超高層建筑基礎結構施工技術探究

1 引言

伴隨著城市內人口密度不斷加大，超高層建筑逐漸增多。由于建筑結構體系的多樣化，超高的高度與巨大的荷載，對超高層建筑基礎結構的耐久性設計與內力分析提出了尤為嚴格的要求。 超高層建筑有“上高下深”的特點，所以，在施工環節必須提高地基結構與樁基結構的施工質量， 盡可能地延長建筑結構使用壽命。

2 基礎工程施工概述

基礎工程研究屬于巖土力學與結構力學領域的知識，是解決建筑地基基礎設計與施工、 調整天然地基條件的重要工程技術。 我國地域遼闊，不同地區的地質條件差別明顯，且區域間經濟發展水平不同，對基礎工程的施工有不同的要求。 基礎工程存在隱蔽性和隱患潛在性的特點，不僅施工周期長，且地基處理難度大。 為了保證建筑整體的穩定性，兼顧對建筑內空間的有效利用，超高層建筑的基礎深度大多會超過10 m，所以，施工單位會選擇建設多層地下室的方式，通過利用各類深基礎的結構形式以及當前地形地勢， 確保基礎結構施工的合理性。 與此同時，施工單位要考慮到超高層建筑的基礎占地面積較大，需按照基礎底板厚度以及基坑開挖深度，做好施工技術與施工質量的有效把控[1]。

3 超高層建筑基礎結構施工技術要點

3.1 地基基礎施工技術

超高層建筑的地基基礎具有復雜性與隱蔽性的特點，施工工序復雜。 與此同時，不同地區的地質構造差別較大，地基基礎施工時需要按照土層的實際情況施工。 但對于超高層建筑來說，施工時往往會使用一些地基維護結構，比如，通過現澆鋼筋混凝土樁保障地基基礎結構的穩固性[2]。超高層建筑的地基施工技術相應技術要點如下。

3.1.1 土方開挖

該環節主要包含土方開挖與支護施工兩部分。 開挖之前，需要清理施工區域內的所有雜物， 根據地下結構與地質的實際情況確定地下既有設施的詳細分布情況， 及時采取相應的保護措施。 依據設計圖中的位置完成測量放樣，再明確中軸線的位置， 依據設計標高控制土方開挖深度。 幾何軸線放線期間，先明確地基開挖尺寸，確保地基開挖深度與寬度達到施工要求。 如果基坑中存在地下水，需做好排水工作，綜合使用人工與機械開挖方式，到達一定深度時安排人工清理坑中渣土，再用保護性材料鋪設基坑，最后完成混凝土澆筑施工。

3.1.2 基坑支護施工

超高層建筑基坑支護結構多用于地基施工中， 期間常采用排樁支護。 支護期間需確保混凝土灌注樁部分的施工質量，保證建筑基坑的穩固性與安全性。 采用逆作法施工時，應掌握相應的技術要點，保證操作過程的規范性，盡可能避免對地基的擾動。 另外，需要監測四周地貌與地質變化情況，計算具體深度，充分考慮地基結構所受負荷與坡度，根據基坑的實際情況選擇支護結構，先開槽確定支撐結構，分層開挖。 圖1 為某深基坑支護示意圖。

圖1 某深基坑支護示意圖

3.2 樁基施工技術

3.2.1 靜力壓樁技術

現階段國內很多大規模建筑的基礎結構會采用樁基礎，樁基礎是將建筑主體與深層地基巖土層進行連接的關鍵結構，能夠提高基礎結構的承載力和穩定性，避免基礎變形。 在眾多樁基礎施工技術中， 靜力壓樁施工技術能夠有效解決噪聲問題，并且施工過程簡單，施工效率高[3]。

某超高層建筑項目， 樁基礎的樁身截面尺寸為400 mm×400 mm，長23 m，每根樁都分兩節預制，以硫磺膠泥錨接法進行接樁，樁身混凝土強度等級為C30。 柱與剪力墻結構之間通過鋼筋混凝土承臺連接，按照受力情況布樁，要求樁距在3.5d（d 為方樁的邊長）以上，樁距保持在1.4 m 即可。

靜力壓樁利用壓樁架的自重和配重，通過卷揚機牽引，由鋼絲繩、滑輪和壓梁將整個樁機的重力（800～1 500 kN）反壓在樁頂，以克服樁身下沉時與土的摩擦力，迫使預制樁下沉。 壓樁過程中，使用YZY160 全液壓靜力壓樁機，為了提高樁機靜壓力，在設備上增設附加配重，使其最大靜壓力可以達到2 000 kN。 施壓過程中采用液壓夾持機構夾住樁身，再由油缸液壓力將樁體壓入土體內， 反復循環操作， 直到達到終壓條件。 施工人員需要復核樣樁位置，確保樁體對位，并及時調整樁的垂直度。 如果偏斜超差，必要時需拔起樁調正之后重新下壓。終壓條件需要按照2 000 kN 的壓樁力控制。經檢測調查得知，項目所有樁基靜力壓樁518 根，工程樁439 根，其余為補樁和護坡樁，樁的偏位處于3 cm 左右，樁端進入粉細砂層大約0.8 m 深。 液壓式靜壓力壓樁機的靜壓力為800～2000 kN。 采用該施工技術后，有效迎合了大型樁基工程的建設需要，在增加錘重與改進起重、吊裝操作工藝的同時，也減少了振動噪聲。

