高层建筑地基基础和桩基础土建施工技术要点

文／董宁 山东单县鑫诚建筑路桥工程有限公司 山东菏泽 274000

引言：

目前，随着城镇化速度的不断提高，建筑工业进入了一个快速发展期，出现了大量的高层建筑。实践表明，在高层建筑的建设中，要重视地基基础的建设，要持续完善桩基础的施工工艺，要深入了解项目现场的建设状况，要强化每个基坑的支护环节的管理，要制定一系列的技术运用计划，最大程度的保证项目的稳定性与安全性，这也是整个建筑物的基础，保证了建筑物的使用寿命，影响人们正常的生产和生活。

1.建筑地基基础与桩基础的理论

1.1 地基基础

在高楼中起着把荷载传递给基础的作用。建筑的基础，特别包括但不仅限于岩石和泥土。在工程施工和使用中，能够起到更好的支撑作用，保证建筑物的稳定性，提高建筑的整体强度。

在此基础上，结合工程实例，对超高层建筑的基础问题进行了深入研究。在许多情况下，天然地基因其埋深较浅而难以满足施工需要，故需采用人工地基。针对特定的工程情况，采用了人工地基，并有一定的深度。

1.2 桩基础

在高层建筑物中，由于地基桩的埋设深度较大，因此，地基的应用较为广泛。在高层和超高层结构中，对其性能和稳定性的要求越来越高。传统的低层住宅基础属浅层，其稳定性指标难以达到要求，存在着巨大的安全性。另外，在应用桩基础时，不仅要保证其承载能力，而且还要保证其加固效果，做好稳定支撑的基本作用。

2.建筑地基基础工程技术的意义

地基作为一座建筑最基础的结构，承担着承载重量的功能，其稳定与安全直接关系到整体建筑能否顺利运行。

第一，针对超高层建筑物的基础建设，应着重考虑其承载力，并根据该项目的具体情况，确保其满足规范要求，避免在项目建设过程中产生诸如沉降等重大的安全性问题。在实际的设计过程中，设计者必须通过对地层资料的分析，来计划好基础的变形量和承载能力，以达到工程的需求。

第二，作为隐蔽工程，其质量将直接关系到整体工程质量。在施工中，基础的影响因素很多。在某些施工地段，因未建立较好的支护结构，易产生滑坡等地质灾害。为此，设计者必须先对施工现场周边环境进行调研，提炼出关键参数，再根据这些参数来制订相应的设计方案。这就要求我们认真地学习和分析项目实施中可能出现的各类问题，并提前做出相应的应对措施。在施工过程中，对地基的稳定性进行了全程监测，并尽可能地减少对地基的不良影响。做好检查与严密的分析工作，提升工作的稳定性与有效性[1]。

3.高层建筑地基基础和桩基础施工难点

3.1 地质影响

我国的地质结构非常复杂，例如，在东南沿海地区，在经常下雨的条件下，土壤将会吸附到大量的水分，使得土壤的颗粒直径变小，导致土壤的不稳定，这就增加了高层建筑的地基和桩基的施工的难度；例如在东北地区，由于气温偏冷，地表多处于冰冻状态，一旦气温变化，冰冻土壤融化再凝结，极易造成地基不均匀下沉，产生风险和问题。

3.2 地下水的影响

因为高层建筑较低，地基的深度也较大。在确定了一定的地基厚度后，高层结构在地震作用下，其承载能力和承载能力都将得到进一步的提高。但随着土壤深度的增加，会形成大量的地下水，如果处理不好，会对土壤结构产生冲击作用，降低土壤的固结性[2]。

3.3 桩本身质量影响

对于高层建筑物来说，地基上的桩基损坏后，无法修复或替换。如果在高层建筑工程中，由于结构设计不够完备，所采用的桩基材质不符合标准，极易导致地基桩基失稳，进而对整个工程产生不利的影响。

4.高层建筑工程地基基础土建施工技术分析

4.1 换填施工技术

回填方法是一项很重要的工程技术。该方法适用于施工中的软土地基，施工时应将地基底部的软弱土层挖出，并使用适当的泥土与石灰进行拌合，这样可以有效地改善地基的强度、抗渗性及抗渗性，满足实际的需要。使用该技术进行地基基础的施工时，要对基坑进行检测，将内部的松土清除干净，确保坑底平整干净。如果地基上有积水或淤泥，应先将地基弄干，再进行回填；如果出现坑洞或疏松的土层，应及时清理，然后用灰土进行成层的回填。在工程中所用的灰土拌合物中，土和石灰的比例为7:3 或8:2，采用人工翻拌的方式进行拌合，拌和次数应大于3 次，并确保其搅拌均匀，颜色一致。另外，要注重其含水量的控制，通常含水量在14%-18%之间，如果含水量过高，则需晾晒，方可回填。如果含水量过低，则有必要实施喷雾增湿过程[3]。在进行回填时，一定要确保采用了水泥拌和。同时，应将新填方土压实，并保证新填方土30 天之内不得有任何积水。唯有这样，在确保置换效果的前提下，地基的坚固与稳固是必须的。

