论建筑工程土建施工中桩基技术的应用构建

2022-11-16侯元杰中国水利水电第四工程局有限公司青海西宁810007

中国房地产业 2022年32期

文／侯元杰中国水利水电第四工程局有限公司青海西宁 810007

引言：

桩基施工是建筑工程土建施工的重要内容，其能通过在沿途中设置桩体，通过桩体侧摩擦力以及桩端阻力作用，使上层构筑物的负荷传递到桩身或侧向土地，以此来保证建筑的稳定性和安全性。新时期，建筑工程的规模不断扩大，人们对于建筑的稳定性要求也在不断提升，有必要在土建施工中重视桩基技术应用，为建筑工程项目施工创造良好条件。

1、建筑土建施工中的桩基施工特点及技术分类

1.1 桩基施工特点

建筑工程土建施工中，桩基施工特征特点表现为一以下3个层面：（1）桩基础施工必须具有良好的承载力条件，因此在持力层选择中，多选择硬度较高、结构密实的卵砾类石层，这样既能保证建筑单桩承载能力，还能满足建筑负荷承载需要。（2）通过桩基竖向作用，能对建筑的倾斜度予以矫正，确保建筑的平衡性。（3）建筑桩基可产生一定刚度，这种刚度能在抵抗自然灾害的基础上，避免建筑物受到损害，继而保证建筑的安全性、稳定性。

1.2 桩基技术分类

桩基础施工对于建筑结构整体稳定性、安全性具有较大影响，要科学合理地使用桩基施工技术，就必须了解桩基础的分类情况。目前，基于应力特征差异考虑，桩基础可分为摩擦桩和端承桩；其中摩擦桩的桩端阻力可忽略不计，其所携带的荷载有桩侧阻力承受；而端承桩的荷载由桩端阻力承受，是一种处于极限负荷状态的工程桩，要注意的是，端承桩的桩端多处于某些岩盘上面，有效地保证了桩体的稳定性。从桩基施工方式来看，工程桩基可分为预制桩和灌注桩，就预制桩施工而言，其现需要通过钢筋混凝土材料工厂制桩，然后在打桩机设备的作用，将桩体打入到地下，以此提升建筑物的承载能力。相对而言，预制桩桩身的混凝土密度较大，并且具有较强的抗腐蚀能力，在施工中，打桩机作业噪声较大，为减少对周边环境的影响，有较多的工程开始采用静压桩基完成工程桩施工。灌注桩多是在施工现场钻孔，在钻孔到设计深度并清孔后，施工人员会将钢筋空吊放到孔内并进行混凝土浇筑，该桩体施工方式对于施工技术的要求较高，但是整体施工具有节约时间、材料的优势，并且桩体的承载能力也极为突出[1]。

2、基于建筑工程土建施工的桩基技术应用

预制桩和灌注桩是建筑工程土建施工桩基技术应用的2种基本形式。

2.1 预制桩

作为桩基施工中较为常用的一种技术，预制桩包含了钢桩和混凝土桩2种基本的施工形式。其中混凝土预制桩不仅具有结构坚固、稳定的特征，而且整体的承载能力较为突出，此外其还具有施工方便的特征。所不足之处在于混凝土预制桩施工过程容易受周围环境影响，在此背景下，若施工过程未能科学地使用保护措施，则桩体本身容易发生开裂问题。钢桩在特殊领域的应用较多，常见的钢桩包含H型钢桩和钢管桩。

