高层建筑工程施工中桩基础施工技术浅析

2021-12-07饶杰明云南天鸿化工工程股份有限公司

门窗 2021年5期

饶杰明云南天鸿化工工程股份有限公司

1 前言

随着建筑工程施工技术的高速发展，钢筋混凝土结构桩以及新型螺旋钻孔压浆成桩等桩基础施工技术在建筑工程建设过程当中的应用也比以往更加广泛，由于不同桩基础形式自身各有利弊，在实际应用过程中必须充分结合施工场地的客观情况，选择合适的桩基础施工方式来开展施工。本文以当前高层建筑桩基础施工过程中的常用技术作为出发点，针对当前高层建筑工程施工中桩基础的应用类别进行系统分析，并且结合笔者的实践经验来针对高层建筑工程施工过程中不同桩基础自身的利弊，不同地质条件之下高层建筑建筑桩基础的应用形式展开探讨。

2 桩基础的类型及常见桩基施工技术要点

2.1 桩基础技术的类型

桩基础是建筑物深基础的一种常见形式，由基桩和与桩顶连接的承台组成。如果桩身完全埋在土中，承台底部与土接触，则称之为低承台桩基础。如果桩体高于地面，承台底部高于地面，则称为高承台桩基础。建筑物桩基础一般为低承台桩基础，桩基础的分类方法很多。根据受力原理，常用的桩型可分为摩擦桩和端承桩。

根据土体挤压的情况，可分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩。按使用功能：受压桩、抗拔桩、横向受荷桩、锚桩；按截面形状：圆桩、方桩、多边形桩、异形桩、DX 桩；按施工方式可分为预制桩和灌注桩等。本文主要按桩基础施工方式分类分析不同地质条件之下桩基础自身的利与弊，便于在工程建设中更好地选择合适的桩基础类型。预制桩是指在工厂或施工现场制成的各种形式的桩，通过打桩机将预制的桩沉入地下。根据沉入土中的方法，可分打入桩（锤击沉桩）、水冲沉桩、振动沉桩和静力压桩等。

2.2 桩基施工技术要点

2.2.1 预制桩基施工技术要点

预制桩包括混凝土预制桩和钢桩，施工的核心是利用打桩机将预制桩沉入地下进行标高设计。主要包括：锤击沉桩法、静压桩法和振动沉桩法这几种形式，其中锤击沉桩法是一种利用桩锤落在桩顶的冲击力克服桩土阻力，使桩沉降到预定深度或达到承载层的打桩施工方法。锤击沉桩是预制混凝土桩常用的沉桩方法，具有施工速度快、机械化程度高、适用范围广等优点。但施工过程中对地面产生的噪声和振动影响较大，在城市或者是夜间施工的时候会遇到一定的限制。

静压桩法作为一种重要的打桩技术，主要利用压桩机的自重和重量。然而，由于存在一定的制约因素，静压桩施工技术在实际打桩过程中不可避免地会对土体造成相应的破坏。如果控制不合理，会影响压实效果。

因此，在该技术的实际应用中，必须保证其技术操作的一致性，避免间歇性问题。由于该技术具有很强的应用优势，不仅振幅相对较小，而且无噪声污染，在质量控制和成本控制方面能够取得良好的效果，该技术的应用不会增加成本。

2.2.2 灌注桩基施工技术要点

人工挖孔桩法即采用人工分段开挖、分段浇筑混凝土护壁，既能防止孔壁坍塌，又能起到防水作用。适用于桩径大于800mm，一般粘土层、砂土及人工回填土地基。对于设计桩径小于800mm 无地下水的也可采用螺旋钻机成孔，成孔深度在10m、12m等均可。

人工挖孔桩具有经济、设备简单、噪音低、可同时施工现场所有桩、可直接观测地层等优点。孔底清洁方便，桩径大，适应性强。缺点是可能遇到地下水、流沙、塌陷坑、缺氧、有害气体、电击、地面重物等危险，造成人员伤亡。因此，施工人员必须熟悉开挖孔洞的地质情况，必须经常检查，注意土层的变化，当流沙、大量地下水等对开挖安全造成影响时，要立即采取有效的防护措施，才能继续施工。

