高層建筑工程施工中樁基礎施工技術分析

定震

浙江省建工集團有限責任公司 浙江 杭州 310013

承臺與基樁共同構成的深基礎結構在建筑工程中被稱之為樁基礎。現代建筑工程發展過程中，除地上可直觀查看的建筑工程結構外，地下基礎結構施工技術也不斷發展。現代建筑中高層建筑占比不斷攀升，在建筑高度不斷提升的情況下，其對于地基的要求也越來越高，樁基礎是位于地基之上用于傳遞載荷的重要基礎結構，其對于高層建筑建設使用過程中產生的各方向載荷均有較好的載荷承載和載荷傳遞功能，完善的樁基礎工程是保障高層建筑建設使用質量的關鍵所在。目前高層建筑建設過程中不僅使用低承臺樁基礎同時也根據實際需求使用高承臺樁基礎，而樁基礎的形式根據基樁形式可分為預制樁和灌注樁，本文主要針對現澆灌注樁進行分析，此類樁基礎施工過程中需要進行鉆孔成孔、混凝土灌注以及鋼筋籠施工等多個施工步驟，每個施工步驟都有較為詳盡的施工技術要求，任何步驟出現質量問題都會直接影響樁基礎整體承載參數，這對于高層建筑工程整體建設質量亦有重要影響。不同建筑企業鉆孔灌注樁的施工流程基本一致，根據施工流程深入分析各步驟施工技術有利于提升高層建筑樁基礎整體施工質量，這是推動我國高層建筑工程建設施工技術發展的重要前提。

1 樁基礎施工對高層建筑工程整體質量的影響

樁基礎施工質量對高層建筑工程整體質量有至關重要的影響，不同區域地質情況差異較大，而且相同區域不同土層的承載能力也不相同。高層建筑隨著層數和高度的增加其豎直載荷也不斷增大，而且高層建筑重心相對較高，其受風力或其他外力作用影響下會產生較大的傾覆力矩，因此對于高層建筑而言其基礎需要具備承受不同方向較大動靜載荷的能力，這就對樁基礎提出了較高要求。從當前高層建筑樁基礎設計施工情況來看，更為科學的樁基礎形式和更為精湛的樁基礎施工技術都能使高層建筑具有更為穩定和堅實的基礎結構，此部分工程直接影響著高層建筑的底層結構強度和抗震能力，而這正是高層建筑兩項關鍵的質量指標，優秀的樁基礎工程不僅能提升高層建筑的抗震性能，而且也能承載更大的風載荷，這是進一步提升建筑高度的重要前提[1]。從一些既往樁基礎施工質量問題中可以發現，樁基礎施工質量問題是較為典型的建筑工程質量安全隱患，這部分質量問題將給高層建筑工程帶來致命性風險。現階段高層建筑普遍選擇灌注樁作為樁基礎，其具有承載能力強、適應性好以及成本相對較低等優點，而且在施工過程中不會造成擠土或震動等不利問題。針對不同承載力要求的樁基礎，灌注樁可以通過增加配筋、增加基樁直徑等相對簡單的方式實現。灌注樁施工分為多個步驟，每一步驟均對樁基礎整體質量有直接影響。

2 高層建筑樁基礎特點

由于高層建筑會產生較大的豎直載荷，因此高層建筑樁基礎具有較高的豎向承載力，單基樁本身就具有較強的豎直承載力，而多個基裝共同形成的群樁更是具有極大的豎直方向承載能力，其能夠滿足高層建筑的高豎直方向承載力需求。另外從高度角度看，高層建筑樁基礎普遍具有高剛度、高摩擦力特點，這是因為高層建筑對樁基礎抗沉降能力有較高要求，由于豎直方向載荷較大，而且容易受各種外力影響產生不同方向的載荷應力，因此高層建筑樁基礎必須具備抗不均勻沉降的能力[2]。此外，高層建筑樁基礎還必須有較強的抗傾覆能力，為實現這一目標，樁基礎通過良好的設計和精準的施工作業使各樁基均具備較強的側向剛度。樁基礎在承受來自建筑上部載荷時會通過基裝將載荷傳遞至承臺，而承臺又可以將載荷傳遞至與之直接接觸的、具有較強承載力的地基土層，因此樁基本身會穿過承載力不足的土層并通過與承臺相連進行載荷釋放，這樣樁基礎就實現了將建筑上部載荷妥善傳遞至高承載力土層的目的[3]。

