高层建筑钢筋混凝土桩复合地基施工技术

钱新文，杜玉芬

（硅湖职业技术学院，江苏 苏州 215332）

近年来，随着城市化进程的不断加快，建筑行业得到了飞速发展。在建筑领域中，复合地基技术得到了广泛运用，并且逐渐取代了传统的地基处理方法。复合地基技术的优势在于其能够有效地解决地基承载力不足、地基沉降过快等诸多问题。与传统的地基处理方法相比，其优势在于具有简单、快捷、经济、环保、效果好等特点。

然而，尽管复合地基技术目前已经成为建筑领域的一项重要技术，但是在实际施工中仍存在着一些不足之处[1]。比如，在建筑施工中，由于人力成本的上升，机械化施工已经逐渐普及。虽然机械化操作明显提升了施工效率和质量，但也存在着一些问题，比如操作难度大、维护成本高等。此外，建筑材料的质量问题也是影响施工效率的一个因素。只有提高建筑材料的质量，才能确保在施工过程中不出现失误。针对上述的不足之处，建筑领域需要不断地完善复合地基技术，不断改善和创新施工技术，以提高施工效率和质量。应加大科技投入，加强对地基工程技术的研究，探索新型建筑材料及施工技术。另外，在机械化操作的情况下，建筑领域也需要研发更加智能化的机械设备，以便更好地应对复杂的工程环境和施工条件。同时，减少建筑材料的使用和回收再利用也是建筑领域应注重的环保措施，努力降低对自然资源的消耗。

1 高层建筑钢筋混凝土桩复合地基施工

1.1 钢筋混凝土桩施工工序

在钻孔灌注桩的施工中，需要对钻机进行设置，使用钻机控制钻机推杆，对各个位置进行检查校对钻机，使钻杆垂直出现在桩原点的上方空间处，使得桩垂直度允许误差小于1%[2]。通过仪器确定坐标位置，控制点处用支架将观察设备进行搭建，对三支架进行伸缩设计使用。同时，需要对移动设备偏向的方向进行重新规划和定位，使得设备与支架在相同直线上。清孔施工时需要在施工场地中对地下中的所有管道和线路进行排布，管理线路保证管线的损坏程度低，确保使用安全。探坑开挖到1 m 以后浇筑混凝土护壁，防止因土质疏松而造成的洞口坍塌。混凝土混合后，需要按照实际配合比进行搅拌混合，混合计量需准确计算。首先装碎石或者土块，随后加入水泥、土料和添加剂，最后加入沙土，让水泥、土料和添加剂位于沙土之中，这样会保持相对静止状态，使其能较好地黏附。通过均匀搅拌完成混合料，搅拌时间要求在10～15 min。同时，在泵送前，在搅拌机内注入混合好的材料。进行钻孔时，及时关闭钻头的控制点，移动钻杆，让其不断往下，在其头部到达平面后使用马达开始钻孔。通常是先缓慢进行，随后加快速度，通过调节速度来避免钻杆摆动的方式便于工作人员及时检查钻孔处的误差程度，以更好地对失误进行改正。在钻孔操作中，假如遇到钻杆摆动或者钻孔不易时，需要缓慢进尺，这样就可减少桩孔位置偏移，避免产生相对位移或者造成钻杆和钻具破损等问题。根据设计桩长得到其钻孔的深度，当头部的深度到达预设桩长的高度时，使得钻机顶部停留在对应位置，在钻机塔身处对点位进行实时记录，标记施工中桩长的预设位置[3]。在实际操作中，如果钻头顶部到达设定长度处，测量具体桩的长度为最终长度。施工时还要将施工中的标高随时观察与记录，按照标准程度来进行增加或减少。在钻进过程中，如果遇到砂石层或土块层时，会出现进尺进入不易、机架相对不稳等情况。在实际工程中，通过得到的特性判断钻杆进入沙土层或土块层的位置。在灌注后，设计钢筋混凝土抗拔桩，单桩极限抗拔承载力计算公式为

