淺淡建筑樁基工程施工技術(shù)框架構(gòu)建

田 龍，韓 超，宋忠佩，吳啟立，李 超

（中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

我國(guó)各地高層建筑如雨后春筍，屢見(jiàn)不鮮，然而高層建筑質(zhì)量問(wèn)題同樣甚多，其中不少就是出在了基礎(chǔ)問(wèn)題上。本文就如何規(guī)范基礎(chǔ)建設(shè)中錯(cuò)誤的行為工序，正確構(gòu)建樁基工程施工技術(shù)框架展開(kāi)討論。

從基礎(chǔ)視角來(lái)看，提高建筑施工質(zhì)量，必須著重做好樁基工程施工作業(yè)，加強(qiáng)樁基承載能力，維護(hù)樁基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低樁基沉降量與沉降速度，確保樁位放線的精確性以免樁位出現(xiàn)偏差，完善現(xiàn)場(chǎng)管理工作，積極有效地安排組織施工，詳細(xì)進(jìn)行技術(shù)交底［1］等。

1 科學(xué)設(shè)計(jì)施工方案

確保建筑樁基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性與安全性，優(yōu)化建筑樁基工程施工方案，為樁基施工作業(yè)提供最科學(xué)的參考，則必須做好三方面的工作：第一，做好施工前期準(zhǔn)備工作，施工企業(yè)應(yīng)做好前期準(zhǔn)備工作，設(shè)計(jì)精確的圖紙與施工方案，并認(rèn)真審核，及時(shí)糾正偏差問(wèn)題［2］，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)活動(dòng)進(jìn)行沉樁，準(zhǔn)確核算樁長(zhǎng)與樁貫入量等重要參數(shù)，合理安排施工線路，選用最佳機(jī)械設(shè)備與施工技術(shù)方案；第二，做好樁基混凝土結(jié)構(gòu)基層處理工作，著重優(yōu)化樁基混凝土施工工藝，依次按照標(biāo)準(zhǔn)工序進(jìn)行施工；第三，做好樁基保護(hù)工作。延長(zhǎng)建筑樁基使用壽命，提高樁基的穩(wěn)定性，必須綜合考慮雨水風(fēng)雪對(duì)樁基的侵蝕因素，科學(xué)采取護(hù)理措施，設(shè)置完整的保護(hù)結(jié)構(gòu)層。

2 精選混凝土原料

混凝土原料質(zhì)量不論是對(duì)于預(yù)制樁還是對(duì)于灌注樁混凝土結(jié)構(gòu)灌注質(zhì)量都有顯著影響，其中又以對(duì)預(yù)制樁影響最為嚴(yán)重［3］。

預(yù)制樁對(duì)原料要求尤為嚴(yán)格。首先，在選材時(shí)，應(yīng)精選整體質(zhì)量與綜合性能良好的混凝土原料，這樣在后期施工中更便于控制，從而能有效保證地基混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、彈性和荷載能力。其次，從混凝土成分來(lái)講，水泥對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響不容忽視。從化學(xué)角度來(lái)看，不少水泥本身的安定性偏低，這是因?yàn)樗鄡?nèi)部的游離氧化鈣含量超標(biāo)，其水化速度較慢，在硬化后會(huì)持續(xù)發(fā)揮水化作用，嚴(yán)重影響已經(jīng)硬化的水泥結(jié)構(gòu)，削弱混凝土的抗壓能力。而且，水泥的水化導(dǎo)熱與收縮度也都比較高，這樣會(huì)導(dǎo)致混凝土面層在后期很容易出現(xiàn)裂縫。再次，如果混凝土內(nèi)部的有機(jī)物與含泥量指數(shù)超標(biāo)，就會(huì)降低混凝土的密度，致使混凝土在初步施工結(jié)束后就出現(xiàn)裂縫。另外，需要注意的是在確保混凝土原料合格的前提下，必須科學(xué)控制混凝土的配置比例，如果比例參數(shù)缺乏合理性，即使混凝土原料質(zhì)量達(dá)標(biāo)，也依然無(wú)法保證混凝土結(jié)構(gòu)的整體性能與質(zhì)量。不可忽視的是，混凝土原料與種類不同，配合比例參數(shù)也不盡相同，因此，必須根據(jù)混凝土原料及其品種科學(xué)計(jì)算比例參數(shù)，做好混凝土配置工作，在配置與施工過(guò)程中，應(yīng)格外注意避免混凝土集料變質(zhì)。