3 高層建筑樁基礎施工技術分析

3.1 初期勘察

完善的周邊環境勘察是樁基礎施工的必要前提，不同施工區域的地質環境各不相同，在施工過程中還受包括氣候因素、既有建筑因素等其他因素影響，因此必須在施工前開展全面且精確的初期勘察工作。首先要明確施工區域的地形地貌情況，同時結合工期分析施工階段區域的氣候條件。其次要采集施工區域既有的地質勘察信息，根據基樁設計參數明確該深度下此區域的巖土地質情況，為保障相關信息準確，還要根據既有信息和樁基礎施工需求，開展相應的現場地質勘查工作，不僅要了解巖土層類型，還要對地下水情況進行分析，應根據實際勘查結果明確巖土層類型，根據飽和單軸抗壓強度判定施工區域巖土層是硬質巖還是軟質巖，同時還要根據風化系數、波速比等分化指標判斷巖土層的風化程度[4]。在完善一系列地質勘察工作后明確既定土層的承載力情況。最后，還要針對施工區域既有工程進行勘察分析，包括受樁基礎施工影響的既有地面建筑工程以及地下管線工程等。

3.2 基樁要求

目前樁基礎主要包括灌注樁和預制樁兩類，預制裝雖然具有操作便捷，施工工期短等優勢，但其對施工區域地址要求相對較高，而且其抗剪能力相對較弱，而灌注樁則具有地質適應性強、單樁承載力相對較大的優勢，因此灌注樁更符合高層建筑樁基礎需求[5]。灌注樁施工過程中埋設護筒、鉆孔成孔、清孔、凝土灌注等施工步驟均有嚴格的施工技術要求，不僅要結合基樁設計參數制備符合要求的泥漿，在鉆孔過程中實施泥漿護壁，而且也要在鉆孔過程中嚴格把控垂直參數。在完成護筒埋設工作后工作人員需將鉆機移動至鉆孔位置，在實際鉆孔前要再次進行參數測量，確保鉆機鉆頭與施工水平面垂直。鉆孔作業必須保證精度，在實施泥漿護壁的過程中渣漿分離和泥漿循環要與鉆孔作業同步進行。應根據施工區域圖層情況選擇對應的鉆頭，如屬于風化巖或碎石土土層應使用沖擊鉆，而如果屬于較為松軟的填土層或淤泥土層則應選擇回轉鉆。總體來講，樁基施工必須嚴格遵守相應的施工標準，應盡量排除外部因素對不同施工作業的影響。

3.3 灌注樁泥漿制備使用

鉆孔是灌注樁重要的施工步驟，而鉆孔過程中需要進行泥漿護壁，在該過程中使用的泥漿能夠在鉆機鉆孔過程中，在孔壁形成保護層防止孔洞坍塌。通常來講，灌注樁泥漿主要由膨潤土、碳酸鈉、水、CMC以及某些外加劑配置而成，以某灌注樁泥漿支配工作為例，該泥漿水、碳酸鈉、CMC、膨潤土比例為700:3.5:0.27:100，按照該比例少量適配檢查后，明確該泥漿符合護壁需求，而后攪拌桶內加水至1/3并啟動攪拌桶，將膨潤土、碳酸鈉倒入攪拌桶內，根據比例繼續通過水箱向攪拌桶內加水，持續攪拌2～3min后投入定量的CMC，填料完畢后，繼續攪拌1～2min并將制備好的泥漿轉移至待用池中靜置膨化，靜置等待時間為24h，使用前對漿液膨化度進行檢查，膨化度達標即可投用。在使用不同鉆頭鉆孔時泥漿護壁的泥漿需求不同，空心鉆頭鉆孔時，應保障泥漿比重在1.2左右，而實心鉆頭鉆孔時則要根據土層類型控制泥漿比重，如為松軟土質則將該參數控制在1.3以內，如為巖石層則孔底泥漿比重應控制在1.2以內。對于高層建筑樁基礎鉆孔護壁而言，在實施泥漿護壁時所使用的泥漿含沙率應控制在4%以內。泥漿主要通過泵送的形式進入孔內，施工過程中要分設新漿池和泥漿循環池，注意在清孔過程中做好渣漿分離和泥漿循環利用工作，泥漿循環池中，應設置沉淀池和循環凈化系統，在排渣后重新進入循環體系。注意在泥漿循環過程中要動態清除溝槽沉淀物，防止堵孔，要確保泥漿循環供給通暢。

