高层房屋建筑中桩基础施工技术存在的问题与措施

2022-01-19武燕斌

建材与装饰 2022年3期

武燕斌

（山西西山金城建筑有限公司，山西太原 030024）

桩基由桩、桩承台构成，桩基础施工过程中，常用施工方法包括锤击法、振动法、压入法、射水法。施工法包括预制桩和灌注桩。在高层建筑桩基础施工过程中，相关技术人员选用打桩方法时除了需要考虑施工地区的地质条件，还需要把桩的类型、长度、断面等纳入考虑项，在满足施工设计要求后方能进行场地施工。在高层建筑桩基础施工时，高层建筑自身的重量就极大，容易出现沉降，因此需要建设施工人员科学合理地采用桩基础施工技术进行施工建设，消除沉降隐患。

1 桩基础与桩基础分类

基桩和承台共同构成了桩基础。早在新石器时代，原始居民为了防止野兽与外敌的侵犯，便有了桩基础的初始形态。到了宋代，撞击技术已经较为成熟。随之在明清时代技术得到了极大完善。在这几千年地发展过程中，原料、类型、施工方法都有了质的改变，在现代科学理论为基础下，已经形成了完整的现代化基础工程体系。桩基在建筑中的应用已经越来越广泛，在唐山地震后，调查人员调查发现采用桩基的建筑物受损程度较低[1]。这充分体现了其在恶劣环境下形变程度小，稳定性强的特征。其结构具有以下特点：桩支承于坚硬的持力层，足以承担高层建筑的竖向荷载。另外，桩基有很大的竖向单桩刚度或者群刚度，不会因自身重量产生过大的沉降，保证高层建筑的倾斜在可控范围。同时，凭借大直径桩或裙装基础的侧向刚度，保证高层建筑的抗倾覆性。更值得一提的是桩身可以穿过液化土层支承于稳定的土层，这样一来亦保证了高层建筑的稳定性[2]。

按照受力原则，可以将桩基础划分为两类：摩擦桩是利用底层与基装的摩擦力来承载构造物，这其中又包含了压力桩、拉力桩[4]。端承桩是使基桩坐落于岩盘上来承载重物。另外，按照施工方式的不同，还可以将桩基础分为预制桩和灌注桩。预制桩的优点表现在其强度高，材料少；但缺点也很多，预制桩施工难度高，施工时长较长。灌注桩的安装首先要在施工现场进行钻孔作业，随后在深度足够时，放入浇灌混凝土。虽然灌注桩材料耗费高，但优点是施工难度很低。这里值得一提的是灌注桩，灌注桩又称浇桩，在施工阶段直接在设计桩位的地基上成孔，在孔内放置钢筋笼或不放钢筋，后在孔内灌筑混凝土。相较于预制桩，灌注桩更节省钢材，并且更适用于持力层起伏不平整的场景。灌注桩种类繁多，适用于不同的土层。在不同土层施工过程中，灌注桩桩长可以改变，同时仅需少量构造钢筋，产生的振动以及噪声较小。冲孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、沉管灌注桩是当前较常见的几类，第一类是利用泥浆保护稳定孔壁的机械钻孔方法。人工挖孔灌注桩顾名思义，需要人力挖土，进而形成桩孔。在推进的过程中，将孔壁衬砌，清理孔底后浇入混凝土。在沉管灌注桩施工过程中，需要运用锤击设备或振动沉桩设备，将钢板靴或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中，造成桩孔，随后放入钢筋骨架，浇筑准备好的混凝土。拔出套管后，利用过程中的振动捣实混凝土。

2 桩基础施工对于高层建筑的作用

桩基础工程的施工任务主要包括建设桩基、搭建承重台以及安装桩顶等方面，因此，高层建筑桩基础施工建设的质量往往与高层建筑的整体质量直接相关。与此同时，在当下的高层建筑施工过程中，桩基础作为高层建筑的支撑架构，其作用是举足轻重的。除了保证高层建筑的倾斜角度在可控范围内，还保证了高层建筑的抗倾覆稳定性，确保高层建筑不会产生过大的沉降与倾斜。另外，桩基础足够承担高层建筑这个庞然大物的全部竖向荷载，包括其偏心荷载[3]。在唐山地震后的建筑质检也可以看出含桩基础的高层建筑损坏较小，这无疑体现了桩基础有助于增强建筑抗震性的功能特性。不仅如此，在高层建筑施工过程中运用桩基础施工技术的重要原因在于建设承重能力更强、安全性能更优越的地基，从而消解对于地基问题的忧虑，并且能够显著提升高层建筑的质量。具体说来，当桩基础施工顺利完成之后，整个施工工程所承受的大部分重力都能够分散到建筑的地基中，从而减少高层建筑的压力，强化建筑物的稳定性和牢固性。而当桩体全部埋于地基土层中时，对地基也起到了稳固作用。还值得一提的是，桩基础也降低了施工项目的成本，亦改善了施工条件，桩基础的应用及分类如图1 所示。

