高層建筑工程施工中樁基礎(chǔ)施工技術(shù)分析

申婷

（廣東家和置地投資有限公司，廣東 珠海519115）

樁基礎(chǔ)施工是高層建筑建設(shè)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。樁基礎(chǔ)施工技術(shù)是一項(xiàng)基礎(chǔ)施工技術(shù)，通常是以樁頂、承樁的承臺(tái)組合構(gòu)建的工程，具有較強(qiáng)的豎向承載力，可以在增加高層建筑物抵抗外界自然災(zāi)害能力的同時(shí)，將高層建筑物豎向荷載轉(zhuǎn)移至周邊地面，避免高層建筑物出現(xiàn)坍塌、傾斜，保證高層建筑物穩(wěn)定性。根據(jù)地質(zhì)環(huán)境的差異，高層建筑所適用的樁基礎(chǔ)也具有一定差異。基于此，對(duì)高層建筑工程施工中樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的選擇進(jìn)行適當(dāng)分析，具有非常重要的意義。

1 目前高層建筑工程主要用樁基礎(chǔ)的類別

1.1 預(yù)制樁。預(yù)制樁主要指預(yù)先采用邊長(zhǎng)為150mm～300mm預(yù)制混凝土樁或鋼管樁，在打樁機(jī)就位后，掛設(shè)吊裝鋼絲繩，起吊裝并對(duì)樁尖孔穩(wěn)樁進(jìn)行雙向校正隨后利用冷錘擊打兩次或三次，在復(fù)查樁垂直度后正式入樁并記錄貫入度。預(yù)制樁主要適用于淤泥質(zhì)土、黏性土、人工填土地質(zhì)條件下高層建筑施工[1]。

1.2 灌注樁。灌注樁包括鉆孔灌注樁、沉管灌注樁兩種類型。前者主要是利用機(jī)械回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔并向孔內(nèi)灌注樁混凝土，或者利用長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)一次鉆孔至設(shè)計(jì)樁端深度并在提鉆的同時(shí)向孔內(nèi)注入水泥漿。注漿提鉆后向孔內(nèi)安放鋼筋籠、碎石并經(jīng)多次補(bǔ)漿面獲得無砂混凝土樁體；后者主要是通過振動(dòng)力，將暫時(shí)堵住下端開口樁管沉入地基預(yù)定深度并向樁內(nèi)吊放鋼筋籠，隨后灌注混凝土并利用動(dòng)力將樁管拔出促使混凝土、鋼筋留在地下。

2 目前高層建筑工程主要用樁基礎(chǔ)利弊分析

2.1 預(yù)制樁利弊。預(yù)制樁具有生產(chǎn)成本低、節(jié)約鋼材、配筋率小、直徑小、比表面積大、環(huán)保、單方混凝土承載力大、技術(shù)難度低、施工便捷等優(yōu)良特點(diǎn)。但預(yù)制樁施工中擠土效應(yīng)的存在，極易引發(fā)樁基礎(chǔ)出現(xiàn)斷裂、縮頸等事故，不適用于飽和粘性土。

2.2 灌注樁利弊。鉆孔灌注樁具有適應(yīng)性廣、單樁承載力高、樁徑選擇范圍大、樁長(zhǎng)選擇范圍大、鋼材損耗量小、成本低、施工噪音小等優(yōu)良特點(diǎn)，適用于建筑密集市區(qū)各種地層施工。但施工工藝較復(fù)雜，質(zhì)量控制影響因素多、排污量較大，不適宜大粒徑巖石、卵礫石施工[2]。沉管灌注樁較之預(yù)制樁，成本更低、噪音污染更小。較之鉆孔灌注樁，施工更加便捷、效率更高，且無排污問題。但由于樁徑較小，單樁承載力較低，僅適用于軟土地基。

3 不同地質(zhì)環(huán)境下樁基礎(chǔ)形式的選擇

3.1 巖溶發(fā)育地段樁基礎(chǔ)選擇。在巖溶發(fā)育地段基巖埋藏較淺時(shí)，高層建筑可做成大直徑端承樁，此時(shí)，為保證施工成本經(jīng)濟(jì)性，可以采用單樁支承、單排樁支承的墻基礎(chǔ)。在巖溶發(fā)育地段端承樁直徑、承載力受限時(shí)，可以選擇多排樁支撐的墻基、多樁支撐的柱基。

以A 工程為例，A 工程為地上32 層+地下2 層的框支剪力墻帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，檐口標(biāo)高、梁最大跨度分別為95.9m、8.6m，最大柱荷載標(biāo)準(zhǔn)值、總荷載重量分別為18500kN、515000kN，巖面起伏高度差在8.9m 以上，灰?guī)r溶洞發(fā)現(xiàn)率為58%，粘土夾雜碎石層薄膜不均，在1.5～18m 之間?？紤]到該高層建筑重量較大，對(duì)地基土的附加應(yīng)力具有較大范圍影響，因此，可以選擇鉆孔灌注樁基礎(chǔ)形式，依據(jù)樁基礎(chǔ)端部在基巖的大直徑樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[3]。隨后在泥巖、礫巖、灰?guī)r等區(qū)域各設(shè)置兩根試樁，單樁承載力特征值在3950～5032kN，單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)最大加載值在7020～12543kN。同時(shí)考慮到巖溶發(fā)育地段具有土層裂隙大、溶洞、溶溝等特點(diǎn)，為避免鉆孔灌注樁施工階段出現(xiàn)漏漿問題，可以采用連續(xù)澆灌混凝土直至成樁的辦法。此時(shí)，在灰?guī)r區(qū)混凝土流失量達(dá)到800m3時(shí)，以往單根樁基理論混凝土用量為25.6m3，實(shí)際用量為310.6m3，超灌285.0m3，連續(xù)澆灌混凝土直至成樁時(shí)，單根樁基理論混凝土用量5.86m3，實(shí)際澆筑混凝土量215.21m3，超灌混凝土達(dá)209.35m3。按灰?guī)r區(qū)實(shí)際澆灌樁基56根、單方混凝土成本（含生產(chǎn)管理費(fèi)用）720 元，則可節(jié)約（310.6-215.21）*56*720=384.61 萬元。