3.4 鉆孔清孔

在鉆孔前要對鉆機進行全面檢查，保障其各項功能正常。在完成鉆孔定位工作后，將鉆機移動至鉆孔位置，檢查鉆機底座是否穩固，對鉆頭、樁位中心點以及鉆機鉆架進行測量，保證其處于同一垂線上（見圖1），可根據實際情況選擇不同的測量方法并保障其偏差量在3cm以內。測試泥漿供應系統，確保其能夠正常供漿和循環過濾。在鉆孔過程中，首先采取正循環緩鉆形式向下鉆進，達到預定鉆進深度后采取減壓反循環鉆進法繼續向下鉆進，過程中應動態監測鉆壓，保障鉆進壓力不超過整套鉆具質量的75%。原則上鉆孔工作應連續進行，一般情況下不能中途暫停，如必須停鉆應按步驟逐漸調低鉆機轉速，緩慢提升鉆頭（約2m），防止鉆頭被埋。不論是暫停鉆孔還是完成鉆孔停鉆，都需在鉆頭離開孔底后再停止供風，最大限度避免出渣口堵塞。在鉆孔過程中要注意觀察孔壁情況，護壁泥漿應始終在地下水位線以上。鉆孔工作必須在平穩安全的環境下進行，要確保鉆孔工作不受外部因素影響。一旦出現偏孔、卡鉆等問題要按照正確的暫停程序停止鉆孔并立即安排工作人員查明原因排除故障。按照建筑工程樁基礎鉆孔成孔標準，孔中心位置偏差量應控制在±100mm以內，傾斜度應小于1%，孔徑和孔深均應高于設計參數，而底層沉淀則應在450mm以內。為保障孔底滿足后續鋼筋籠吊裝和混凝土灌注要求，必須在成功后進行1次清孔作業，可以根據實際情況選擇抽漿或換漿清孔法，也可以選擇孔底掏渣清孔法。完成清空作業后，要對孔深、孔位及孔底情況進行檢查，目前比較常用的方法為探籠檢查，下放探籠后明確終孔參數（見圖2），在達到施工標準后完成鉆孔作業。

圖1 鉆機鉆架必須與水平面垂直

圖2 探籠檢孔是比較常用的檢孔方法

3.5 鋼筋籠施工及混凝土灌注

鋼筋籠施工包括鋼筋籠制作和鋼筋籠安裝兩部分，其中鋼筋籠制作應在標準化鋼筋加工車間或符合現場鋼筋加工制作標準的施工區域完成。鋼筋籠安裝首先要完成鋼筋籠的組合連接，通常鋼筋籠采取節段加工方法，每一節段長度約在10m左右。在焊接連接過程中應對主筋和加強筋進行焊接，二者必須垂直且外層應配置加強圈，根據受力情況，加強圈外部也應通過焊接形式形成加強筋。鋼筋籠節段連接包括焊接連接和套筒連接，焊接連接主要采取電弧焊的形式，而套筒連接則要注意確保套筒扭緊，在連接過程中要檢查各部位套筒是否符合設計要求。鋼筋籠主筋連接過程中要確保連接重合長度在98cm以上，機械連接后要對不同階段進行檢查，保障鋼筋籠變形量在標準范圍以內。在各部位進行焊接前，優先進行試焊，保障焊接方法滿足焊接要求后，方可實際進行焊接。下放鋼筋籠時要注意根據設計要求在規定位置布設墊塊。鋼筋籠吊放到位后應進行固定，防止其在灌注前位移或在灌注過程中上浮。采用導管法進行混凝土灌注時要注意保障導管的密閉性，實際灌注前要進行檢查，確保導管無泄漏問題。混凝土要在使用前進行坍落度檢測，保障混凝土符合施工要求。各孔進行混凝土灌注時要在孔內水面上設置隔水栓，避免混凝土出現骨料分離的情況。在灌注過程中導管插入混凝土中的深度應在1～4m之間，在提升管時要注意垂直提升，避免導管對孔壁產生影響。混凝土最終灌注高度應略高于基樁，超出長度應控制在2～3m之間。徹底拔出導管后做好空孔回填并完成整個施工工作。

4 結束語

強化樁基礎施工質量是保障高層建筑整體建設品質的重要基礎，明確施工步驟，提升施工規范性方能確保施工質量。本文對高層建筑樁基礎施工技術進行了詳細分析，望所述內容能夠有助于推動高層建筑施工技術發展。