房屋建筑施工中樁基施工關鍵技術及管理分析

程周炳，唐 敏，閆艷艷，史立冉

（中國地質大學（武漢）校園規劃與基建處，湖北 武漢）

引言

在房屋建筑工程建設過程中，受地質條件限制，樁基礎應用越來越多，因此，開展此類工程樁基施工過程中的關鍵技術分析和管理評價具有重要意義[1-2]。目前，不少學者開展了相近研究，如王晨玉等[3]、林楠[4]探討了樁基施工過程中的關鍵技術；陳晨[5]分析了樁基施工過程中的質量管理措施；陸海峰[6]闡述了樁基質量檢測過程中的常見問題；上述研究雖取得了相應成果，但限于項目區地質條件差異，仍有必要結合具體工程實際開展針對性分析。綜合上述，該文結合工程實際，先開展樁基施工的關鍵技術分析，并通過低應變法和靜載試驗實現成樁質量管理，以期為類似工程積累經驗。

1 工程概況

擬建工程為房屋建筑住宅，其用地面積為5 275 m2，地上設計24 層，地下設計1 層；擬建建筑基坑具多邊形不規則狀（見圖1），面積約4 160 m2，開挖深度為6.4 m，屬深基坑。

圖1 基坑平面形態

由勘察報告，項目區地層由上至下位：填土層，雜色，巖性多為建筑垃圾，結構松散，厚度介于0.4 m～1.3 m；粉質黏土層，灰黑色，可塑，局部軟塑，均勻性較好，夾雜少量礫石，厚度介于9.4 m～15.8 m；砂層，細砂～中砂、灰黃色，濕、飽和，稍密～中密，厚度介于2.6 m～4.5 m；卵石層，雜色、磨圓度較好，稍濕～濕，中密。

結合現場調查，擬建建筑北側、東側均有既有道路，最小凈距13.22 m～15.07 m；東側、南側均近接既有建筑，屬房屋住宅，層數為4 層～6 層，基礎形式為樁基礎。因此，擬建建筑周邊的既有建、構筑物較為復雜。

2 樁基施工關鍵技術

由于擬建建筑基礎范圍內地層的工程性質相對較差，且上部建筑荷載相對較大，因此，將擬建建筑的基礎設計為樁基礎。

2.1 樁基設計

結合區內地質條件，將樁基礎形式設計為鉆孔灌注樁，且基礎設計信息如下：

2.1.1 設計概況

（1） 樁長設計為30 m～40 m，持力層選擇中密卵石層，入持力層深度不少于兩倍樁徑。

（2） 通過機械成孔，采用泥漿護壁，樁底沉渣厚度不大于5 cm。

（3） 成孔出渣方式采用反循環。

（4） 成樁過程中的垂直度不大于1.0%，且充盈系數不小于1.0。

（5） 鋼筋籠主筋采用22 mm 直徑鋼筋，箍筋為螺旋槳，直徑設計為12 mm，保護層厚度設計為60 mm。

（6） 樁身混凝土采用C35 等級，坍落度范圍介于175 mm～200 mm。

2.1.2 設計要求

（1） 單樁樁徑設計為1.2 m，承載力設計為7 800 kN，成樁過程采用跳樁施工，盡可能較少施工對周邊既有建構筑物的影響。

（2） 成樁過程中的泥漿比重不應大于1.25，含砂率不能大于0.08。

（3） 樁徑誤差范圍為5 cm，主筋中心距誤差不應大于1 cm，主筋搭接采用雙面焊接，焊接長度不少于15 倍鋼筋直徑。

2.2 施工關鍵技術分析

結合工程實際，將樁基施工過程中的關鍵技術分析如下：

2.2.1 選擇合理的鉆孔設備

鉆孔灌注樁施工過程中，主要用到循環機、旋挖機，兩者現場分配比例相當重要；結合現場實際情況，將循環機與旋挖機的比例設置為1:3。

2.2.2 保持孔壁穩定

在成孔過程中，土體可能會出現塌孔，為切實保證其穩定，提出通過膨潤土泥漿進行護壁，并適當加入聚丙烯酰胺，以保證泥漿合理性；同時，在初期應用過程中，通過循環利用適時調解泥漿性能。

2.2.3 減小沉渣厚度

一般來說，樁底沉渣厚度越少越好，因此，提出利用氣舉反循環清除沉渣，其空壓機風量設置為9 m3/min，且風量宜先小后大。在工程試驗過程中，若發現沉渣厚度過大，應對沉渣進行再次清理，切不可因為費時而置之不理。

