樁基礎(chǔ)的應(yīng)用與技術(shù)分析

于文杰 張安靜 高 波 盧金旺

1.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院土木建筑學(xué)院；2.河南黃河河務(wù)局工程建設(shè)中心；3.江蘇省交通工程集團(tuán)有限公司；4.新鄉(xiāng)縣公路管理局

1 引言

當(dāng)前建筑工程中使用最多、最常見的深基礎(chǔ)與地基處理方式便是樁基礎(chǔ)，采用樁基礎(chǔ)的建筑地基承載力高、后期基礎(chǔ)沉降量小且不宜產(chǎn)生不均勻沉降，在發(fā)生地震時(shí)樁基礎(chǔ)不宜因變形引起房屋倒塌、人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失小，樁基礎(chǔ)施工時(shí)采用機(jī)械作業(yè)、質(zhì)量和效率有保障。樁基礎(chǔ)施工時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量小，材料消耗低，能適應(yīng)多種地質(zhì)條件和施工環(huán)境，在大型建筑、高層建筑、橋梁、特殊重要建筑、高鐵等工程中被廣泛使用。

2 樁基礎(chǔ)概述

樁基礎(chǔ)是深基礎(chǔ)應(yīng)用最多的一種基礎(chǔ)形式，它由若干個(gè)沉入土中的樁和連接樁頂?shù)某信_(tái)和承臺(tái)梁組成[1]。當(dāng)遇到承載力不滿足建筑要求的軟弱地基時(shí)，施工前就需要對(duì)地基進(jìn)行處理，在軟基里打樁到持力層，強(qiáng)化地基后，再開始工程建設(shè)。整個(gè)過程就像在一塊蛋糕上插幾根筷子，再在筷子上搭一塊板子，然后在板子上開始工程一樣。建筑物在樁基這位可靠“支撐者”的穩(wěn)固支持下，成就穩(wěn)重堅(jiān)忍的姿態(tài)。作為根基部分，樁基礎(chǔ)對(duì)于提高地基承載能力、增強(qiáng)建筑工程的整體穩(wěn)定性有非常好的可靠性。首先由于樁身可直接接觸地基深處堅(jiān)硬或比較堅(jiān)硬的巖層，樁基礎(chǔ)具有很高的豎向承載力。另外，多個(gè)樁和承臺(tái)組成一個(gè)整體，多個(gè)帶有裝的承臺(tái)又組成一個(gè)整體，樁基礎(chǔ)具有很強(qiáng)的剛度，在建筑工程本身自重和相鄰建筑荷載的作用下，基礎(chǔ)不宜產(chǎn)生過大的豎向沉降和傾斜。最后，由于樁埋深大、樁身的抗拉拔承載力高且群樁整體剛度大，可以抵御風(fēng)荷載、地震荷載等引起的水平荷載，抗傾覆承載能力高。

3 樁基礎(chǔ)技術(shù)的選用

當(dāng)建筑物上部為混合結(jié)構(gòu)時(shí)，且層數(shù)不是很高；當(dāng)建筑物為一般的中小型建筑時(shí)，且造型和高差不十分復(fù)雜時(shí)；當(dāng)建筑物所處地區(qū)的地下水位高度不是很高時(shí)：普通基礎(chǔ)在滿足地基承載力的同時(shí)，工程量消耗與樁基礎(chǔ)相比較小得多，且建設(shè)成本低，技術(shù)簡(jiǎn)單。在建筑工程施工中，相比普通的地基工程，樁基礎(chǔ)不僅施工作業(yè)量高、施工程序煩瑣，且總體工程造價(jià)高、對(duì)技術(shù)人員和施工人員的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)要求更高，對(duì)于有些工程還存在地下空間使用受限等問題。所以，在施工場(chǎng)地和地質(zhì)條件允許的條件下可采用普通基礎(chǔ)的建筑工程可能會(huì)綜合效益更高?？筛鶕?jù)建筑物的重要性、復(fù)雜程度和工程地質(zhì)條件等工程實(shí)際情況綜合考慮，依據(jù)“經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可靠”的原則，通過分析對(duì)比后確定是否采用樁基礎(chǔ)。