尤其是下水位有必须有专家负责的观测记录的地下水位的变化，是否导致周边基础、建筑物安全隐患的沉降和位移等，桩基完成后要立即设置在泵孔灌溉点附近或开挖和使用已经未完成的灌注桩，以保持水压平衡，土壤稳定。对于流体淤泥或流砂，孔壁应为钢管，施工段易坍塌开挖，即校核验收，即灌注墙混凝土，以保证混凝土密实度，避免渗漏。流砂桩基础应在枯水期进行处理，以免因地下水位上升和雨季动水压力高而增加施工难度。

沉管桩法包括锤击沉管桩法和振动沉管桩法。较常用的方法是锤击沉管灌注桩法，其施工要点是桩端与桩管接触面应作为麻(或草绳)垫圈，以防止地下水渗入管内，并作为缓冲层。下沉管子时，先用低锤击打，观察无偏差，然后正常击打。在拔出管子、锤子或振动套管之前，测量到混凝土已经流出套管时，再拔出管子。桩管内的混凝土应尽可能充填，拔管时也要控制拔管速度。一般土层不得超过1m/min，软土层与硬、软土层之间的界限应控制在0.8m/min以内。在将管底拉至桩顶设计标高之前，不得中断倒打或攻丝。注意保持管道中的混凝土略高于地面，并保持直到整个管道被拔出。

钻（冲）孔灌注桩法施工工艺是:定位放线、埋设护筒、定位桩机、配制泥浆、用机器（潜水钻、冲击钻等）打孔、回收泥浆、排渣、清孔、放置钢筋骨架、浇注水下混凝土。其原理是用钻机（如螺旋钻、振动钻、冲击钻等）将土钻入孔内（需要泥墙保护），然后将孔底残渣清除，放入钢笼，浇注混凝土。钻孔灌注桩的优点是深入土层，可以进入岩层，刚度大，承载力高，桩身变形小，易于水下施工，缺点是需要专用设备（钻机），难以清除孔洞，钻孔灌注桩的混凝土浇筑是在水中或泥浆中进行的，因此称为水下浇筑混凝土。灌注质量是评价灌注桩质量合格与否的重要指标。因此，水下混凝土应比设计强度提高一个强度等级，并具有良好的工作性能。水下混凝土浇筑常采用导管法。

浇筑时，先将管内及漏斗内充满混凝土及其量，以保证管底0.8m以上，然后将混凝土刨切成悬挂式防水塞丝，混凝土掺量下的重量迅速排出水中的球塞，将浇筑管埋在混凝土表面0.8m以上，在浇筑过程中，始终保证浇筑管道始终浸没在混凝土中，否则会产生断桩等废桩。

3 当前高层建筑工程施工过程中常用桩基础的利弊分析

3.1 预制桩的相关利弊分析

与灌注桩相对比，预制桩的优点主要包括生产成本更低、比表面积更大、环保性能优良、直径相对较小、配筋率相对较低、节约钢材、施工技术难度相对较低、单方混凝土的整体承载能力明显更大，而且整体施工更加便捷。而预制桩的缺点则主要受制于挤土效应，导致桩基础出现缩颈以及断裂等相关情况，不适合应用于饱和黏性土基之中。

3.2 灌注桩的相关利弊分析

钻孔灌注桩的整体适应性更广、桩径选择的整体范围更大、单桩的整体承载能力相对较高、整体成本更低、桩长的选择范围相对较大、工程施工噪音相对较小而且整体成本较低等诸多优点，在建筑较为密集的区域进行各种地层施工其都较为合适。但是，其整体施工工艺相对较为复杂，对于质量造成影响的因素也相对较多，施工过程当中的排污量较大，在卵砾石以及大粒径的岩石施工过程当中容易产生问题。另外，沉管灌注桩与预制桩相比较，整体成本明显更低，施工过程中的噪音污染也相对更小。