3 量化建筑樁基施工流程

3.1 預(yù)制樁制備注意要點(diǎn)

維護(hù)建筑樁基工程的穩(wěn)定性，必須正視外在環(huán)境溫度與濕度對(duì)樁基混凝土結(jié)構(gòu)的影響［4，5］。一般情況下，所灌入的樁基混凝土集料進(jìn)入固化階段后，會(huì)產(chǎn)生水化反應(yīng)，此時(shí)外在溫度的影響最大。如果溫度在不斷升高，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部水化反應(yīng)的速率也會(huì)加快。據(jù)調(diào)查了解，平均溫度每升高 10 ℃，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部水化反應(yīng)的速率大約會(huì)增加 70 %；與之相反，如果是秋冬季節(jié)，外在環(huán)境溫度處于持續(xù)下降狀態(tài)，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部水化反應(yīng)的速率也會(huì)不斷下降。從物理角度來(lái)講，如果外在環(huán)境溫度持續(xù)升高，樁基混凝土結(jié)構(gòu)耗水量會(huì)持續(xù)減少。目前，實(shí)驗(yàn)表明如果外在環(huán)境溫度升高了 10 ℃，混凝土的配合比在控制條件下沒(méi)有發(fā)生變化，此時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)耗水量大概會(huì)減少 7 kg。此外，如果混凝土和外在環(huán)境均比較干燥，周邊環(huán)境中的水分不會(huì)深入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，這樣會(huì)增加樁基混凝土的養(yǎng)護(hù)與凝固時(shí)間。而且，如果周邊環(huán)境比較干燥，混凝土也會(huì)出現(xiàn)反水問(wèn)題，干燥的空氣會(huì)不斷吸收混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分，致使混凝土最終出現(xiàn)失水與干裂問(wèn)題。反之，如果空氣中的濕度較大，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的濕度與水分含量就相對(duì)較高，其凝固時(shí)間在一定程度上會(huì)增加，通常不會(huì)出現(xiàn)因水分不足造成的張裂問(wèn)題。對(duì)于外在溫度和濕度對(duì)建筑樁基工程的負(fù)面影響問(wèn)題，必須做好多方面的應(yīng)對(duì)工作，根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境、溫度與濕度制定最佳施工方案，量化施工流程。

3.2 灌注樁施工注意要點(diǎn)

第一，泥漿池要良好控制，制作完善的孔樁護(hù)壁。如果施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為松軟（或者打孔時(shí)擾動(dòng)了鉆孔周圍的土體，又或者土體的自穩(wěn)能力比較弱），就要選用優(yōu)質(zhì)黏土、膨潤(rùn)土、火堿和聚丙烯酰胺來(lái)配置粘度良好的泥漿，然后采取泵送方式來(lái)制備泥漿孔樁護(hù)壁［6］。需要注意的是，泥漿比例應(yīng)保持在 1.06～1.15 g/cm3的范圍內(nèi)，其含砂率不得超過(guò) 4 %，粘度必須能達(dá)到 18～28 s。在泥漿補(bǔ)充作業(yè)中，應(yīng)確保其液面處于護(hù)筒底面 2 m 以上的位置。泥漿池布置如圖 1 所示。

圖1 泥漿池布置

依據(jù)勘察單位所提供的勘察報(bào)告，詳細(xì)配置相應(yīng)種類泥漿，保證配比準(zhǔn)確，并做到開(kāi)孔前、鉆孔過(guò)程中及沖孔時(shí)分次檢查泥漿三大指標(biāo)（粘度、比重和含砂率），保證鉆進(jìn)過(guò)程中泥漿各項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定，無(wú)較大變化。

