淺談地基基礎的類型和樁基礎應用

韓德昌

中國地質大學（北京）工程技術學院（100083）

0 引言

隨著近年來我國綜合國力的提升以及市場經濟蓬勃發展，我國的工程建筑行業已經得到穩定快速的進步。新型建筑材料和各種建筑結構形式的出現使得我國人民更加注意自己所處的生活條件和工作環境。地基基礎是房屋建筑的一個重要組成部分，地基的安全與否，不僅取決于要根據場地的工程地質條件來選用合適的地基基礎類型，選擇正確且合適的施工技術也很重要。選擇合適的基礎類型和應用更科學的施工技術都能夠顯著提高房屋建筑的穩定性。

1 地基基礎類型

基礎一般泛指埋入地下的一個擴大區域，其將上部建筑物和地基連接起來并且傳遞上部的荷載。地基基礎按照其埋藏的深度可以分為淺基礎（小于5 m或者埋深小于寬度）和深基礎。淺基礎按照結構形式可以分為獨立基礎、條形基礎、筏板、箱型和殼體基礎。深基礎的類型包括樁基、墩基礎、地下連續墻、沉井、沉箱等幾種類型。地基基礎的主要功能是為了能夠完全支撐整個工程建筑物的荷載。就其安全性和經濟性而言，地基基礎應該充分滿足地基的承載力、強度、變形值和建筑物的整體穩定性要求，并且必須滿足設計期限內正常運行的要求。除此之外，地基基礎還應該滿足當地的抗震要求，在地震來臨時能夠避免地震波帶來的建筑物失穩或者坍塌問題。由于高層建筑主要應用的是深基礎，而樁基礎的應用非常廣泛且有代表性，文章將詳細的介紹關于樁基礎的施工技術[1]。

2 樁基礎施工應用

隨著高層建筑的興起，淺基礎往往不能滿足地基承載力和整體穩定性要求。樁基礎施工是一種常見的深基礎施工形式，根據基礎施工方法和技術特點具體分為預制樁和灌注樁兩種。預制樁是指在工廠或者工程施工現場加工制成的各種不同形式的樁。根據場地不同工程地質條件，預制樁可以通過四種沉樁的施工方法將其沉降到設計標高。灌注樁指的是在施工現場首先使用各種機械或其他人工工具成孔，最后在鉆孔中埋入鋼筋和灌注一定強度的混凝土。下面是關于預制樁及四種沉樁方法以及典型的人工挖孔樁和鉆孔灌注樁較為詳細的施工技術應用[2]。

2.1 預制鋼筋混凝土樁

預制鋼筋混凝土樁是指預制而成的管樁或者方樁。以管樁為例，當混凝土強度等級達到C80以上時稱作預應力高強度混凝土管樁（PHC）。隨著我國城市大型高層建筑的興起，樓層逐漸增高，淺基礎不能完全適用于荷載的設計和施工要求，PHC被廣泛應用已經成為了一種發展趨勢。PHC的結構組成部分包括鋼筋骨架，高強度混凝土，還有一些樁套箍、端板等鋼結構。該管樁選擇了先張法，通過離心成型及高壓蒸氣養護，大大提高了其耐久性和承載能力。在一些偏遠地區的建筑工程設計中，一般都依靠于勘察報告里面給出的地層狀況，根據其物理動力學試驗指標來準確估算出單樁的承載力特征值，然后再通過靜載試驗的方法來檢測這個特征值的準確性。預制鋼筋混凝土樁一般都是直接采用現代工業化的生產模式，并利用傳統的機械加工技術進行預制而成，運輸時能夠很好保持整個樁體的結構整體感，其中單樁的承載能力遠遠超出相同規格的其它樁種。預制鋼筋混凝土樁在施工中具備很強的貫通穿透土體表層的能力，成樁后施工效果佳，質量可靠，沉降量少，基本上能夠滿足建筑工程在不同的復雜、多變環境中的施工需求。該樁型成本較低，施工速度快并可以滿足不同樁長。這種高強度混凝土管樁具有很好的抗彎、耐裂和抗剪性能，一般適合在粉土、砂土和承載能力較弱的軟土地區使用[3]。

2.2 靜力壓樁法

靜力壓樁是指用鋼絲繩、滑輪和壓梁，利用壓樁架的自重以及配重把樁基的重力轉壓到樁頂上，克服樁體與土之間的摩擦力，從而逐節地將樁壓進均勻的軟土中。與其他沉樁方法相比，靜力壓樁避免了錘擊的壓力，樁的配筋和斷面也可以降低，只需滿足承載力的要求和吊裝彎矩。除此之外，這種沉樁的施工方法對周圍環境影響很小，壓樁所引起的擠土少，產生的噪聲小，無任何振動，特別是適合于在一些城市地區中的軟土地區進行施工，適用于建筑物密集地帶的樁基礎工程及一些精密廠房的改造工程。施工過程中應該特別注意的一點就是:由于存在擠壓土效應，靜力壓樁不適用于中密砂夾層超過2 m的情況。壓樁時要盡量避免樁體的突然沉降或者傾斜和移位；當壓樁的阻力發生變化或者樁頂混凝土損壞時，要暫緩作業，及時進行研究和處理；定時監視樁頂的水平偏位數量和上浮數，若偏差很大，要進行多次復壓；在壓樁時要盡量避免中途停止，持續作業能夠保持工程質量。