2.2 基础施工技术

预制桩在土建施工中应用较多，对于建筑整体施工质量具有较大影响。一般在完成桩体预制生产后，需要规范化地将桩体运输到施工现场进行堆放，然后按照试装、沉桩的流程完成项目施工。在制桩施工阶段，钢筋骨架加工质量会对预制桩的整体应用效果造成影响，因此，多采用闪光对焊或者电弧焊的方式完成钢筋骨架的连接焊接施工，该环节中，应对同一截面内的主筋接头进行控制，要求接头数量不超过50%，并且相邻主筋接头截面间的距离应不小于500mm，以此来保证预制桩满足工程建设设计标准和施工需要。桩体运输阶段，需要在运输车辆上放置垫木支撑，然后将预制桩放在垫木上，要求桩体堆放不超过3层；将桩体运输到施工现场后，要求根据桩体的规格和桩号分类堆放预制桩，预制桩堆放层高保持在4层以内，且堆放预制桩的场地因平整、承载能力良好。通过工程试桩为后期沉桩施工提供有效指导，在试桩施工中，除考虑桩体长度、截面因素外，需要准确地记录桩体每米锤击数、贯入度等指标，并对试沉桩中的总锤击数、桩顶标高和沉桩时间等参数进行精准分析，为后期沉桩施工积累经验。预制桩施工中，沉桩施工是较为重要的一个施工环节，其直接关系着预制桩的整体承载能力。在沉桩施工中，施工人员在桩体就位后，需规范化地进行桩体垂直度校正，最后实施打桩合桩顶标高测量工作，在确保桩体施工满足设计标准后，需进行下一桩体施工。在与柱状桩沉桩施工中，需要对其主控项目、一般项目进行严格控制（见表1），以此来保证锤、桩帽、桩身中心处于同一轴线，并且在完成沉桩施工后，桩身插入的偏差不超过1.5%[2]。

表1 预制桩桩体控制

2.3 沉桩工艺

预制桩技术应用的关键在于沉桩技术控制，现阶段，预制桩沉桩技术类型多样，除静力沉桩、振动沉桩外，锤击沉桩和射水沉桩也是主要的沉桩技术类型；其中在建筑工程土建施工中，静力沉桩、振动沉桩技术的应用较多（见图1）。

图1 工程沉桩

静力沉桩是在静力作用下，通过桩机自重和重型机械作用，使得桩基下沉到土层结构的一种技术。结合工程实际可知，静力沉桩能显著的提升土体的承载能力，工程架收纳盒优势极为突出。要注意的是，在预制桩中，静力沉桩技术的适用范围相对有限，即当工程建设区域的土质较为松软时，多使用静力沉桩技术，但是当工程土质结构硬度较高时，使用静力沉桩会造成土层结构破坏，降低土体的承载力，适应性会有所降低。

振动沉桩在建筑工程土建施工中应用较多，其主要是在桩身自重的作用下，将桩体下沉到规定的位置。在振动成桩模式下，施工人员需要在桩顶的位置上安装振动器，通过该设备进行沉桩效果监测，以此来使得桩基在自重和振动作用下沉到预定位置。相比其他沉桩技术，振动沉桩施工所占用的面积较少，而且整体操作过程较为简单，其不足之处在于，基于该方式进行预制桩施工时，工程噪音污染较大，这对项目的生态文明效益具有一定影响，因此需在施工中予以治理。

2.4 灌注桩施工

建筑工程土建施工中，常见的灌注桩技术包含了沉管灌注桩、人工挖孔桩和钻孔灌注桩3种基本形式，三者的成孔方式有所差异，需结合工程建设的实际情况进行桩体施工技术控制。

2.5 沉管灌注桩

沉管灌注桩包含锤击沉管灌注桩和振动沉管灌注桩2种基本形式，在项目施工中，锤击沉管灌注着的应用较多，该桩体施工方式下，工作人员需要依靠锤击的冲击力来完成桩体的下沉工作，整个施工过程具有操作简单、成本低廉且施工时效率突出的优势。新时期，为保证沉管灌注桩施工质量，需注重其技术操作要点的控制。（1）单打法、复打法、反插法是沉管灌注桩施工中较为常见的工艺，一般单打法的应用较多，该方式下，施工人员应注重拔管环节的控制，一般在拔管时，每层拔管提升的距离保持在0.5～1m，两次拔管期间应作振动处理，振动的时间保持在5～10s。（2）锤击沉管过程中，工作人员还应遵守按流水顺序，依次向后退打的操作要求，若桩体为群桩基础，或者桩体的中心距离小于3.5倍桩径，则在施工中需保证沉桩工艺不会影响邻桩的质量。（3）桩基及桩架就位过程中，要求桩架的底部水平且固定良好，同时桩架的垂直度偏差应保持在0.5%以内。正式沉管过程中，应实施系统检查，保证沉管垂直度，并且沉管不得出现管尖损坏问题。（4）完成沉管后，需规范化地进行混凝土灌注施工，要求严格控制混凝土材料的应用，如在水泥用量控制中，一般要求每方混凝土所用水泥不少于300kg，桩身配有钢筋时，混凝土的坍落度保持在80～100mm以内，对于无钢筋构造的素混凝土桩，其混凝土坍落度应控制在60～80mm。（5）完成沉管灌注桩混凝土浇筑后，还需要规范进行拔管施工，倒打拔管是沉管灌注桩拔管施工的主要技术，拔管过程中，要求重视软硬土层交界处及接近地面部位的拔管操作，通常这两个部位的拔管速度控制在0.6-0.8m/min[3]。

