淺談樁基施工技術(shù)設(shè)計(jì)與施工控制

摘要：樁基礎(chǔ)是人類在軟弱地基上建造建筑物的一種創(chuàng)造，是最古老、最基本的基礎(chǔ)類型。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市中各類高層建筑拔地而起，作為高層的基礎(chǔ)部分往往在整個(gè)建筑物投資中占據(jù)了很大的比例。文章介紹了樁基設(shè)計(jì)施工的方法及控制措施。

關(guān)鍵詞：樁基礎(chǔ)施工；樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；預(yù)制樁；灌注樁

中圖分類號(hào)：U443文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）07-0166-02

一、樁的施工方法

（一）預(yù)制樁的施工

預(yù)制樁的施工方法有：錘擊法、振動(dòng)法、壓入法和射水法。（1）錘擊法：樁基施工中采用最廣泛的一種沉樁方法。以錘的沖擊能量克服土對(duì)樁的阻力，使樁沉到預(yù)定深度。一般適用于硬塑、軟塑黏性土。用于砂土或碎石土有困難時(shí)，可輔以鉆孔法及水沖法。常用樁錘有蒸汽錘、柴油錘（見(jiàn)打樁機(jī)）；（2）振動(dòng)法：振動(dòng)法沉樁是以大功率的電動(dòng)激振器產(chǎn)生頻率為700～900次/分鐘的振動(dòng)，克服土對(duì)樁的阻力，使樁沉入土中。一般適用于砂土中沉入鋼板樁，亦可輔以水沖法沉入預(yù)制鋼筋混凝土管樁。用于振動(dòng)沉樁的振動(dòng)機(jī)的常用規(guī)格為20噸及40噸。目前，使用高頻率達(dá)10000次/分鐘的沉樁機(jī)頭，震動(dòng)與噪聲小，沉樁速度快（見(jiàn)振動(dòng)沉樁機(jī)）；（3）壓入法：壓入法沉樁具有無(wú)噪聲、無(wú)震動(dòng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，常用壓樁機(jī)有80噸及120噸兩種。壓樁需借助設(shè)備自重及配重，經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)加壓把樁壓入土中，故僅用于軟土地基；（4）射水法：錘擊、振動(dòng)兩種沉樁方法的輔助方法。施工時(shí)利用高壓水泵，產(chǎn)生高速射流，破壞或減小土的阻力，使錘擊或振動(dòng)更易將樁沉入土中。射水法多適用于砂土或碎石土中，使用時(shí)需控制水沖深度。

（二）灌注樁的施工

主要工序是成孔及灌注混凝土。成孔可分為套管成孔、干作業(yè)成孔、泥漿護(hù)壁成孔及爆擴(kuò)成孔四類。（1）套管成孔灌注樁：將帶有鋼筋混凝土預(yù)制樁尖或活瓣樁尖的套管用錘擊法或振動(dòng)法沉入土中擠土成孔。在管中灌注混凝土后，邊振動(dòng)邊將套管拔出，同時(shí)混凝土得到振實(shí)，在土中成圓柱樁體。套管成孔灌注樁適用于軟土地基，不受地下水位影響。由于套管灌注樁在淤泥中成孔，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)縮頸和斷裂，施工時(shí)要嚴(yán)格掌握操作順序、灌注混凝土量和拔管時(shí)間，必要時(shí)可二次沉管、復(fù)打予以補(bǔ)救；（2）干作業(yè)成孔灌注樁：用螺旋鉆成孔，不需泥漿護(hù)壁，孔壁自立，孔徑不變。經(jīng)清底放入鋼筋骨架后灌注混凝土，用混凝土振搗器振實(shí)。適用于地下水位以上、土質(zhì)較好的黏性土及砂土。鉆孔產(chǎn)生的震動(dòng)與噪聲較?。唬?）泥漿護(hù)壁成孔灌注樁：以鉆（沖）機(jī)切削土體，排土成孔。灌入泥漿，泥漿稠度可根據(jù)土層情況確定。其作用是穩(wěn)定孔壁，維持孔徑。經(jīng)清除底部石渣后用“導(dǎo)管法”灌注水下混凝土。按不同土層選用沖擊鉆機(jī)或旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)可穿過(guò)砂土層，碎石土層，并可鉆入基巖。建筑上常用的灌注樁直徑為600～1500毫米。遇軟土層使用潛水鉆成孔；（4）爆擴(kuò)成孔灌注樁：先用機(jī)械成孔，然后在孔底以炸藥爆擴(kuò)形成大頭，再灌注混凝土而成。適用于地下水位以上的黏性土、黃土及碎石土，具有施工簡(jiǎn)單、成本低、承載力高等特點(diǎn)。但由于爆擴(kuò)樁的檢驗(yàn)較為困難，故施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量管理。樁的長(zhǎng)度不宜大于10米。