与钻孔灌注桩相比较，其施工效率更高而且施工过程更加的便捷，在施工过程当中无排污问题。但是，由于其整体桩径相对较小，而且单桩的整体承载能力较为有限，因此通常应用于软土基施工过程当中。

4 灌注桩施工方法分析

4.1 施工准备

具体施工开展过程当中，认真清理施工场地周围的各种垃圾与杂物，确保施工场地干净平整，更好的开展桩基础施工工作，以免施工工作过程当中，场地过乱，或者存在大量杂物，对施工质量造成不利影响，更好地保证高层建筑桩基础垂直平稳。平整完场地之后，开展放线施工，对施工现场各走线认真检查，严格依照施工图纸要求，准确定位控制线，同时依照图纸要求，对各个桩位具体的位置进行检查核对，以免发生错误。同时将施工工作开展过程当中的机械设备提前准备好，并在相应区域合理安装，确保钻孔机位置固定的合理性，提高桩基施工水平。

4.2 护筒埋设

只有做好护筒埋设工作，才能控制和减少孔壁坍塌问题，提高施工效率和质量，该工程主要应用钢护筒。

4.3 泥浆制作

钻孔施工过程当中，制作泥浆来有效冷却钻头与润滑钻具，同时还能避免转孔出现塌孔问题。按照相应比例合理配比粘土水添加剂等，达到理想的效果。

4.4 钻孔施工

钻孔施工工作开展过程当中，严格按照施工工序科学进行，确保钻孔垂直，保证和中线相符合，以免出现成孔偏斜问题，钻孔施工工作开展过程当中，将泥浆加入其中，及时开展出渣施工。

4.5 清孔施工

钻孔作业过程当中，应当认真监测钻孔的位置，深度，直径等相关参数，符合设计参数标准之后及时进行清孔工作，以免长时间施工，引发泥浆沉淀问题，对施工质量造成不利影响，还会引发桩孔坍塌，此工程清孔施工过程当中主要运用真空吸泥机来完成，并检查验收灌注桩施工质量，符合质量标准之后，在开展下一阶段施工。

4.6 钢筋笼入孔安装

完成清孔工作后，在孔内放入预制钢筋笼，合理固定与定位，安装时运用有效措施，避免钢筋笼出现变形，确保和庄孔的垂直性，吊装过程中不可碰坏孔壁，对吊筋长度科学计算，完成钢筋笼安装之后，测量孔内的深度与沉渣厚度，直至符合要求。

4.7 混凝土灌注

灌注混凝土过程中，为了控制断桩问题，在灌注混凝土前，应当合理的配比与搅拌，确保混凝土水灰比、和易性、塌落度以及初凝时间与相关规定相符合，确保混凝土质量，使灌注桩质量大幅提升。

5 高层建筑工程施工中桩基础施工技术强化措施

在桩基施工中，施工人员必须确保高层建筑工程的材料选用符合技术标准和质量标准，选用的材料能从根本上保证建筑物的质量和安全。桩基施工技术的实施效果直接关系到高层建筑工程的竣工质量，其施工质量也直接影响到工程的安全和进度。因此，有必要加强桩基施工的技术措施。桩基现场拼接施工内容主要包括。

（1）吊装、拉固、钢筋连接。

（2）袖注浆、后足钢筋捆扎及支模。

（3）预埋件安装、混凝土浇筑及后浇件维护。在这一过程中，高层建筑桩基施工管理人员需要进一步深化全体工作人员对现场拼接施工步骤的重视，以确保这一过程的正确性和严谨性，为后续装配式建筑整体施工质量的提高打下良好的基础。

在此期间，管理人员还可成立专门的管理小组，严格控制施工质量和进度，并不时检查施工内容，确保其符合相关技术标准。

另外，桩基施工过程中的运输和储存也需要精心规划，不仅需要事先选择最佳的运输路线，还需要尽可能选择合适的运输设备，以减少运输过程中对工程材料的损害。同时，也能保证高层建筑工程中桩基技术的质量。

