高層建筑施工中預應力管樁地基處理技術分析

朱文平（婁底市城鄉建設投資開發集團有限公司，湖南 婁底 417000）

當前在建筑領域中，由于建設水平的不斷提升，建筑的建設規模、難度等方面都明顯提升，同時建筑高度也在不斷提升[1]。但在這樣的發展背景下，部分高層建筑施工當中出現了諸多問題及不足，嚴重影響著施工項目的質量，使得最終的施工效果無法達到預期要求[2]。在這一過程中，一種全新的預應力管樁地基處理技術產生，利用該項技術可以促進建筑施工質量的提升，基于此，本文開展其在高層建筑施工中的應用研究。

1 高層建筑施工中管樁地基處理現存問題分析

針對當前現有高層建筑施工特點，以及在具體施工中存在的問題進行探究，首先針對沉樁時極易出現頂樁位移情況的問題進行分析。在施工中，由于地基處理中需要使用大量的管樁結構，并且施工區域的土層無法保證具備足夠的承載力，且存在兩個管樁之間的距離過小等問題，造成沉降樁施工時出現樁頂位移的問題[3]。同時，加之施工中樁位的放線不準確、施工中樁位標志缺失等都會進一步增加頂樁位移量。除此之外，由于未按照施工規范標準完成施工任務，造成沉樁質量不達標問題產生[4]。由于對施工前準備工作的重視程度不夠，沒有先進的勘查手段和技術運用，使得從現場獲取到的勘查數據較少，且勘查結果與實際差距較大，無法更加全面掌握施工現場的相關信息，進而造成對施工持力層的相關信息掌握不充分，從而導致樁尖標高錯誤等問題產生。這一問題的存在，在極大程度上影響著預應力管樁地基處理時沉樁不達標問題的產生。

2 高層建筑施工中預應力管樁地基處理技術

2.1 預應力管樁承載力及貫入度計算

將預應力管樁地基處理技術應用到高層建筑施工項目當中，首先需要明確各個預應力管樁的承載力以及貫入度。分別從豎向和水平兩個方向確定其承載力，針對豎向承載力可直接采用靜力學計算方法確定。根據高層建筑施工項目所在區域內預應力管樁樁側阻力、樁端阻力等破壞機理，結合靜力學原理分析，應用土層的強度參數確定各個位置上的阻力[5]。在此基礎上，按照樁身強度對預應力管樁在豎直方向上的承載力進行計算，其公式為：

式中R-為管樁自身在施工中產生的豎直方向承載力；

f-為澆筑管樁樁體的混凝土材料強度限值；

σ-樁身在施工中產生的預壓應力；

A-樁身橫截面的面積。

根據上述公式，計算得出預應力管樁在豎直方向上的承載力。其次，再對預應力管樁在水平方向上的承載力進行計算。若具備以單樁水平靜載試驗的相關資料，則可直接通過經驗公式法計算得出其水平方向上的承載力數值，若缺失這一資料，則可通過對樁身配筋小于0.65%的管樁按照如下公式求解出其水平方向上的承載力：

式中R＇-代表預應力管樁樁身在水平方向上的額定承載力；

α-代表水平方向上產生的變形系數；

EI-代表管樁樁身的抗彎剛度；

V-代表預應力管樁頂部水平位移系數；

X-代表樁頂可允許的水平方向位移量。

根據上述論述內容，分別從豎直方向和水平方向完成對預應力管樁承載力的計算，再對其貫入度進行計算[6]。在打樁的過程中，可直接將試樁試驗結果中的相關數據代入到格氏公式當中完成對貫入度的計算。計算過程中所需的參數包括預應力管樁及樁墊材料系數、地基安全系數、落錘高度等。

2.2 高層建筑施工中的接樁與收錘條件制定

在確定各個施工參數后，以此為依據，制定高層建筑施工中的接樁與收錘條件。接樁時，可采用焊接方式完成，要求每一個預應力管樁上的接頭數量不得超過3個。同時，要求樁頭與地面之間的距離應當在0.5m～1.0m范圍內，在樁頭位置上應當設定導向箍便于更快確定接頭位置[7]。上下接樁時，應當保證其順直，并且為了確保高層建筑的施工質量，要求其中心偏差不得超過1.5mm。在完成接樁后，按照如下流程制定完成收錘條件：