重型加工廠房、大型貨物倉(cāng)庫(kù)等建筑荷載較大天然地基不能滿足其承載力要求的建筑，只有樁基礎(chǔ)可以滿足地基承載力和穩(wěn)定性要求。地下水位比較高且對(duì)整體傾斜有嚴(yán)格限制或因自身沉降對(duì)相鄰建筑產(chǎn)生較大影響的工程，如大型高聳的煙囪、電視塔等可考慮采用樁基礎(chǔ)。根據(jù)我國(guó)多次的大地震后的統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，采用樁基礎(chǔ)的建筑相比其他淺基礎(chǔ)建筑在地震中受損程度較輕，由于建筑物受損或倒塌引起的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失小，主要是因?yàn)闃痘诘卣鹆ψ饔孟伦冃涡?，穩(wěn)定性更佳；處于地震帶且地質(zhì)環(huán)境，土層特殊的建筑工程應(yīng)當(dāng)使用樁基礎(chǔ)技術(shù)。軟弱土層上的重要、大型或精密機(jī)械設(shè)備等對(duì)地基變形有嚴(yán)格限制的基礎(chǔ)，使用樁基礎(chǔ)要比換土、擠石等具有更高的穩(wěn)定性和安全性，且施工工期更容易掌握。

4 樁基礎(chǔ)的施工分類及特點(diǎn)

4.1 樁基礎(chǔ)的施工分類

根據(jù)建筑施工中常用的兩種施工方法樁基礎(chǔ)分為預(yù)制樁和灌注樁。預(yù)制樁是指根據(jù)樁基礎(chǔ)的圖集，在工廠生產(chǎn)處的各種不同形狀和類型的樁，然后施工方根據(jù)設(shè)計(jì)紙質(zhì)選用購(gòu)買；或在施工現(xiàn)場(chǎng)制根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙制作澆筑的樁，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%方可起吊，待其強(qiáng)度達(dá)到100%時(shí)通過施工機(jī)械將其打入土中，即先有樁后有孔。灌注樁是指在施工現(xiàn)場(chǎng)的樁位上用機(jī)械或人工挖掘等手段在地基土中邊破碎土體邊出土渣而形成樁孔，并在孔內(nèi)放置鋼筋籠、然后灌注混凝土而做成的樁，即先有孔后有樁[2]。

4.2 預(yù)制樁的施工工藝和特點(diǎn)

預(yù)制樁的施工工藝為：平整場(chǎng)地→沉樁順序→放線定位→裝材料進(jìn)場(chǎng)→吊樁就位→沉樁→接樁→送樁或截樁。

（1）平整場(chǎng)地：清楚施工場(chǎng)地范圍內(nèi)的地上地下障礙物，保證場(chǎng)地平整壓實(shí)及供水、供電、排水，保證場(chǎng)地耐力滿足施工機(jī)械的行走要求。（2）沉樁順序：綜合考慮樁距大小、樁機(jī)性能、工程特點(diǎn)和工期要求等確定合理的沉樁順序以免影響沉樁速度和質(zhì)量。常用的沉樁順序有：由一側(cè)向單一方向打；自中間向兩個(gè)方向打；自中間向四周打；先深后淺；先大后小、先長(zhǎng)后短。（3）放線定位：打樁前收集樁位圖和承臺(tái)大樣圖，確定樁軸線圖和樁點(diǎn)位置，并打上小木樁作為樁位標(biāo)志，經(jīng)校核后涂上油漆使標(biāo)志明顯。（4）樁材料進(jìn)場(chǎng)：預(yù)制樁進(jìn)場(chǎng)應(yīng)檢查樁出廠合格證、廠家資質(zhì)等級(jí)等的相關(guān)資料是否齊全，還要檢查樁樁長(zhǎng)、樁截面、鋼筋配置、混凝土強(qiáng)度、樁尖端頭板是否空鼓等應(yīng)符合GB l3476 規(guī)定。（5）吊裝就位：在預(yù)制樁的混凝土強(qiáng)度值達(dá)到設(shè)計(jì)70%時(shí)合理確定吊點(diǎn)，強(qiáng)度值達(dá)到設(shè)計(jì)值的100%時(shí)可用壓裝機(jī)起吊樁身并將樁尖對(duì)準(zhǔn)樁位，開動(dòng)壓樁油缸將樁壓入土中。（6）沉樁：沉樁時(shí)要嚴(yán)格按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)做好每米油壓表讀數(shù)（貫入度）、入土深度、等原始記錄，插樁時(shí)一定要讓樁頭對(duì)準(zhǔn)樣樁。（7）接樁：常用接樁方法有焊接、機(jī)械連接。在接樁施工時(shí)，應(yīng)對(duì)樁帽及時(shí)清理、除銹，上、下節(jié)接樁時(shí)必須對(duì)中，保持樁身在一條軸線，接頭縫隙用薄鋼片填實(shí)。（8）送樁或截樁：若是樁頂設(shè)計(jì)位置在地面以下，則需用送裝機(jī)和打樁機(jī)共同用一根設(shè)計(jì)以外的樁將預(yù)制樁送入土中，后將這個(gè)"送"的樁收回；若樁頂高出地面一段距離為方便壓樁機(jī)移位則要截樁。