二、樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工出現(xiàn)的問(wèn)題與解決策略

（一）樁基達(dá)到其極限承載力而無(wú)法壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高

目前的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程，往往受到時(shí)間的約束。首先根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的參數(shù)確定單樁承載力設(shè)計(jì)值，根據(jù)這個(gè)估算的單樁承載力直接進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)并施工，等工程樁施工結(jié)束后再挑選試樁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)。這個(gè)過(guò)程具有相當(dāng)?shù)牟豢茖W(xué)性，結(jié)果符合估算要求，則皆大歡喜，否則因工程已施工完畢補(bǔ)樁也會(huì)很困難，且有時(shí)因地質(zhì)報(bào)告有出入會(huì)給施工中帶來(lái)相當(dāng)?shù)牟槐?。因此我們必須先做試樁以確定其合理的樁長(zhǎng)及承載力，從施工措施上去解決。首先是必須制定合理的施工順序，譬如說(shuō)跳打，使先期施工的樁產(chǎn)生的水壓力消散后再施工下一根樁；其次對(duì)靜力壓樁來(lái)說(shuō)必須選擇有足夠壓樁力的施工機(jī)械，要避免抬機(jī)等現(xiàn)象出現(xiàn)；另外可以采取引孔，設(shè)置排水孔等措施盡量減少空隙水壓力。當(dāng)然壓樁時(shí)必須注意壓樁力應(yīng)控制在樁身極限強(qiáng)度范圍以內(nèi)，且應(yīng)注意壓樁擠土作用對(duì)周邊建筑物的影響。

（二）沉降計(jì)算

建筑物對(duì)沉降差和沉降反應(yīng)比較敏感，因此規(guī)范GB5007-2002第3.0.2條、第5.3.10條、第8.5.10條對(duì)沉降計(jì)算進(jìn)行了嚴(yán)格的界定，但由于沉降計(jì)算方法和土工參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)定目前還不完善，因此設(shè)計(jì)中不可避免地存在不少問(wèn)題如：摩擦型樁未進(jìn)行沉降計(jì)算違反了GB50007-2002第8.5.10條；高層基礎(chǔ)與裙樓基礎(chǔ)未設(shè)置沉降縫，未采取有效措施減少差異沉降及影響，違反了JGJ3-2002第12.1.8條規(guī)定；在同一整體大面積基礎(chǔ)上建有多棟高層和低層建筑，未按GB50007-2002第5.3.10條規(guī)定進(jìn)行變形計(jì)算；同一結(jié)構(gòu)單元采用了不同的基礎(chǔ)形式，未進(jìn)行沉降計(jì)算，違反GB50011-2001第3.3.4條；同一結(jié)構(gòu)單元部分用天然地基部分用樁基，不符合GB50011-2001第3.3.4條，未進(jìn)行沉降差計(jì)算，不滿足GB50007-2002第5.3.4條。

