浅谈地基基础的类型和桩基础应用

韩德昌

中国地质大学（北京）工程技术学院（100083）

0 引言

随着近年来我国综合国力的提升以及市场经济蓬勃发展，我国的工程建筑行业已经得到稳定快速的进步。新型建筑材料和各种建筑结构形式的出现使得我国人民更加注意自己所处的生活条件和工作环境。地基基础是房屋建筑的一个重要组成部分，地基的安全与否，不仅取决于要根据场地的工程地质条件来选用合适的地基基础类型，选择正确且合适的施工技术也很重要。选择合适的基础类型和应用更科学的施工技术都能够显著提高房屋建筑的稳定性。

1 地基基础类型

基础一般泛指埋入地下的一个扩大区域，其将上部建筑物和地基连接起来并且传递上部的荷载。地基基础按照其埋藏的深度可以分为浅基础（小于5 m或者埋深小于宽度）和深基础。浅基础按照结构形式可以分为独立基础、条形基础、筏板、箱型和壳体基础。深基础的类型包括桩基、墩基础、地下连续墙、沉井、沉箱等几种类型。地基基础的主要功能是为了能够完全支撑整个工程建筑物的荷载。就其安全性和经济性而言，地基基础应该充分满足地基的承载力、强度、变形值和建筑物的整体稳定性要求，并且必须满足设计期限内正常运行的要求。除此之外，地基基础还应该满足当地的抗震要求，在地震来临时能够避免地震波带来的建筑物失稳或者坍塌问题。由于高层建筑主要应用的是深基础，而桩基础的应用非常广泛且有代表性，文章将详细的介绍关于桩基础的施工技术[1]。

2 桩基础施工应用

随着高层建筑的兴起，浅基础往往不能满足地基承载力和整体稳定性要求。桩基础施工是一种常见的深基础施工形式，根据基础施工方法和技术特点具体分为预制桩和灌注桩两种。预制桩是指在工厂或者工程施工现场加工制成的各种不同形式的桩。根据场地不同工程地质条件，预制桩可以通过四种沉桩的施工方法将其沉降到设计标高。灌注桩指的是在施工现场首先使用各种机械或其他人工工具成孔，最后在钻孔中埋入钢筋和灌注一定强度的混凝土。下面是关于预制桩及四种沉桩方法以及典型的人工挖孔桩和钻孔灌注桩较为详细的施工技术应用[2]。

2.1 预制钢筋混凝土桩

预制钢筋混凝土桩是指预制而成的管桩或者方桩。以管桩为例，当混凝土强度等级达到C80以上时称作预应力高强度混凝土管桩（PHC）。随着我国城市大型高层建筑的兴起，楼层逐渐增高，浅基础不能完全适用于荷载的设计和施工要求，PHC被广泛应用已经成为了一种发展趋势。PHC的结构组成部分包括钢筋骨架，高强度混凝土，还有一些桩套箍、端板等钢结构。该管桩选择了先张法，通过离心成型及高压蒸气养护，大大提高了其耐久性和承载能力。在一些偏远地区的建筑工程设计中，一般都依靠于勘察报告里面给出的地层状况，根据其物理动力学试验指标来准确估算出单桩的承载力特征值，然后再通过静载试验的方法来检测这个特征值的准确性。预制钢筋混凝土桩一般都是直接采用现代工业化的生产模式，并利用传统的机械加工技术进行预制而成，运输时能够很好保持整个桩体的结构整体感，其中单桩的承载能力远远超出相同规格的其它桩种。预制钢筋混凝土桩在施工中具备很强的贯通穿透土体表层的能力，成桩后施工效果佳，质量可靠，沉降量少，基本上能够满足建筑工程在不同的复杂、多变环境中的施工需求。该桩型成本较低，施工速度快并可以满足不同桩长。这种高强度混凝土管桩具有很好的抗弯、耐裂和抗剪性能，一般适合在粉土、砂土和承载能力较弱的软土地区使用[3]。

2.2 静力压桩法

静力压桩是指用钢丝绳、滑轮和压梁，利用压桩架的自重以及配重把桩基的重力转压到桩顶上，克服桩体与土之间的摩擦力，从而逐节地将桩压进均匀的软土中。与其他沉桩方法相比，静力压桩避免了锤击的压力，桩的配筋和断面也可以降低，只需满足承载力的要求和吊装弯矩。除此之外，这种沉桩的施工方法对周围环境影响很小，压桩所引起的挤土少，产生的噪声小，无任何振动，特别是适合于在一些城市地区中的软土地区进行施工，适用于建筑物密集地带的桩基础工程及一些精密厂房的改造工程。施工过程中应该特别注意的一点就是:由于存在挤压土效应，静力压桩不适用于中密砂夹层超过2 m的情况。压桩时要尽量避免桩体的突然沉降或者倾斜和移位；当压桩的阻力发生变化或者桩顶混凝土损坏时，要暂缓作业，及时进行研究和处理；定时监视桩顶的水平偏位数量和上浮数，若偏差很大，要进行多次复压；在压桩时要尽量避免中途停止，持续作业能够保持工程质量。