泥漿池應(yīng)保證至少 3 個(gè)水池同時(shí)存在，包括制漿池、循環(huán)池、沉淀池。如果條件允許應(yīng)單獨(dú)制定加漿池。各池之間應(yīng)加放隔離篦子，以防止有未溶解的膨潤(rùn)土等塊狀物流入其他漿池。開(kāi)鉆及鉆進(jìn)過(guò)程中泥漿均在循環(huán)池內(nèi)采樣，沖孔結(jié)束后泥漿與鉆孔孔底采樣。

第二，做好護(hù)筒埋設(shè)工作。在埋設(shè)護(hù)筒之前，應(yīng)嚴(yán)格做好鋼護(hù)筒質(zhì)檢工作，準(zhǔn)確核對(duì)樁位。護(hù)筒的內(nèi)徑應(yīng)大于樁徑 20 cm，要將護(hù)筒埋于地下至少 2 m 的位置，將其傾斜率控制在 1 % 以內(nèi)。最后，要為護(hù)筒的四周回填黏土并予以夯實(shí)。

鋼護(hù)筒放設(shè)一般采用四角樁法進(jìn)行定位和復(fù)測(cè)。在鉆孔施工前先平整施工場(chǎng)地，每個(gè)樁位由測(cè)量人員采用全站儀，定出樁位中心，經(jīng)復(fù)核無(wú)誤后，由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員配合施工班組放出每個(gè)樁基的十字線方向的 4 根護(hù)樁，然后可以埋設(shè)護(hù)筒。護(hù)筒埋設(shè)完成后進(jìn)行點(diǎn)位復(fù)測(cè)，重新將 4 根護(hù)樁連接拉出十字線，交點(diǎn)位置即為放樣位置，由此點(diǎn)到護(hù)筒邊距離應(yīng)為護(hù)筒半徑，誤差應(yīng)小于規(guī)范要求。同時(shí)護(hù)筒在布設(shè)時(shí)應(yīng)高于地表 20 cm 左右，以防在加漿過(guò)程中漿液將護(hù)筒周圍土體沖散，引起護(hù)筒下沉掉落。四角樁定位護(hù)筒如圖 2 所示。

圖2 四角樁定位護(hù)筒

第三，一次做好鉆孔作業(yè)。在鉆孔過(guò)程中，不得突然停止，要確保鉆孔深度與樁長(zhǎng)相符，同時(shí)，孔徑應(yīng)該和樁徑相符。鉆孔完成后鋼筋籠下放之前，應(yīng)用籠形梭孔器進(jìn)行孔徑檢測(cè)，以防孔徑坍縮引起的鋼筋籠卡在孔中下不去上不來(lái)的情況出現(xiàn)。應(yīng)保證初步完成鉆孔作業(yè)后，根據(jù)所屬地區(qū)地質(zhì)情況正確采取換漿法、空氣吸泥法、掏渣法等做好清孔作業(yè)。通常采用正循環(huán)沖孔法及反循環(huán)沖孔法以清除孔內(nèi)沉渣。

清孔完成檢驗(yàn)合格后，應(yīng)立即澆筑混凝土，不得使空孔停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，以防引起塌孔現(xiàn)象出現(xiàn)。如果因客觀原因不得不停留，且停留時(shí)間較長(zhǎng)的，應(yīng)提出鋼筋籠以免被埋，待到可以澆筑時(shí)再重新下放鋼筋籠及導(dǎo)管，進(jìn)行再次沖孔，沖孔結(jié)束后方可澆筑。

第四，連貫有序混凝土灌注作業(yè)。灌注樁施工工序中，此項(xiàng)工作流程為最重要流程，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，很可能造成的后果就是廢棄該樁位，重新在兩側(cè)進(jìn)行補(bǔ)樁。之前所有工作將付諸東流。