（三）樁的長(zhǎng)細(xì)比

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中對(duì)樁型及樁長(zhǎng)的合理選擇均會(huì)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重大的影響，合理的樁型、樁長(zhǎng)選擇將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。一些設(shè)計(jì)者在工程設(shè)計(jì)中仍以長(zhǎng)細(xì)比來(lái)控制樁長(zhǎng)或樁徑，造成工程樁的不必要的浪費(fèi)。長(zhǎng)細(xì)比限值主要是為了保證樁身不產(chǎn)生壓屈失穩(wěn)，以及考慮施工條件的要求，對(duì)于端承樁因有一較堅(jiān)硬的不變形的持力層，在樁頂豎向荷載的作用下，樁身若過(guò)于細(xì)長(zhǎng)，可能會(huì)像壓桿一樣出現(xiàn)失穩(wěn)破壞。而對(duì)于摩擦型樁，樁身應(yīng)力向下衰減，且樁會(huì)隨著荷載加大而產(chǎn)生沉降，不會(huì)產(chǎn)生壓屈失穩(wěn)，所以不需考慮長(zhǎng)細(xì)比的限制。隨著高層建筑的發(fā)展，超長(zhǎng)樁及長(zhǎng)樁應(yīng)用廣泛，而長(zhǎng)細(xì)比限值制約了長(zhǎng)樁的使用。根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量正常的低承臺(tái)樁在使用過(guò)程中出現(xiàn)壓屈失穩(wěn)的例子，所以兩本規(guī)范不再提長(zhǎng)細(xì)比的要求了。但具體應(yīng)用中如遇到樁周土軟弱或可液化，或8度以上地震區(qū)的情況，當(dāng)樁身強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)時(shí)，仍應(yīng)慎重對(duì)待，可按相關(guān)規(guī)范驗(yàn)算樁身壓屈。

（四）樁間距

為了避免擠土效應(yīng)對(duì)成樁質(zhì)量的影響，設(shè)計(jì)中應(yīng)控制樁間距在允許范圍之內(nèi)。設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題如：某工程項(xiàng)目大部分預(yù)應(yīng)力管樁樁距不滿足DB32/112-95第9.6.8條，尤其02棟B-D/2-5軸間樁距過(guò)小，考慮到施工的實(shí)際情況，采用跳打方式不是解決問(wèn)題的最佳途徑，首先應(yīng)考慮調(diào)整布樁。某工程有部分樁間距不能滿足JGJ94-94第3.2.3.1條；某工程01棟與05棟間二排樁之間樁間距不足；某項(xiàng)目采用的“A”型壓樁，根據(jù)97G3611圖集說(shuō)明，應(yīng)用“B”型，相鄰?fù)诳讟稊U(kuò)大頭凈距小于1m，違反GB50007-2002第8.5.2.1條等。

（五）關(guān)于樁基豎向偏差的控制和處理

根據(jù)JGJ94-94第7.4.12條我們控制樁頂標(biāo)高的允許偏差為-50~+100mm，但實(shí)際施工中偏差這么大將引起繁重的施工任務(wù)及損失。當(dāng)樁頂標(biāo)高高于設(shè)計(jì)標(biāo)高，則需要劈樁，特別對(duì)于預(yù)應(yīng)力管樁等空心樁來(lái)說(shuō)，樁頂有樁帽劈樁既困難又不經(jīng)濟(jì)；而當(dāng)樁頂標(biāo)高低于設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，又需要補(bǔ)樁頭，這既影響工期又浪費(fèi)金錢。這就要求施工單位在施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制樁頂標(biāo)高，盡可能地使工程樁標(biāo)高同設(shè)計(jì)一致，特別是施工過(guò)程中必須考慮到樁在卸載后的回降量，否則不加考慮則每根樁都將高于設(shè)計(jì)標(biāo)高。而我們?cè)O(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)施工誤差亦應(yīng)有所考慮，筆者建議針對(duì)目前的施工質(zhì)量，設(shè)計(jì)中可以考慮2mm左右的偏差容許，這樣就可以免除大量小偏差樁的劈樁，這在實(shí)踐工程中具有相當(dāng)?shù)目刹僮餍?，避免了大量不必要的工作?/p>

三、結(jié)語(yǔ)

樁基礎(chǔ)的主要功能是將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳至地下較深的密實(shí)或低壓縮性的土層中，以滿足承載力和沉降的要求。如何選擇合理的樁基礎(chǔ)形式，對(duì)于保證安全，節(jié)約投資、降低造價(jià)起著舉足輕重的作用。這就要求我們?cè)O(shè)計(jì)人員對(duì)每個(gè)建筑物的勘察報(bào)告進(jìn)行仔細(xì)分析，選擇一個(gè)最優(yōu)化的基礎(chǔ)方案。

作者簡(jiǎn)介：吳盛有（1975－），男，浙江龍游人，杭州建工集團(tuán)有限責(zé)任公司工程師，國(guó)家注冊(cè)一級(jí)建造師。