钻孔中心缓慢下放，避免碰撞孔壁。

随着环保提升和材料价格上涨钻孔灌注桩施工还应选择本地优良的商砼供应商，以保证商品水下混凝土的质量，确保灌注成品质量。

2.4 倡导桩基绿色文明施工

根据绿色企业行动计划，桩基施工现场要落实绿色施工措施，做好施工工地100%围挡、出入车辆100%冲洗、渣土车辆100%密闭运输。加强施工现场泥浆池和泥浆循环系统专人管理，合理设置排浆沟和循环池，防止泥浆溢入场地周边雨水系统，造成超标排放。安排人员随时配合清除场地淤泥，对于多余的排浆委托有资质的单位进行外运处理，跟踪并记录处理方式、存放位置，避免影响环境发生环保违规违法处罚事件。

3 常见质量问题及原因

3.1 单桩承载力不足

施工控制不到位，导致沉桩深度不足;由于地形起伏变化较大，桩端没有达到预设持力层，但满足了桩长设计值;较大的贯入度，导致桩端穿透预设持力层;较大的桩倾斜角、桩的断裂等问题使得单桩承载力下降;引用的勘察文件资料如地基承载力等特征数据与实际不符。

3.2 桩倾斜度过大

预制桩的产品质量差，桩顶面不平或桩尖不正导致沉桩倾斜;桩机安放不正确，机架未垂直，施工垂直精度偏差过大导致桩倾斜;不明地下埋藏物情况，导致桩端遇障碍时发生方位偏离;桩间距不够大，打桩顺序混乱出现挤土效应导致桩倾斜。

3.3 断桩问题

预制桩桩身强度不足或存在明显缺陷，受力后出现断桩;在安放、吊起、运送中支点或吊点位置偏离，导致桩身损伤;桩身长径比过大，细长桩在沉桩受阻时产生弯曲变形受损;锤击力或夹持力过大，超过桩身强度;接桩质量不过关，对接偏差大或焊缝缺陷导致断桩;设计贯入度不合理，导致锤击或静压过度而桩断裂。

4 总结

结构安全是工业项目设计与施工管理的重中之重。因地制宜，运用科学方法优化桩基础设计方案，提高桩基础的施工性和经济性，才能为工程建设质量和结构安全奠定坚实基础。为保证工业项目运行时的稳定，在勘察、设计、施工时都要高标准严要求，否则就可能酿成大祸。所以桩基的设计和施工过程需要更加细致，技术更加成熟、可靠，质量更加过硬。

参考文献

[1]刘大勇.地基基础工程施工细节详解[M].机械工业出版社，2008.

[2]李粮钢，陈惟明，李小青.基础工程施工技术[M].中国地质大学出版社，2001.

[3]许富华.地基与基础工程施工[M].北京理工大学出版社，2011.

收稿日期：2020-02-05

作者简介：孙继良（1974—），男，江苏扬州人，研究生，工程师，研究方向：机电一体化、工程设计与施工管理。