式中：R表示桩基抗拔最大承载力设定值；ti表示桩身长度；qi表示桩侧表面土壤中的抗压最大侧阻力设定值；χ为参数；li表示桩身对应的土层高度；H为桩体重量。桩肋沿桩身设置相对参数，桩顶部尺寸规定为桩径的12%～15%，桩底部边尺寸不大于25 mm，桩两边长与桩体垂线段的相对度数为25～35°。桩各个部分的距离对于桩体垂直线测量时，需要按照实际工程中规定的抗拔力做出对应调整。桩各个部分的桩体螺旋箍需要进行固定，测量出距离为80～90 mm，紧实固定桩体范围在500～650 mm 之间。同时，在桩肋处添加少量的强力筋，使得桩肋的强度与刚度有所提升。桩肋加强节点选择钢制套管，设计成与桩体外形一致的钢制套管，套管的厚度约大于8 mm，将预制管桩体的内部钢筋焊住，与预埋部分相连。当抗拔桩成孔到设计高度时停止钻进，向其中泵送混合材料，等到钻杆管内部注满混合料时开始拔管，不允许先拔管再注入材料。成桩的提拔速度控制在一定范围内，减少因供料不及时而导致停机等待的情况发生[4]。如果施工中存在其他影响正常施工的因素而灌注不能继续时，需要根据实际施工信息，研究施工场地的土质特点。对桩体进行混凝土浆料灌注，用桩头进行封盖处理，完成对桩头的保护。将部分土层处理后，使得桩体顶端的多余桩头除去，找到对应位置，在同一横向直线中，按照初始角度，依次摆出4组钢钎，用锤子将桩头锤断。如果锤打角度出现问题，会导致桩头产生弯曲变形，造成桩身裂成几部分。截断后完成桩头修平工作，同时对桩间土进行保护。在施工过程中，应保持每根桩的注入浆料含量与预估浆料含量一致，在对桩体完成对应操作后，操作钻机继续施工。

1.2 钢筋混凝土桩复合地基设计

桩长加固土层深度的标准值由高层建筑的具体设计和周边环境共同决定，在柔软土层以及其他土质较软的层面，如果土层厚度较小，混凝土桩需要能穿过软土层到坚硬的土层。如果土层厚度较大，由于混凝土桩钻机的力度不够，或者存在其他问题导致不能穿过土层时，桩长要按照实际建筑地基的规定变形值来设定。如果存在可液化土层，桩长要穿过可液化层的长度需要根据具体标准来制定[5-6]。对变形程度不大的工程设计，加固程度要比移动面的程度还大，桩长要大于等于5 m。在工程项目施工中，将桩加固到变形程度低的岩石层上，按端承桩承受压力计算得到结果。或者桩只加固到规定大小的土石层。因为关系到桩底承载力的应用，得到的数值为桩的最大加固程度，桩荷载在程度方向中的运算，得到按照负幂次的水平依次减少，通过运算得到桩长的计算公式为

式中：L表示实际桩长；b表示桩体和土层之间的摩擦参数；p表示压力系数；r为钢筋混凝土桩的半径长度。根据实际经验获得参考值见表1。

表1 建议值

根据桩侧摩擦力特征，可以了解到桩身在土层中所承受的纵向荷载主要通过侧面表面积与周边土层的摩擦力而传递。在深度增加的过程中，由于土层的各种力学特征不同，摩擦系数会逐渐变小，从而使得桩身所承受的纵向荷载逐渐减小。由于桩底处与周边土层的接触面积较小，因此摩擦力几乎不存在，桩身所承受的荷载主要通过桩底部的端阻力来传递。

由于桩只有侧面摩擦力和端阻力，因此不同土层的侧面摩擦力特征和端阻力特征对桩的承载力都有重要影响。此外，桩身的形状、尺寸和长度等因素也会影响桩的承载力。因此，在设计桩基础时需要进行充分的地质勘察和试验，以便准确评估桩的承载力并进行合理设计。泥土桩的实际桩长为

式中：L为土壤层桩之间的距离；d为土层中的桩的直径；e0表示地基处理前后土层之间的空隙，空隙之间的比值可通过试验确定。首先，确定加固范围应根据高层建筑的外形、内部构造、尺寸和负荷等参数进行计算。在进行加固设计时，需要对建筑物的荷载、地基的承载力、地基的变形等因素进行全面分析和计算，以确保加固方案的可行性和有效性；其次，在确定加固范围时，通常需要按照地基加固的标准规范进行计算，并且考虑地基本身的情况，亦不得超过规定的范围。同时，为了确保加固效果，加固宽度通常要比规定的标准值大，并要视加固的具体情况进行调整；最后，在进行地基加固时，还需要注意各种建筑材料和工程施工的质量。合理选择和使用加固材料，并且按照要求进行施工和验收，确保加固效果和工程质量。