4.3 灌注樁的施工工藝和特點(diǎn)

灌注樁的施工工藝為：測(cè)量放線→埋設(shè)護(hù)筒→樁機(jī)就位→鉆孔→清孔→鋼筋骨架安放→灌注水下混凝土→樁基施工完畢，拆卸鉆機(jī)。灌注樁的施工過程詳見圖1。

圖1 鉆孔灌注樁施工程序

（1）測(cè)量放線：根據(jù)“三通一平”要求調(diào)查管線并清除場(chǎng)下障礙物，通過測(cè)量發(fā)現(xiàn)確定樁軸線和樁點(diǎn)位置并合理布置施工機(jī)械等（2）埋設(shè)護(hù)筒：護(hù)筒中心豎直線應(yīng)與樁中心線重合，坑底深度與護(hù)筒底平整護(hù)，護(hù)筒標(biāo)高偏差和豎向傾斜度應(yīng)在規(guī)定允許范圍內(nèi)。（3）樁機(jī)就位：平整穩(wěn)固樁基，保證鉆具中心和樁位中心重合，在鉆進(jìn)過程中不產(chǎn)生位移和搖晃[3]。（4）制護(hù)壁泥漿、成孔，按一定比例將水、黏土（或膨潤(rùn)土）在泥漿池、鉆孔中通過機(jī)械攪拌均勻；保持鉆機(jī)底座平穩(wěn)，開始鉆孔并保證不發(fā)生傾斜移位[4]。（5）清孔：分別用換漿方法和正循環(huán)方法在孔深達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高和安放鋼筋骨架后進(jìn)行清孔。（6）鋼筋骨架安放：居中放置鋼筋骨架，為防止安放導(dǎo)管、灌注混凝土過程中產(chǎn)生位移需采用鋼絲繩或鋼筋固定[5]。（7）采用鋼制導(dǎo)管回頂法灌注水下混凝土，導(dǎo)管接口之間采用絲扣或法蘭加墊密封圈或橡膠墊連接。

5 預(yù)制樁和灌注樁的選擇

與灌注樁相比，預(yù)制樁的材料、施工等包含在內(nèi)的綜合費(fèi)用一般情況下較低，且由于工廠預(yù)先制作且樁身的強(qiáng)度已達(dá)設(shè)計(jì)值，在場(chǎng)地條件和工程量相同的情況下預(yù)制樁的施工工期要短得多。如果在地質(zhì)條件不是很好、場(chǎng)地條件限制的區(qū)域，預(yù)制樁將需要采用引孔措施，會(huì)增加很大的工程投資，造價(jià)相對(duì)較高。預(yù)制樁和灌注樁的工程使用，主要根據(jù)施工場(chǎng)地和地質(zhì)層的狀況并結(jié)合樁各自的特點(diǎn)選用，由于預(yù)制樁自身的承載力和施工特點(diǎn)，選用時(shí)對(duì)工程師的經(jīng)驗(yàn)和或施工質(zhì)量要求較高，若在地層狀況復(fù)雜場(chǎng)地存在安全隱患，所以在綜合工程經(jīng)濟(jì)成本和質(zhì)量安全的綜合因素下對(duì)預(yù)制樁的選用和施工要更加的注意。

表1 灌注樁與預(yù)制樁對(duì)比表

6 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)論是哪種樁基礎(chǔ)，在實(shí)際應(yīng)用中均有一定的優(yōu)缺點(diǎn)。至于如何具體選擇，需要根據(jù)建筑工程的性質(zhì)、地質(zhì)情況、使用要求、工期整體控制等各個(gè)方面綜合考慮是否采用樁基礎(chǔ)，并對(duì)預(yù)制樁、灌注樁的使用進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、造價(jià)和地質(zhì)條件等多方面的綜合考量。