图1 桩基础的应用及分类

3 桩基础施工技术的特征分析

①桩基础本身便具备突出的承重能力，能够承受高层建筑的重量。②桩基与土层的密切连接有助于保证高层建筑物整体的安全系数。③在桩基础的施工过程中，施工人员往往会选用更为稳固且强硬的地质来安置桩体，比如密度较大的砂石[4]，如此一来则有助于强化桩基的承重能力。④在实际的施工过程中，我们不难发现，桩基础往往成群存在，这是为了更有效地规避诸如地震等自然灾害所带来的各种不良影响。总之，上述特性均有助于高效解决桩基的承重问题，从而为高层建筑的稳定性和安全性创造强而有力的保障。

4 高层建筑桩基础施工存在的问题

4.1 混凝土强度及浇筑问题

在高层建筑桩基础施工过程中，混凝土强度不够造成的施工事故数不胜数。在混凝土试配阶段，相关操作人员未跟标准来进行混凝土试配，从而导致混凝土强度与标准要求相差甚远，进而导致桩身也变得极其不牢固。另外，在相关施工人员进行原材料选取时，敷衍了事或偷工减料，导致投入使用的石子含泥量过高，同时选用的砂也很细[5]。因此原材料间黏结强度很低，进而降低了混凝土桩身的强度。另外，部分操作人员搅拌时间控制不当与加水量控制不当也导致混凝土得强度达不到标准需求。

在混凝土浇筑施工过程中，部分施工环境在水下，因此进行桩体浇筑后会出现沉积现象，浇筑量变得不可控，直接影响产出得成柱质量。另外，在桩体成型后的模具拆除过程中，部分施工人员专业知识欠缺，盲目且不均匀用力，拆除时长也不符合规定要求，直接导致桩柱被破坏。还值得一提的是，部分施工人员只要求施工速度，对于地质勘查工作做得非常不到位，从而导致了桩柱受地质构造影响严重。

4.2 桩体问题

4.2.1 断桩

在施工现场，部分施工区域地质极其复杂，加上相关施工人员的沉桩方式欠佳，未对施工地质进行施工前勘测，桩断裂的现象时有发生。同时，在桩运输的过程中，相关操作人员在起吊、堆放过程中未能控制好吊点的位置，也导致了桩体断裂[6]。沉桩时，诸多因素都影响下沉过程，很有可能导致在沉桩时便出现桩体弯曲甚至断裂。另外，在进行锤击作业时，因实现并没有科学设计桩锤，导致在锤击过程中的次数远超预期，在某次力度过大的锤击后，桩体便断裂，如图2 所示。

图2 断桩

4.2.2 桩基础偏差大

相关图纸设计人员对于图纸的设计不够科学，在放线过程中误差便出现了，与此同时，部分施工人员存在偷工减料的现象，进而导致桩基础发生偏差。

4.2.3 桩体受力不均

因相关技术人员没有精确计算桩体总承载力与平均承载力，常会出现桩体塌陷等现象。同时，因桩体实际承重与预期承重存在数据差异，进而影响了整体工程质量，为日后高层建筑投入使用埋下了巨大的安全隐患。

4.2.4 桩接头断裂

在施工过程中，对于较长的桩体部分施工人员没有科学进行分段预制，分段沉入的方法，当倾斜过大时，很可能导致桩体从中断裂。

4.3 持力层问题

桩基础是高层建筑的根本所在，它关乎到高层建筑的整体施工质量。同时，持力层的选择关乎到桩体的进入过程，与桩体的稳定性直接挂钩。在实际施工过程中，桩体根本达不到持力层的现象仍然存在，这让桩体稳定性得不到保证，进而影响到整体施工工程。

5 高层建筑桩基础施工技术优化策略

5.1 现场勘察准备

在高层建筑桩基础施工前，对于施工现场的地质勘察工作是必不可缺的，通过科学勘测地质情况，记录相关勘测数据，了解施工环境来进行工程预测工作。以此为基础组织相关技术人员进行可行性探究。在勘测过程中，除了对地形水文的勘测外，还要做好对交通、当地电缆分布、周边建筑及居民等情况的记录。上述准备工作的完成有助于避开施工危险点，从而消除各种施工隐患。在有了数据作支撑后，准备购置各种施工设备，在施工前期，施工企业需要安排专业购置人员进行设备购置，确保设备性能与设备质量能达到施工标准。在设备购置完成后，组织施工人员清理施工现场，进行设备引进工作。在这项工作中，施工人员一定要让施工场地更为平整，便于设备更高效地进行施工作业。