2.2.4 施工過程控制

樁身混凝土配合比宜由實驗室調配，并嚴格控制其坍落度；在澆筑過程中，應保持澆筑過程的連續性，尤其是導管應埋入混凝土以下1.8 m～3.5 m。同時，施工過程還應嚴格注重安全管理，如現場工人必須佩戴安全帽，操作過程必須滿足規范要求。

3 樁基管理分析

在樁基施工過程中，重點開展成樁質量管理，因此，該節提出利用低應變法[7]和靜載試驗[8]進行成樁質量分析。

3.1 成樁質量管理方法

3.1.1 低應變法

低應變法能有效忽略樁的橫向慣性，能不顧及阻力變化，因此，將其一維波動方程表示為：

式中：t 為時間變量（s）；μ為位移變量（cm）；c 為速度變量（cm/s）。

通過現場試驗及參數收集，可將缺陷位置的計算公式表示為：

式中：L 為缺陷位置參數（cm）；△T 為時間差參數（s）；△f 為頻差參數（Hz）。

3.1.2 靜載試驗

（1） 試驗準備

試驗過程采用四根錨樁建立試驗平臺基礎，再利用槽鋼、工字鋼等拼接平臺；為保證足夠的反壓力，在樁位置處設置3 臺液壓千斤頂。

為保證平臺穩定，需于樁頂布設加強筋，且在樁身周邊設置相應應力應變測試原件。

（2） 加載和卸載

加載過程實行分級加載，并將加載量設置為最大荷載的1/10，但卸載量應控制在加載量的兩倍。

3.2 成樁質量檢測結果分析

3.2.1 低應變法檢測結果

在本次工程實例中，總計選擇了52 根樁進行了低應變檢測，其中，絕大部分樁均具較好的質量，僅對質量相對較差的樁進行示例性分析，即選擇16#樁、38#樁進行分析，得此兩樁的低應變試驗結果如圖2所示。

圖2 16#樁、38#樁的低應變試驗結果

據圖2，將兩樁結果分析如下：

（1） 16#樁

樁長35 m，試驗波速設計為4 000 m/s，在0.0 m～3.2 m 范圍內，波速具有較大反射波動，即先出現正向頻率波動，后又出現負向頻率波動，因此，判斷此范圍內可能存在一定缺陷，主要可能是縮徑、空洞等，不過考慮到此范圍離地表較近，形成成因較多，建議對此段進行加固處理；同時，在樁底處的波速略有波動，判斷其具有一定沉渣，但其厚度相對較薄，推測滿足規范要求。

綜合上述，判斷16#樁的樁身完整性為Ⅱ類。

（2） 38#樁

樁長35 m，試驗波速設計為4 000 m/s，在3.8 m～8.7 m 范圍內，波速具有較大反射波動，即先出現負向頻率波動，后又出現正向頻率波動，因此，判斷此范圍內可能存在一定缺陷，主要可能是縮徑、空洞等，建議可采取注漿加固，若后續承載力試驗滿足要求可繼續使用；同時，在樁底處的波速無波動特征，判斷其沉渣極薄，推測滿足規范要求。

綜合上述，判斷38#樁的樁身完整性為Ⅱ類。

3.2.2 靜載試驗結果

在本實例中，共計選擇36 根樁進行靜載試驗，其中，以低應變檢測完好的5#、12#樁及處理后的16#樁、38#樁進行示例性分析，其靜載試驗結果見表1。由表1 可知，4 根樁的試驗特征值介于7 925 kN～8 608 kN，均大于單樁設計值7 800 kN，即滿足設計要求。

表1 5#樁、16#樁及38#樁的靜載試驗結果

值得指出的是，5#樁和12#樁的試驗特征值分別為8 469 kN 和8 608 kN，16#樁和38#樁的試驗特征值分別為7 961 kN 和7 925 kN，以5#樁和12#樁的試驗特征值明顯更大，說明對缺陷樁的處理是有效的，但其始終不如質量完整的樁身承載力，因此，控制成樁質量顯得格外重要。

4 結論

通過房屋建筑施工中樁基施工關鍵技術及管理分析，結論主要如下：由于項目區地質條件相對較差，樁基礎具有較強的適用性，且其施工過程中的關鍵技術主要包括：選擇合理的鉆孔設備、保持孔壁穩定、減小沉渣厚度及施工過程控制；同時，低應變法能有效檢測樁基完整性，并經靜載試驗，各類試驗樁承載力均滿足設計要求，說明成樁過程的管理是有效的。