2.6 人工挖孔桩

人工挖孔桩施工中，施工人员需要通过人力作业的方式来完成挖孔，然后合理选择混凝土灌注成桩。考虑到桩孔均是由人力挖掘完后，因此，人工挖孔桩的桩孔直径较大，一般均超过800mm。人工挖孔桩具体施工中，施工人员先需要做好孔口防护，然后进行土方开挖和护壁施工，随后按照土方二段开挖、桩孔支护、循环开挖的方式进行底部桩孔开挖，人工挖孔到设计深度后需规范放置钢筋空，然后完成混凝土浇筑和桩头养护工作。从施工过程来看，人工挖孔桩不仅具有无隐蔽施工、节能环保的特征，而且工程质量的可控性较强、整体灵活性较高，有效地满足了工程桩的整体施工质量。要注意的是，人工挖孔桩虽然整体施工质量可控，但是其挖孔阶段由人力完成，也容易因人为因素影响成孔质量，对此在人工挖孔桩施工中应重视成孔直径检测，并严格控制扩底尺寸，确保项目桩体施工满足设计要求。

2.7 钻孔灌注桩

现代工程建设模式下，钻孔灌注桩在土建项目施工中的应用较多，其能为工程项目建设创造稳定的基础环境，提升基础的承载能力和建筑稳定性。在钻孔灌注桩施工中，具体内容包括以下几方面：（1）在施工初期阶段，工程建设人员应规范化地开展施工准备工作。工程测量是施工准备阶段需要落实的一项重要工作，在工程项目测量中，需要在现代工程测绘设备的支撑下，依据相关技术标准规范开展测点方向工作，该环节中，应通过白石灰标记具体的桩体点位，为后期钻孔及成桩施工奠定良好基础。（2）钻孔施工阶段，需要在完成钻机安装后，将设备移动到定位区域，待钻头与钻孔中心对正后开始进行试钻作业。工程项目试钻施工中，除控制钻机保持水平状态后，还需要细致的检查钻机的钻头，确保钻头使用合理，且无脱钻问题。正式钻进施工中，应在考虑施工区域土质环境的基础上，系统控制钻进的速度和压力，并检查钻孔的垂直度，避免出现钻孔倾斜问题。（3）完成钻孔施工后，需做好孔底沉渣、碎屑的清理工作，一般清孔工作分两次进行，在清孔过程中，应系统考虑地质水文环境对孔底质量的影响，譬如当建筑工程施工区域与河流接近时，在清孔施工阶段就应重视孔内水位的控制，一般需保证孔内水位高出河流水位或地下水位1.5～2.0m。（4）完成清空施工后，在施工现场完成钢筋笼的加工，该环节除控制钢筋规格、尺寸和箍筋应用外，应重视钢筋焊接固定过程的控制，如采用闪光对焊或者电弧焊进行钢筋笼焊接时，需保证其相邻主筋接头截面间的最小距离保持在500mm等。钢筋笼的吊放施工控制，应规范操作起吊设备，然后合理使用两点吊工艺完成钢筋笼吊装，在钢筋笼吊装中应避免出现钢筋笼变形问题（见图2）。（5）完成钢筋笼吊放施工后，规范化的进行混凝土浇筑施工，一般在钻孔灌注桩中，应控制其混凝土的坍落度保持在18～22cm。现阶段，为避免混凝土灌注施工对钢筋笼造成影响，越来越多的施工企业采用了注浆管进行混凝土浇筑，该施工方式下，需严格控制灌注导管下口距孔底的距离，一般两者的距离保持在30～50cm，同时应控制桩体混凝土的密实程度，最后成桩后，需规范开展桩顶养护和桩体承载能力检查，确保建筑施工具有稳定的基础。