3.2 上層滯水地區(qū)樁基礎(chǔ)選。對(duì)于建筑物周邊地形較為平坦，但因地質(zhì)條件所限無法保證打樁場(chǎng)地密實(shí)度的項(xiàng)目，可以選擇預(yù)制樁施工方案。以C 工程為例，C 工程為地上28 層+地下2 層的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框支剪力墻結(jié)構(gòu)，因建筑高低層間無沉降縫，差異沉降較大，且該工程物理力學(xué)性質(zhì)檢測(cè)現(xiàn)實(shí)打樁場(chǎng)地高度為-13.5m，±0.00 為39.6m，自上而下分別為雜填土（已挖除）、粉質(zhì)粘土（已挖除）、中輕粉質(zhì)粘土（硬塑飽和）、重粉質(zhì)粘土、輕重亞砂土、細(xì)粉砂層、細(xì)中砂土層。同時(shí)首層地下水標(biāo)高為25.5m，上層35.33m 位置存在嚴(yán)重的滯水問題，因此，可以選擇多角形φ40cm、長(zhǎng)度12.5m 的的預(yù)應(yīng)力圓管空心樁樁基礎(chǔ)，將其下到-13.5m 深的坑下作業(yè)[4]。以細(xì)中砂土層作為樁尖持力層，單樁承載力為1100kN，貫入度為1.0cm/5次擊打，利用2.50t 柴油錘連續(xù)擊打兩次，高度為150cm，控制群樁上涌量在4.0cm 以內(nèi)。總體積為1685.25m3（含孔徑）、鉆孔出土量為389.25m3。整個(gè)施工過程中，單樁人工費(fèi)為665 元，綜合工日為60 天，材料費(fèi)為771.5 元，預(yù)應(yīng)力管樁為258.91 元，機(jī)械費(fèi)為1230.5 元，合計(jì)42160.91 元。

3.3 深厚軟土地區(qū)樁基礎(chǔ)選擇。在覆蓋層土層達(dá)到100.0m以上時(shí)，可以采用不同類型的摩擦樁基礎(chǔ)。以B 工程為例，B 工程為地上63 層+地下3 層塔樓附樓組合建筑，主體結(jié)構(gòu)及附樓單位荷載重量為832kN/m2，對(duì)差異沉降敏感度較高。B 工程地質(zhì)條件為軟土地質(zhì)，人工填土層為褐灰色含石英砂粉質(zhì)粘土、粉土，層厚4.5～12.3m，部分地段中部存在微風(fēng)化、強(qiáng)化粗?；◢弾r夾層，呈松散狀態(tài)，局部相變?yōu)橹猩?，層厚?.68～3.65m，呈稍密狀態(tài)。根據(jù)該工程對(duì)荷載要求，塔樓可以選擇沖孔灌注樁基礎(chǔ)形式，將微風(fēng)化粗?；◢弾r作為灌注樁持力層，附樓樁基礎(chǔ)為人工挖孔灌注樁，以強(qiáng)化粗?；◢弾r作為樁端持力層，同時(shí)開展。其中人工挖孔灌注樁為干作業(yè)模式，需控制樁端位置在±0.00 以下32m 左右，并作大降深人工降水至-32m 位置。為避免施工期間因大半徑范圍內(nèi)地下巖土體失水而導(dǎo)致地下水降落漏斗增加土體有效應(yīng)力及附加沉降風(fēng)險(xiǎn)，可以設(shè)置地下回灌井[5]。地下回灌井主要位于保護(hù)建筑物一側(cè)，根據(jù)回灌水按一定間隔布設(shè)，彌補(bǔ)地下水損失，保證施工效果。

從施工成本視角進(jìn)行分析，相較于靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（C80）而言，沖孔灌注樁強(qiáng)度為C30，單根沖孔灌注樁豎向承載力為660.0t（靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁為220.0t），單根沖孔灌注樁工程量為7.85 方（靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁為10 方），按市場(chǎng)價(jià)沖孔灌注樁單方工程量7386.1 元（靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁為2100 元），每噸造價(jià)為7386.1/660.0=11.19 元（管樁為9.54 元）。相較于靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁而言，沖孔灌注樁施工成本較高，但強(qiáng)度較大，施工技術(shù)人員可以根據(jù)具體需要，恰當(dāng)選擇，恰當(dāng)分配工程量。

綜上所述，高層建筑具有豎直荷載集中、對(duì)傾斜較為敏感、極易產(chǎn)生巨大傾覆力矩等特點(diǎn)，對(duì)基礎(chǔ)承載力、差異沉降、穩(wěn)定性均具有較高的要求。因此，施工技術(shù)人員可以根據(jù)高層建筑地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)，綜合考慮豎向承載力、水平向承載力、整體性、剛度等因素，結(jié)合實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，選擇恰當(dāng)?shù)臉痘问?，以便所選樁基形式符合既定地質(zhì)條件下建筑上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求，為高層建筑施工質(zhì)量提供保障。