5.2 优化高层建筑桩基础各项指标

为保证高层建筑的整体施工质量，桩基础的各项指标必须得到保障。施工过程中，确保桩基础的压力承载性能。相关技术人员进行桩基础压力承载性设计时，不仅仅需要考虑在施工完成后，桩基础对整个高层建筑的承载情况，还需要将高层建筑投入使用后，室内将要置办的物品的总质量累加起来，综合各方面因素来进行承重设计。同时，对于桩体的平衡性与稳定性也需要得到技术保障。还值得一提的便是桩基础的钢性指标，相关设计人员需要考虑地基、建筑结构、建筑高度等多方面因素，通过科学计算，保证建筑的稳定性。

5.3 桩基础质量处理

在桩基础质量处理完善过程中，如何优化桩基础处理方案，怎样科学高效解决断桩、桩形变、桩裂缝等问题，是相关技术人员的工作核心所在。从以往事故案例来看，桩基础结构坍塌的问题经常出现。对于这个现象，溯其本源便是在施工过程中没有严格控制框架中的各个节点，导致节点间脱落，进而引发坍塌事故。因此在优化方案中，可以采用分节连接的方式。如果在中途出现质量问题，需要及时进行桩基础修补或更换工作，以免引发更严重事故。

5.4 施工工艺把控

在施工过程中，对于施工工艺也需要严格把控。在施工过程中，施工监理人员需要督促施工人员严格按操作准则来进行相关施工作业。举个例子：在进行钻孔时，监理人员需要切实督促施工人员根据施工图纸进行施工作业，反复审核相关结构后确认桩位以及标高，通过精细的工艺保证钻孔符合施工图纸要求[3]。随后，反复检查孔径、孔深等，确保施工过程万无一失。在这些工作都做完后，监理人员才能允许施工人员进行后续工作。

5.5 遵循建设原则，规范施工次序

高层建筑桩基础施工需要遵循压力承载性、平衡性以及刚性等原则[7]。除此之外，规范施工次序也是保障高层建筑桩基础施工顺利开展和有序推进的重要环节之一。具体说来，在进行施工次序安排的同时还应当关注在各个环节中采取有针对性的具体举措，致力于将工程建设过程中有可能遇见的困难简化和消除。首先，在进行施工规划时，承包单位需要充分考虑多方面的影响因素，多维度地考虑施工现场的实际情况，以期制定出具体且全面化的施工方案。其次，一般而言，高层建筑的桩基础施工往往以对外围桩孔的打孔工作为出发点[8]，并且在桩孔孔壁浇筑混凝土的工作中预留一部分桩孔用于排水，以此优化桩基础的桩孔质量。

5.5.1 严格控制钻孔过程

钻孔施工工程是高层建筑桩基础施工的基础步骤，这要求承包单位需要首先对桩位、标高等基本信息进行反复且细致的审核，从而保障其准确程度。在确认无纰漏之后，施工人员还需要对孔深、孔径以及孔斜度等方面的情况进行细致入微的检查和调适，以期最大限度地消除误差以及后期的安全隐患，确保不可避免的误差在合理的范围内。除此之外，在进行高层建筑的桩基础施工过程中，施工人员还需要在视察施工现场状况的前提下撰写一份勘察报告，并据此调整施工方案中不合理的流程和步骤，以规避地质和环境对施工质量的不良影响。一旦地质状况发生显著变化，施工人员务必及时根据现场情况对桩基及其基坑的深度进行相应的调适[9]，确保高层建筑工程能够具备最为良好的承载力，满足施工的基本要求和发展需求，同时最大限度规避桩基位置偏移等不良现象。

5.5.2 细致检查钢筋笼

除了对钻孔过程施以严格控制以外，施工人员还需要重视对钢筋笼的检查工作。一方面，这与钢筋笼的制作质量控制直接相关，并且下笼、焊接等工作在检查核验的基础上再进行施工也是确保工程安全性的重要前提。一般而言，钢筋笼采取分段制作的方式，在制作过程中，钢筋笼的长度以其定长为基准，但不能短于6m。在连接钢筋的过程中，施工人员需要确保钢筋的轴心呈现一致性，并且在焊接的过程中需要将钢筋接头交错焊接。如此一来，焊接便能够最大限度保证钢筋笼的优质，规避焊接缝的产生，进而避免断桩情况的发生。