首先，根據設計要求以及試樁試驗結果確定收錘的依據。將樁底的高程作為主要控制參數，再參考上述內容確定貫入度。若預應力管樁頂端位置具有良好的持力效果，則可通過最后10次相同貫入度錘擊預應力管樁以及最后1m距離的錘擊確定是否收錘。在明確高層建筑施工中的接樁以及收錘條件后，將其作為依據，完成對預應力管樁地基靜壓式施工。除此之外，在實際施工中，還可能會出現浮樁現象，當浮樁問題產生時，則會造成預應力管樁地基處理結果無法達到理想目標的問題。因此，在具體施工中，還需要合理控制浮樁現象。在施工中由于地基土層會受到擠壓，因此承載力相對較弱的軟土層會出現超孔隙水壓力問題，進而造成擠土問題，影響預應力管樁整體承載力。針對這一問題，應當通過合理安排打樁順序，以此減少打樁擠土對打樁的影響。同時，還需要選擇恰當的打樁速度，并實現對入土樁量的控制[8]。在每次施工中，盡可能避免打樁速度過快的問題產生，以此降低日入土樁量，從而確保土體剪切機固結時間能夠符合規定要求。盡可能在土體應力完全消散時開展下一次打樁施工，以此減輕擠土效應。

2.3 預應力管樁地基靜壓式施工

在上述論述基礎上，引入靜壓式方法完成對預應力管樁的施工，這種施工工藝與其他工藝相比不存在施工噪聲，并且不會震動，也不會對高層建筑整體施工造成影響。在施工中，采用全液壓裝置向預應力管樁施加一個壓力，以此能夠有效避免在施工中樁頭被打碎的問題產生，從而提高施工質量和施工效率。在具體施工中，應當按照圖1所示的流程完成靜壓式施工。

圖1 預應力管樁地基靜壓式施工流程

在靜壓時應當注意，管樁壓入土中厚度應在1m～1.2m范圍內，在停留一段時間后，調整管樁垂直度，并控制壓樁油缸繼續工作，在達到要求壓樁效果后，油缸回程，并按照上述內容重復操作數遍，以此實現連續壓樁施工，直至最終預應力管樁達到預定的深度土層停止壓樁。同時，在壓樁過程中對壓樁速度、壓樁深度以及壓力表上顯示的數據內容進行記錄，并根據數值的變化對斷樁質量和承載力進行判斷。若施工中出現壓力表讀數突然改變，則需要停機，并對數值變化情況產生原因進行分析，對其是否在施工中遇到障礙物，或是否存在斷樁現象進行判斷，若出現上述情況則需要采用相應的措施進行維護。

3 實例應用

按照上述內容，在實現對高層建筑施工方案的理論設計后，為了驗證地基處理應用可行性，將其應用到某高層建筑施工項目當中。已知該高層建筑的總建筑面積為15600m2，其中包含了一層地下結構和12層地上結構，該場地的抗震設防烈度為6度。該高層建筑施工場地地層為第四系全新統河湖相沖積層，表1為該高層建筑施工區域的土層分布及相關參數對應表。

表1高層建筑施工項目土層分布及相關參數對應表

在明確該施工項目的土層特點以及相關概況條件后，對其是否適合應用預應力管樁進行判斷。已知該工程項目區域內地層最終障礙物、老基礎以及孤石等較少，并且沒有堅硬夾層存在，且部分土層能夠作為持力層，符合預應力管樁應用的要求，因此可以采用預應力管樁施工方案。基于該高層建筑施工項目的土層特點，及上述分析，針對該項目中的地基處理方案初步確定為：在天然地基基礎上，應用本文提出的預應力管樁地基處理技術對其進行處理，同時選用小口徑鉆孔灌注樁完成后續相應施工工作。利用上述相關數據，結合該高層建筑施工項目的設計要求，確定各個土層的沉降允許范圍，其沉降允許值可通過如下公式計算得出：

式中mmax-表示不同土層的沉降最大值；

W-表示管樁的承載力極限值；

k-表示土層厚度。

將上述公式計算得出的結果作為依據，針對按照上述施工技術完成施工后各個土層的沉降情況進行記錄，并與不同土層最大允許沉降值進行對比，得到如圖2所示的結果。

圖2 高層建筑施工項目各土層沉降變化圖

圖2中虛線表示為各個土層的最大允許沉降值，實線為按照本文處理技術施工后各個土層的實際沉降數值。從圖2中兩條曲線可以看出，應用本文提出的處理技術后，在高層建筑施工時，能夠將其各個土層的沉降值控制在允許范圍內，并且與最大允許沉降偏差較大，可極大程度提高預應力管樁施工的穩定性，促進工程整體安全性提升，同時也能夠保證施工質量。

4 結語

綜合上述研究，結合當前高層建筑施工的特點，應用預應力管樁地基處理技術提出一種全新的施工方案，并結合實例應用的方式驗證了該方法的可行性。在具體施工中，除了按照本文論述內容嚴格完成各項對地基的處理工作外，還需要對該技術以及新相關應用要點全面整理，從而提出針對這一施工方案更具針對性的控制策略，確保方案實施有效，并使地基處理技術的應用效用發揮到最大，為高層建筑施工的安全性打下堅實基礎。