2.3 錘擊沉樁法

錘擊沉樁是指通過錘擊所產生的沖擊力來有效克服樁身和周圍土的摩擦力。最終可以促使使用樁錘的預制樁沉入并達到樁身設計中的深度。打樁時用到的樁錘有墜錘、液壓錘、單雙動汽錘、柴油機錘等，具體可以根據土質情況選用。在錘擊過程中要特別注意對樁的貫入深度進行控制，注意錘擊后的打樁深度、貫入土層的速率、打樁支撐架的垂直度，注意防止其位移和傾斜，仔細觀察錘樁貫入回彈的情況及貫入深度的變化。該種沉樁方式主要適合在樁徑相對較?。ㄒ话阈∮?00 mm）的地基土質為粉土、砂性土、可塑性黏土、細砂以及松散的碎卵石類土。該種方法雖然具有機械化水平程度高、施工速度快等優點，但是普遍存在著噪聲污染、振動和擠土等缺點。因此這種沉樁方法不適用于城市市中心及夜間建筑物的施工，而且也不適用于硬土和軟土中施工[4]。

2.4 振動沉樁法

振動沉樁的方法是指在施工時利用較大功率的振動式打樁機并將其安裝在樁頂進行作業，一方面可以利用樁的自重和振動力把整個樁體沉入到地基土中，另一方面振動也能夠使樁身周圍的泥土和顆粒強烈地震動，這樣就使土體產生壓實性的收縮或者位移，減小了整個樁體的表面與土層間相互的摩擦。樁錘按照振動頻率一般劃分為超高頻、中高頻和低頻。在施工作業中，要注意以最小的功率、最快的速度打樁，這樣可以使振動對周圍環境的影響減到最小?？傮w來說，該方法設備構造簡單、重量輕、體積小、消耗動力少，主要適合于松散砂土、硬塑及軟塑的黏性土以及中密及較松的碎石土。這種技術雖然有著良好的特性，同樣也存在噪聲污染，施工時會給周邊人的生活帶來影響。

2.5 射水沉樁法

射水沉樁的方法特別適用于碎石土和密實的砂土，射水法一般和錘擊或振動法配合進行。根據現場不同的土質條件，在砂夾卵石層或者堅硬的土層中一般以射水為主，以錘擊或者振動為輔；反之，在黏土或亞黏土中，以控制水量和射水時間的射水為輔，以控制錘擊和振動組合為主。為了防止輸水管被拉斷或者脫落，在射水過程中施工人員要及時引送輸水管道，同時要特別注意控制好整個樁身不能下降過快以免堵塞噴嘴，在沉樁最后階段及時拔出射水管，進而配合錘擊振動方法將樁下沉至設計標高。

2.6 人工挖孔樁

人工挖孔樁指的是使用人工開挖土體，然后進行現場澆筑的鋼筋混凝土樁。在現場施工時需要將已經挖好的樁地擴充，用水流量控制樁孔大小，在孔中下放環形的鋼筋籠，最后埋入混凝土。人工挖孔樁的直徑一般超過800 mm，因此能夠承擔壓力較大的低樓層結構主體。人工挖孔樁是一種經濟環保的樁基礎施工技術：施工方便、對周圍環境影響較小、不需要大型的施工設備、有良好的抗震特性、造價低等，從而在對專業設備要求不高的小規模施工中得到了廣泛的應用。存在的缺點是井下作業環境差，一定要做好安全管理，避免事故發生[5]。

2.7 鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁的施工方法指的是在工程現場的地基土中采用機械手段鉆孔，當鉆到設計標高后在樁孔內下放鋼筋籠，最后用泵車灌注混凝土形成樁基礎。鉆孔灌注樁按照施工步驟順序分為:施工準備、安裝及定位鉆機、埋設保護筒、制備泥漿、鉆孔、清孔和灌注混凝土。在施工過程中，保證鉆孔質量非常重要，要時刻注意鉆進速度和避免塌孔。后注漿的方法首先需要在灌注混凝土前，在鋼筋籠上預設幾根注漿管，成樁一段時間后往注漿管中加入水泥漿，從而將樁底部的淤積物如泥皮和沉渣全部固化去除。鉆孔灌注樁的優勢也有很多，相對于預制鋼筋混凝土樁來說，其長度和半徑可以做得很大，克服了傳統預制樁橫截面有限的缺陷，因而其承載力也較大。與其他沉入式打樁方法的錘擊振動方式相比，施工時所產生的振蕩和噪聲也較低，一般情況下可以適用于各種地基。缺點是在建筑物的施工中往往有可能會產生塌孔、沉渣等情況，需要進行泥漿護壁；在泥水中灌注混凝土導致混凝土的質量難以控制。這種施工技術往往適用于持力層是碎石層，其中碎石堅硬且分布均勻，其厚度可以滿足施工設計的要求，充填土和碎石不會有任何膠結或有輕微的膠連。

3 結論

總而言之，我國在積極地進行現代化建設，高層建筑甚至超高層建筑不斷增加，選用合適的地基基礎類型和樁基礎施工發揮著重要的作用。科學的房屋建筑施工技術既能夠有效提升房屋建筑物的穩定性，又能夠有效提高房屋建筑物的地基承載能力，還有利于保證房屋建筑物施工質量和安全。所以在新時期地基基礎的施工中，根據不同的工程地質條件來選用合適的地基基礎類型和施工技術就會顯得特別重要。只有這樣，才能通過提高施工水平來大幅度提高上層房屋建筑的穩定性。