4.2 碾压夯实施工技术

对于软土地区的高层建筑物，采用较好的压实法是提高其支护性能的一种重要技术手段。采用该技术，能够有效降低后续施工中的地基沉降，在采用此技术的具体施工中，其技术措施有：首先是表面碾压处理，此方法适合于地基基础表层土比较疏松的情况，也适合于填筑层压实处理。在施工过程中，既可以借助振动碾压机对基坑表面进行碾压，也可以与低能量夯实机相结合。当土壤中水分含量较高时，可以采用石灰和水泥的分层铺设方式对其进行碾压，从而实现对地基土的强化。然而，此方法所能实现的强化深度只能在1m 之内，若要更深，还必须采用夯实施工技术。夯实的施工技术分为两种，一种是重锤夯实，另一种是强夯。其中，重锤夯实主要应用于没有杂填土和粘土，并且含水量不超出的湿陷性黄土、不饱和粘土等条件下的施工，其施工方法是利用重锤自由下落来完成夯击能的产生，使浅层地基得到良好的夯实，并在地基表面上形成一定的持力层，以满足高层建筑地基基础的实际载荷需求[4]。强夯施工技术就是使用特制的夯锤进行夯击，该方法用于无粘性土、杂填土、松散砂土的湿陷性黄土和非饱和粘土情况下，在施工过程中，使极重的夯锤在极高的地方自由下落，从而将极高的冲击能作用于地基基础，通过反复夯击，使地基基础中的土体更为致密，基础自身具有一定的强度和抗压缩性能，从而能够有效的满足其实际的载荷与稳定性要求。

4.3 排水固结施工技术

在高含水量地区，采用排水固结加固技术是目前较为普遍的一种技术。在具体应用中，应根据具体情况，合理选择并使用各种排水固结系统。首先，对于比较薄的、渗透系数比较大的、且施工年限比较长的软粘土，可以通过在表层铺设一种厚度更大的砂垫层来达到良好的排水固结效果。其次，针对厚度较大、渗透性较弱的土壤，利用沙井型排水技术，将沙井与地面上的排水板组合在一起，构成一个排水板系统，加快排水板的排水速率，达到良好的强化效果。最后，在沙井型地基上增设加压设施，以维持地基中含水量较高，并在孔隙间形成一定压力，进而对地基进行加压，以达到地基加固和加固的效果。

4.4 固结土壤法

在各类地基工程中，往往需要对一些高含水率的土壤，进行承载力试验，在无法满足后期施工需要的情况下，需要采用固结土的方式，将土壤中的水分全部排出。该施工方式能够增加土体的承载力，降低在后续地基建设过程中，土体沉降降低的问题。

5.高层地基方案选型分析

5.1 工程概述

该项目为地面10 层，地面3 层，框架高度约32m。该项目在地下三层及地下二层设置停车区，地下三层及地下二层进行了防震处理，地下三层以混凝土及混凝土为主材料。

5.2 工程周边地质条件

通过实测资料分析，该项目的地基承载能力以粉质粘土为主，在三个土体结构水平上；地基的埋深为7.7m，各土层的特性见下图1。

5.3 地基方案

由于该项目是一个地下车库，因此会间接削弱地基两侧的受力。为此，必须准确地确定地基的极限承载力，并参照地基的荷载要求来确定地基的设计质量。该项目以45 等级的地基为基础，选取3 个较低的承载层。其中，以沙土占主导地位的含水量大于10%，而粘性土占主导地位，含水量在1.5 和0.3 之间。这一支撑层的总荷载为105kPa。

5.4 沉降测算

然后，把实测数据导入了数值模拟程序，利用一个联机平台，实现了地基的变形监测。根据现场实测结果，本项目的沉降最大值位于项目的右下角；沉降最小，位于项目左侧。案例左侧为一无运输设施的地下空间，其基础受力较小，沉降较小。通过对地基变形的分析，给出了地基的优化设计方法。地基承载能力不能仅仅用来衡量地基的承载能力，而应该用地基的特征量来衡量地基的质量。基坑支护结构的极限承载力并非单一的结构参数，它是一种能全面反应基坑稳定性和基坑结构稳定状态的综合性指数。在大多数的情况下，地基技术都会提供基础的设计方案，根据地基的承载能力，进行支撑力的计算，并参照工程的地基的性能要求，提出地基的变形控制方案。

5.5 方案分析

在此基础上，从基础的承载力和房屋的受力特点出发，以天然基础为例进行了分析。为此，选择0.5m 高的筏子作为地基的基座。在基本处理结束后，设立多个观测站点，测量并进行数据分析，结果见图2。

结合表2 中的沉降观测，可以发现，在本例工程结束时，基础沉降量最大为9.47mm，最小为8.85mm，沉降差为0.62mm。各观测点沉降值符合工程要求，各部位沉降值差异较小，说明该工程采用了较好的施工工艺。