在正式灌注前，應(yīng)注意保持混凝土良好的流動(dòng)性，將混凝土的坍落度控制在 180～220 之間。在灌注第一車混凝土?xí)r為保證連續(xù)灌注應(yīng)在多輛混凝土罐車到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后開(kāi)始，以免第一車灌注完畢后無(wú)料可用的情況出現(xiàn)。

然后，為導(dǎo)管口安置皮球，使混凝土料壓著皮球沿導(dǎo)管下落，以避免混凝土料與導(dǎo)管中的泥漿過(guò)多接觸造成離析甚至堵管。要保證初灌量，保證初灌完成后導(dǎo)管埋深 2 m 以上。在灌注過(guò)程中技術(shù)人員應(yīng)旁站估算混凝土灌注量，及時(shí)測(cè)量孔內(nèi)混凝土面高度，保證導(dǎo)管埋深 2～6 m，做好導(dǎo)管拆卸準(zhǔn)備。

4 全面優(yōu)化樁基加固方法

目前，針對(duì)建筑樁基工程的加固方法主要包括強(qiáng)夯法、墊層法、擠密法和預(yù)浸水法。這 4 種方法各有優(yōu)劣［7］。其中，強(qiáng)夯法兼?zhèn)錂C(jī)械化水平高、無(wú)需置換處理位置、施工效率高、速度快以及節(jié)省勞動(dòng)成本等優(yōu)勢(shì)，該方法能夠有效改善土壤結(jié)構(gòu)，增加樁基的壓實(shí)度，降低壓縮性。然而，在建筑樁基施工中，適宜選用低能級(jí)強(qiáng)夯法，如果使用高能級(jí)強(qiáng)夯法難免會(huì)影響施工效率與速度。墊層法又分為灰土墊層和素土墊層，在使用該方法的過(guò)程中，需要先全部挖出基地之下的濕陷性土層，然后，再用灰土集料或者素土集料做墊層，從而起到加固樁基，避免壓縮變形和加強(qiáng)樁基承載能力的作用。擠密法大多應(yīng)用于含水量在 14 % ～ 22 % 的黃土層中，而且，土層深度達(dá)到 5～15 m，在具體施工中，必須做好樁體材料灌注工作。預(yù)浸水法主要用于地下 6 m 范圍內(nèi)的樁基處理作業(yè)，該方法能夠節(jié)約施工成本，消除濕陷性的危害，卻存在耗水量多和工期長(zhǎng)的缺陷，因此，在具體施工中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要和地理環(huán)境特征選用最佳處理方法。另外，維護(hù)建筑樁基工程質(zhì)量，必須著重提高壓漿技術(shù)，科學(xué)設(shè)計(jì)壓漿管。目前，施工技術(shù)人員均會(huì)選用直徑在 2.5 cm 左右的鐵管來(lái)制作壓漿管，為接頭連接處設(shè)置絲扣以提高連接效果，確保壓漿管的封閉性與密實(shí)度。在壓漿施工過(guò)程中，須采取整體承載樁體群壓模式實(shí)施一次性壓漿作業(yè)，所注入的漿液不得少于 70 %。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為保證樁基基礎(chǔ)工程搭建穩(wěn)定技術(shù)框架，保證建筑樁基的安全性和穩(wěn)固性，延長(zhǎng)樁基使用壽命，應(yīng)科學(xué)設(shè)計(jì)施工方案，精選混凝土原料，量化施工流程，優(yōu)化加固方案。用良好的設(shè)計(jì)方案以統(tǒng)籌全局，采用優(yōu)質(zhì)的原材料以提供堅(jiān)實(shí)的施工基礎(chǔ)，用精準(zhǔn)量化的施工工序保障工程質(zhì)量，施工完成后的優(yōu)化加固更能進(jìn)一步完善樁基的承載能力。只有各個(gè)方面的密切配合以構(gòu)建完整的施工技術(shù)框架，才能完美地保障樁基基礎(chǔ)的安全穩(wěn)定，保證樁基工程質(zhì)量。Q