在普通的条件中，通过具体比例确定浆液的配料比或添加剂量值，桩的复合地基承载力计算公式为

式中：A表示平均截面积；α表示桩之间的土层承载力减少系数，范围取0.2～0.5；T表示桩的竖向承载力值，将计算进行规范，得到

起吊过程中，通过运算得到最后的起吊起点，布置起点处，安装吊环等器材。如果器材不够，一般通过在桩体与吊顶之间垫上特殊的材料。由于在操作中会对桩身有一定的伤害，所以在起吊过程中，通常操作需要小心谨慎进行，桩的混凝土强度需要通过计算和实际验证后，再完成最后的操作。材料应安排放置在通风良好、干燥、平整的平台上。根据型号依次排布，堆放层数按照具体分配要求处理。在进行挂笼处理后，笼对齐缓慢放下来，不要摇动孔壁或强行进入孔内碰撞。钢笼进入孔内，通过固定方向来防止摇晃，随后将钢制材料插入吊环内，将笼缓慢吊上来，保证笼顶高度一致，避免在此过程中产生漂浮现象。孔的定位允许高度为±7 cm，并悬挂在底端。

2 测试与分析

为了验证本文方法的有效性及可行性，从土质强度对复合地基的影响、钢筋锈蚀情况两点出发进行了实验验证，现场施工图如图1 所示，验证结果如图2—3 所示。

图1 现场施工图

图2 桩的轴向位移图

2.1 土质强度对复合地基的影响测试

在其他条件保持相同的前提下，土的强度不同，可得到复合地基的褥垫层下水平向表面土体应力变化曲线，如图2 所示。

测试结果显示，当土体模量逐渐增加时，桩的轴向应力也随之增加。这是由于土体模量的增加会使土体的刚度增强，从而提高桩的承载能力。此外，当桩深度较浅时，桩的轴向应力随距桩顶的距离增加而逐渐减小。这是由于桩的顶部与土体相连接，施加在桩顶上的土体荷载逐渐分布到桩的全长上，使得桩底部的轴向应力逐渐增加，而桩顶部的轴向应力逐渐减小。

2.2 钢筋锈蚀情况测试

将不同区域的钢筋混凝土桩破型，截取长度约210±3 mm 的主筋，除去表面附着的土块，检测钢筋混凝土桩的钢筋锈蚀程度。称取锈蚀钢筋的最初质量数值，用12%的盐酸溶液进行清洗，使其干燥后静置4 h，待全部干燥后称取钢筋质量，计算钢筋的失重率，得到的具体结果如图3 所示。

图3 不同桩身部位钢筋失重率

由实验结果可以看出，不同部位的钢筋锈蚀程度存在差异，其中桩身部位2 的失重率为10%是最高的，说明锈蚀程度最为明显，该部分钢筋除去受到环境因素的侵蚀作用外，土壤中的含盐溶液通过表面进行腐蚀，通过孔进入混凝土中。当其中的水蒸气不断挥发，使得溶液的浓度变大，加重了化学腐蚀问题。同时盐物质在干湿环境中，通过冷热交替使得结晶快速膨胀，产生一定的应力作用，严重破坏材质，不断促使钢筋被腐蚀，桩身部位2 为最严重部分，桩身部位3 的失重率次高，在这个区域内的钢筋主要受到炭化作用，时常遭受到雨水和烟雾侵蚀，对混凝土的损坏程度较高，使得钢筋锈蚀较为严重。桩身部位1 与5 由于环境因素相对稳定，相关问题影响小，产生的化学影响和破坏程度低，而且供氧量低，钢筋腐蚀程度最轻。

3 结束语

通过对地基施工技术的改进和创新，提高了材料利用率，保证了成型后混凝土的质量，提升了施工总体进度，实现了高层建筑地基项目的安全施工。但该设计还存在不足之处，如工期的不合理分配、成本相对较大等问题。今后在研究中，要保证工程项目中的施工安全，实现竖向和水平结构的共同施工，对提高结构稳定性加以要求，设计优化结构模型，减少施工误差，提高施工速率，实现更高效、更安全的高层建筑钢筋混凝土桩复合地基的施工。