6.高层建筑工程桩基基础土建施工技术分析

6.1 预制桩施工技术

预制桩施工技术是指在高层建筑工程的施工现场，对管桩的埋设位置和管桩的材料进行了合理的选择，以确保桩基的牢固，并按照实际的工程情况来改变，以便于施工操作。用于高层建筑的预制桩，其自身具有整体性好，承载力强，机械化程度高，适用于各种不同的土质，对阴暗潮湿的环境具有良好的适应性。在工程实践中，采用预制桩施工方法，既能加快工程进度，又能确保工程质量。所以，在具体的工程实践中，施工企业要根据实际情况，合理地选择预制桩的位置，并根据实际需求，来选取适当的管桩材料。因此，可以对桩基施工过程中出现的问题进行分析，并提出相应的对策。

6.2 PHC 管桩静压施工技术

PHC 管线静压成孔技术是近年来国际上广泛关注的一种新型施工工艺，可有效降低传统桩基施工噪声，提高周围环境质量。采用这种方法，不仅可以很好地处理桩基础建设的噪音，而且可以很好地防止对周围的环境造成的影响，起到很好的保护作用。在利用该技术进行桩基基础的施工时，施工单位应注意：首先，在管桩加工时，应按照工程设计，按照相关标准，对定制的 PHC 管桩材料、尺寸、外观质量、性能和强度等进行审查，确保各项指标满足工程实际要求后，方可应用。此时，应该对 PHC 管桩分节的长度进行严格的控制，最短的长度应该在8m 及以上，最长应该在15 米及之下，同时还应该确保单墩管桩断面部分的连接状态和工程设计满足相关的规定。其次，运输管桩要采用半挂车，每辆车运输8-10 节管桩，数量根据路面情况确定，避免超载对路面造成破坏。在施工现场，必须使用25 吨的轨道吊车来完成。在运输过程中，每一层的管桩之间都要垫一块木板，而且要保证上面和下面都是对齐的，同样的木板也要在同一平面上，这样才能对 PHC 管桩起到保护作用，防止在运输过程中损坏管桩。第三，在 PHC 管桩库的吊装、运输和堆放过程中，要注意避免产生额外扭矩和相互撞击，同时要注意对管桩库的地基加强。为避免 PHC 管桩在储运过程中出现打滑，需要对其进行预防。为确保 PHC 管道桩式储罐的施工品质，提出应控制在3个层位以内。其次，对于 PHC管桩的吊运，应采取双点吊运方式，吊运时应将吊运的地点设在管桩的两头，待吊运至所需的位置后，再按要求放入。PHC 管桩在下落过程中，应采用由内而外的方式，在粘稠土和亚粘稠土层的情况下，尽量不要朝一个方向下落，以免造成桩身不均匀沉降。在工程场地周边有其他建筑或有埋有管道的情况下，宜采取背对建筑或跳跃打桩的方式。两节沉桩通过焊接来进行联接，在联接过程中，焊缝必须与桩体垂直，或者向下凹陷1-3mm，不得向外突出。

6.3 钻孔灌注桩施工技术

当前，钻孔灌注桩是最具代表性的一种桩基础技术已广泛应用于国内高层建筑。在应用此技术进行桩基础施工之前，建设单位要对桩位进行检验，不断完善，使得桩位均能与桩基轴线上的定位点形成良好的对应关系，并满足其他水准点的设定要求。此时，要确保测量仪器的准确度，由专业的测量人员根据施工图纸中相关的规范对基准点的位置进行准确的测量。同时，在工程建设过程中，各种内部和外部因素都会对工程建设造成不同程度的影响，这就为工程建设造成了诸多的不确定问题。所以，在进行具体的施工之前，不管是建设单位还是施工单位，都要对施工现场进行全面的检测，从而确保测量放线的准确性，避免放线的位置偏差对后续施工造成不利的影响。在完成了上述各项工作之后，便可以开始埋置护筒了，此项工程中最关键的环节便是桩的固定，只有将桩的固定做到科学合理，才能将地表水的渗透降至最低，并能有效防止出现坍塌现象。在做好桩孔的固定与孔壁的保护之后，还要对泥浆进行科学的配比，以确保整个桩基础的稳定与完整性。在成孔过程中，应使用可转动的弹跳型钻，并做好钻孔清洁工作。在进行钢丝网的安装时，必须使两节钢丝网的上下中心线保持一致，这样才能顺势将钢丝网顺着孔洞自然地放下。在注浆前，应对孔底部的淤泥进行高效的治理，并对其密度、粘度和含沙率进行有效的控制。在灌浆过程中，护筒体的浆液表面要保持在地表1 米以上，在地表高度起伏时，浆液表面要保持在地表高度1.5 米以上。

表1 案例项目的土层性能

表2 沉降值的观测结果

结语：

综上所述，在进行高层建筑工程中的地基基础与桩基基础施工时，施工单位必须要根据实际情况，并结合实际需要，合理的运用施工技术。如：在路基施工中，采取了翻填、碾压、排水固结等施工工艺；在桩的施工过程中，采用了预制桩、PHC 管桩和钻孔喷射桩的施工工艺。在这种条件下，可充分发挥有关技术的优势，确保地基及桩身的施工质量。这不但关系到工程施工的成败，也关系到工程施工的成败，更有利于我国大型工程施工的普及与发展。