3.2.2 挖孔樁技術

該技術也是高層建筑施工中常用的施工技術，操作簡單，且施工難度不大，但施工人員必須高度重視挖孔環節，在確保表層土去除且達到平整狀態后，為后續的挖孔施工，做好準備工作。 挖孔施工前，應先確定挖孔位置，采用交叉法施工，以此找出挖掘線的位置，確定樁徑數據，為接下來的樁孔挖掘奠定基礎。 進行土方開挖時，使用短把鐵鍬或鎬進行人工挖掘并以人工方式進行垂直運土；先復合軸線位置，確保無誤后開始第一節開挖施工，以500 mm 為一個施工段進行混凝土壁護。 在開挖施工過程中設置包含2 人為一組的小組單位進行流水施工。 開挖過程中遭遇孤石以及其他障礙物時，使用風鎬輔助施工，并在地面建設排水設施，及時進行樁孔內排水。 在每一節護壁成孔后，對樁位中心線進行定位，并使用正交十字線進行模板對中和垂直偏差控制。 混凝土護臂施工需在第一節護壁處高出地面150 mm 以上，以確保后續定點和擋土。 挖孔高度達到設計持力層時，對樁孔的孔深、孔底沉渣、樁徑偏差等參數進行自檢，確保各項數值滿足設計要求。

3.2.3 螺桿樁技術

螺桿樁施工就是將“螺絲釘比釘子牢固”的理念用于樁基施工，成樁之后，樁體與混凝土形成螺紋，樁側土體發揮“螺母”的作用，“螺紋”與“螺母”緊密咬合，為上層建筑提供承載力。 采用螺桿樁進行地基加固前，需平整場地，做好測量放樣工作，合理設置保護樁，查看樁位的實際布置情況，檢測樁位之間的間距能否達到工程設計要求。 圖2 為螺桿樁施工技術流程。

圖2 螺桿樁施工技術流程圖

3.2.4 灌注樁施工技術

灌注樁施工技術包括鉆孔灌注樁施工技術、 沉管灌注樁施工技術及螺旋灌注樁施工技術。

首先，鉆孔灌注樁施工技術。 需要先在鉆孔內部放入鋼筋籠，將混凝土灌入其中再形成預期的樁體結構，這一施工方式和常規的打入樁不一樣，鉆孔施工是先鉆孔再灌注，施工期間應保持樁間距合理，防止后續發生塌孔問題。 孔徑達到600 mm時，可使用回轉設備開孔，確保樁體長度處于合理范圍，使單樁體的負載能力達到施工要求。 按照土壤實際情況完成鉆孔工作，接下來準備插入鋼筋籠與導管即可。

其次，沉管灌注樁施工。 該施工技術采用錘擊與振動沖壓的方式開孔， 然后將樁體打入硬質砂層內， 樁體直徑通常在300～500 mm，長度不超過20 m。沉管灌注樁施工能快速成樁，但樁體斷裂風險較大，所以，施工期間需要加強質量控制。

再次，螺旋灌注樁施工。 鉆機就位后，要求鉆頭中心和樁位偏差＜20 mm，將鉆進速度控制在1～1.5 m/min，及時清理鉆出的土方，采用鉆桿孔深標志進行鉆孔深度的控制，直到鉆進至設計要求的深度。 長螺旋鉆機成孔、灌注混凝土至地面后及時清理地表土方，立即進行后插鋼筋籠施工。 把檢驗合格的鋼筋籠套在鋼管上面，上面用鋼絲繩掛在設置于法蘭的鉤子上。施工時融合鉆桿技術向下鉆孔，旋轉一圈后再下調，使其擠壓土體并形成樁體。 泵送混凝土階段，施工人員應將鉆孔順著螺旋痕跡反方向提鉆。

4 超高層建筑基礎結構施工質量控制

4.1 掌握地基基本條件

不同地區的地質環境有明顯差異，且人口分布、建筑密度不均衡，所以，超高層建筑基礎結構施工必須遵循因地制宜的原則，施工前做好現場的環境勘察，掌握場地地層構造與土壤土質條件。 根據水文檢測結構，防止水或者空氣中的有害成分對建筑基礎結構造成不利影響。

4.2 加強地基基礎施工質量控制

做好基礎工程施工質量控制是提高地基基礎質量的關鍵，要求施工人員時刻關注地基沉降要求，遵循因地制宜的原則展開施工。 比如，在地質條件偏差的區域做好樁基礎施工，如果采用的是天然基礎， 要求基礎結構的埋深超過裙房埋深2 m 以上，并合理設置沉降縫。 基礎施工時，應加強對各道施工工序的妥善管理，做好時間安排。

5 結語