2.3 锤击沉桩法

锤击沉桩是指通过锤击所产生的冲击力来有效克服桩身和周围土的摩擦力。最终可以促使使用桩锤的预制桩沉入并达到桩身设计中的深度。打桩时用到的桩锤有坠锤、液压锤、单双动汽锤、柴油机锤等，具体可以根据土质情况选用。在锤击过程中要特别注意对桩的贯入深度进行控制，注意锤击后的打桩深度、贯入土层的速率、打桩支撑架的垂直度，注意防止其位移和倾斜，仔细观察锤桩贯入回弹的情况及贯入深度的变化。该种沉桩方式主要适合在桩径相对较小（一般小于600 mm）的地基土质为粉土、砂性土、可塑性黏土、细砂以及松散的碎卵石类土。该种方法虽然具有机械化水平程度高、施工速度快等优点，但是普遍存在着噪声污染、振动和挤土等缺点。因此这种沉桩方法不适用于城市市中心及夜间建筑物的施工，而且也不适用于硬土和软土中施工[4]。

2.4 振动沉桩法

振动沉桩的方法是指在施工时利用较大功率的振动式打桩机并将其安装在桩顶进行作业，一方面可以利用桩的自重和振动力把整个桩体沉入到地基土中，另一方面振动也能够使桩身周围的泥土和颗粒强烈地震动，这样就使土体产生压实性的收缩或者位移，减小了整个桩体的表面与土层间相互的摩擦。桩锤按照振动频率一般划分为超高频、中高频和低频。在施工作业中，要注意以最小的功率、最快的速度打桩，这样可以使振动对周围环境的影响减到最小。总体来说，该方法设备构造简单、重量轻、体积小、消耗动力少，主要适合于松散砂土、硬塑及软塑的黏性土以及中密及较松的碎石土。这种技术虽然有着良好的特性，同样也存在噪声污染，施工时会给周边人的生活带来影响。

2.5 射水沉桩法

射水沉桩的方法特别适用于碎石土和密实的砂土，射水法一般和锤击或振动法配合进行。根据现场不同的土质条件，在砂夹卵石层或者坚硬的土层中一般以射水为主，以锤击或者振动为辅；反之，在黏土或亚黏土中，以控制水量和射水时间的射水为辅，以控制锤击和振动组合为主。为了防止输水管被拉断或者脱落，在射水过程中施工人员要及时引送输水管道，同时要特别注意控制好整个桩身不能下降过快以免堵塞喷嘴，在沉桩最后阶段及时拔出射水管，进而配合锤击振动方法将桩下沉至设计标高。

2.6 人工挖孔桩

人工挖孔桩指的是使用人工开挖土体，然后进行现场浇筑的钢筋混凝土桩。在现场施工时需要将已经挖好的桩地扩充，用水流量控制桩孔大小，在孔中下放环形的钢筋笼，最后埋入混凝土。人工挖孔桩的直径一般超过800 mm，因此能够承担压力较大的低楼层结构主体。人工挖孔桩是一种经济环保的桩基础施工技术：施工方便、对周围环境影响较小、不需要大型的施工设备、有良好的抗震特性、造价低等，从而在对专业设备要求不高的小规模施工中得到了广泛的应用。存在的缺点是井下作业环境差，一定要做好安全管理，避免事故发生[5]。

2.7 钻孔灌注桩

钻孔灌注桩的施工方法指的是在工程现场的地基土中采用机械手段钻孔，当钻到设计标高后在桩孔内下放钢筋笼，最后用泵车灌注混凝土形成桩基础。钻孔灌注桩按照施工步骤顺序分为:施工准备、安装及定位钻机、埋设保护筒、制备泥浆、钻孔、清孔和灌注混凝土。在施工过程中，保证钻孔质量非常重要，要时刻注意钻进速度和避免塌孔。后注浆的方法首先需要在灌注混凝土前，在钢筋笼上预设几根注浆管，成桩一段时间后往注浆管中加入水泥浆，从而将桩底部的淤积物如泥皮和沉渣全部固化去除。钻孔灌注桩的优势也有很多，相对于预制钢筋混凝土桩来说，其长度和半径可以做得很大，克服了传统预制桩横截面有限的缺陷，因而其承载力也较大。与其他沉入式打桩方法的锤击振动方式相比，施工时所产生的振荡和噪声也较低，一般情况下可以适用于各种地基。缺点是在建筑物的施工中往往有可能会产生塌孔、沉渣等情况，需要进行泥浆护壁；在泥水中灌注混凝土导致混凝土的质量难以控制。这种施工技术往往适用于持力层是碎石层，其中碎石坚硬且分布均匀，其厚度可以满足施工设计的要求，充填土和碎石不会有任何胶结或有轻微的胶连。

3 结论

总而言之，我国在积极地进行现代化建设，高层建筑甚至超高层建筑不断增加，选用合适的地基基础类型和桩基础施工发挥着重要的作用。科学的房屋建筑施工技术既能够有效提升房屋建筑物的稳定性，又能够有效提高房屋建筑物的地基承载能力，还有利于保证房屋建筑物施工质量和安全。所以在新时期地基基础的施工中，根据不同的工程地质条件来选用合适的地基基础类型和施工技术就会显得特别重要。只有这样，才能通过提高施工水平来大幅度提高上层房屋建筑的稳定性。