图2 钻孔灌注桩-钢筋笼下放

3、基于建筑工程土建施工的桩基技术应用质量控制

3.1 桩基技术应用问题

现阶段，人们对于建筑土建桩基施工质量提出了较高的要求，但是结合工程实际可知，当前桩基施工中尚存在一定的质量问题，这些质量问题集中表现为：（1）在施工中，受环境、桩孔、沉桩操作等诸多因素影响，桩体未达到设计的持力层，这降低了桩体施工的整体质量。（2）桩体倾斜是桩基础施工中较为常见的质量问题，该问题的产生与多种因素有关，一般除预制桩自身桩面倾斜或桩尖位置不正等因素外，前期钻孔中桩机位置安装不正、桩架与地面不垂直等因素也会引起桩体倾斜问题。（3）桩体施工中还存在单桩承载能力不足的问题，引起单桩承载能力不足的因素不仅包含桩体最终贯入度过大，而且设计桩体倾斜、断裂等因素，项目施工中，应注重这些缺陷的有效控制，以此来提升桩体的承载能力。

3.2 桩基技术应用质量控制措施

3.2.1 开展桩基施工准备工作

规范化地开展桩基施工准备工作，能为建筑工程土建桩基施工质量控制奠定良好基础。现代工程建设模式下，为有效保证工程桩基础施工质量，在桩基施工准备阶段，施工人员首先应系统开展施工区域的地质勘察工作，要求精准掌握施工区域的土壤、水文和气候因素，了解项目施工的有利条件和限制因素。其次在桩基技术应用初期阶段，还应结合工程勘察资料，做好桩基础施工方案的设计工作，为后期项目施工提供技术指导和约束。最后应注重施工人员的专业培训，确保一线施工人员系统掌握桩基础施工的技术要点，确保桩基施工操作的标准性、规范性。

3.2.2 加强桩基施工过程管理

桩基施工过程管理中，应重视2个层面的要点控制：（1）在建筑工程土建桩基施工中，施工人员应注重桩基施工技术要点的控制。以预制桩施工技术为例，在工程制桩阶段，要求桩体钢筋材料的主筋接头不超过50%；同时应严格控制制桩阶段的主控项目和一般项目，如主控项目中主筋距桩顶距离、主筋保护层厚度的允许偏差均应控制在±5mm，而在一般项目中，要求桩尖中心线、桩顶钢筋网间距的偏差控制在±10mm。预制桩施工阶段，应严格控制各个施工环节，保证桩体垂直度偏差小于0.5%等。（2）工程桩基础施工质量受底层环境的直接影响，对此在施工初期阶段，施工人员应高质量、高标准的开展地质勘查工作，掌握施工期与地质基础情况，然后以此为基础进行桩体设计和桩尖持力层设计，并且在桩体贯入过程中，及时清理坚硬障碍物，防止桩体损坏等。

3.2.3 重视桩体质量检查

要进一步提升工程装基础上施工质量，除严格控制桩基施工技术应用外，还应对成桩的质量进行系统检查。目前，除高应变法、低应变发射法外，声波无损检测在工程项目成桩质量检查中也得到了广泛应用[4]。结合永城实际可知，声波无损检测在声学法检测技术的作用下，实现了混凝土结构的精准检测，并且这种检测技术应用不会对桩体本身造成影响。新时期，应尽重视该技术的深层次研究，深化其在工程桩体质量检测中的系统应用。通过声波无损检测进行桩体质量系统检测时，除控制应力波波峰值外，还应对应力波速以及波形进行分析，以此来保证桩体检测的科学性、合理性。一般当应力波的波峰值、波速以及波形变化具有规律性、均匀性特征时，表明桩体较为完整；反之当桩体存在断桩、桩体倾斜等质量缺陷时，检测结果中就会出现射波、反射波以及透射波等问题。对于桩本身存在质量缺陷的桩体，施工人员还需要结合工程实际，规范化地进行补桩后或重新成桩施工，以此来保证地质基础的承载能力，为建筑工程项目施工创造良好条件。