5.1 强化桩基础施工安全的措施

确保桩基施工安全的措施包括以下几个方面。

一是在施工现场的显眼位置设置明确的警示标志或围栏，并派专人防止非施工人员进入。

二是每隔10m～15m 在支撑架周围和中间设置竖向斜拉杆，使空间结构层的刚度和变形受到较大限制。

第三，梁板模板的高支撑架可根据设计荷载采用单根或双根竖杆，竖杆之间必须根据台阶间距充分设置双向水平杆，以保证两个方向的设计刚度。

第四，仔细设计混凝土浇筑方案，确保模板支撑施工过程中荷载均衡。最好采用从中间向两侧延伸的浇注方法。

第五，应尽量避免地基不均匀沉降。桩基础底座应采取一定的固定措施，防止底座的移动。在桩基础的安装过程中，必须邀请经验丰富的专业团队。施工人员不仅要有高超的专业技能，还要有安全意识和危险意识。

施工应严格按照施工方案和规范进行，不得有疏漏。在工程施工中，是桩基施工的重要内容，由于作业风险较高，必须准备采取全面的安全防范措施，并为施工队伍落实应加强安全管理，增强施工人员的安全意识和质量意识，对施工人员进行安全培训、应急演练，此外，还应加强施工安全管理的实施，并根据现场条件加强安全管理措施，确保桩基施工过程中的人身安全和施工安全。

5.2 优化高层建筑工程桩基础施工的措施

5.2.1 提高技术人员的综合素质

技术人员的综合素质高低，直接影响高层建筑工程桩基础施工技术的应用效果，所以需要根据当前的发展现状进行技术设计，从而保证技术的应用效果符合发展的要求。同时提高高层建筑工程桩基础施工技术应用的广泛应用。

5.2.2 提高高层建筑工程结构的安全性

建筑工程的最终目的是保证整个施工工程的质量安全，基于高层建筑工程基础中桩基础广泛应用，为建筑施工带来了极大的方便，但是还需对该技术的安全性进行进一步地加强，对整体建筑结构进行优化设计，在设计过程中，需要根据建筑地区的具体地理位置进行技术的改革，提高桩基础建筑技术的应用强度，从而提高整个建筑工程的安全性。

5.3 桩根部位混凝土浇筑施工技术

桩基施工完成后，为了保证桩基与上部结构形成完美的整体，必须做好桩基与上部结构混凝土浇筑施工的质量保证工作，同时加深工作人员对混凝土浇筑施工过程的重视。项目管理人员在施工初期，有必要强调，所有步骤都必须符合相关规定，并按照模板、材料等的质量和规格适用，以满足项目的实际需要，才能进行浇筑作业。在此过程中，项目管理人员还应清除模板内部可能出现的污染物和加固材料，并修复模板内部可能存在的缺口。

然后，根据不同材料的浇注要求，选择合适的浇注方式，并利用Gks=γsGk公式做好脱模吸附力的计算。在该公式中，根据混凝土结构标准，将脱模吸附系统设置在1.5，可逐步计算最终脱模吸附力。然后，利用混凝土施工验算公式σct＜1.0ftk得到混凝土正截面边缘的正拉应力。该公式主要反映了标准荷载值联合作用下高层建筑预应力混凝土构件正截面边缘混凝土的正拉应力，用ftk表示预制混凝土立方体抗压强度的标准值。

上述计算完成后，施工人员应先在桩顶和柱底浇筑30mm～50mm 厚的水泥砂浆，然后再浇筑整个构件的混凝土。此外，在这一过程中，有必要计算和控制的材料下层厚度提前。最好保持在40mm 的范围内，但厚度较小的现象不应出现。为了从根本上避免混凝土离析或脱空问题，必须按照快插慢拔的原则完成混凝土振动作业，尽可能标明预埋件、钢筋及其他材料的位置，做好预防工作。高层建筑工程混凝土浇筑完成后，还需要进行约一周的维修工作，混凝土的防水性能维修时间应在两周以上。