高層建筑地基基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)土建施工技術(shù)研究

李冀東

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊(duì)，陜西 西安 710003)

當(dāng)前，土地資源緊張問題越發(fā)突出，大量高層建筑拔地而起。為保證高層建筑的穩(wěn)定性和安全性，提高基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量十分必要。對(duì)于高層建筑工程來說，地基基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)土建施工技術(shù)的有效應(yīng)用，將成為影響工程整體質(zhì)量的關(guān)鍵性因素。為此，相關(guān)工作人員需要深入研究高層建筑地基基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)土建施工技術(shù)，為推動(dòng)技術(shù)合理應(yīng)用做好充足準(zhǔn)備。

1 地基基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)概述

高層建筑物埋于地下的部分，可以被稱為基礎(chǔ)，而地基則是用于承受基礎(chǔ)荷載的土層，通常來說基礎(chǔ)以下的第一層和第二層土層分別為持力層與下臥層。在建筑工程當(dāng)中，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工至關(guān)重要，將成為影響建筑安全和穩(wěn)定的關(guān)鍵性因素。從實(shí)際應(yīng)用角度來看，高層建筑地基基礎(chǔ)有人工地基和天然地基之分，前者深度普遍大于后者。

高層建筑的樁基礎(chǔ)是一種人工基礎(chǔ)形式。這種特殊的地基基礎(chǔ)的埋深較大，主要由承臺(tái)與基樁組合而成，可穿越軟弱的高壓縮土層，具有較高承載力和廣泛適用性，可以實(shí)現(xiàn)建筑物下的土層維穩(wěn)和提高建筑物安全性、穩(wěn)定性。樁基礎(chǔ)類型眾多，可從承載形狀、成樁方法和樁徑大小等角度分類。對(duì)于高層建筑而言，基礎(chǔ)土層的承載力和強(qiáng)度不符合實(shí)際要求時(shí)，可以通過建設(shè)樁基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)地基的穩(wěn)固。

2 高層建筑基礎(chǔ)工程施工特點(diǎn)與難點(diǎn)

2.1 施工特點(diǎn)

高層建筑地基基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)施工具有復(fù)雜性、多發(fā)性和潛在性的特點(diǎn)。從實(shí)踐角度來看，不同地區(qū)的地質(zhì)條件存在明顯差異，這使得高層建筑基礎(chǔ)工程的施工條件具有較高的復(fù)雜性。在施工環(huán)節(jié)相關(guān)工作人員不僅需要考慮施工技術(shù)、成本和規(guī)范等問題，還需要關(guān)注人文、地質(zhì)、水域以及氣候條件等多種影響因素[1]。高層建筑地基基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)施工的多發(fā)性主要表現(xiàn)在質(zhì)量安全事故多發(fā)方面由于基礎(chǔ)工程施工難度大，影響因素多，十分容易出現(xiàn)施工安全事故，不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失還可能引發(fā)人員傷亡。此外，高層建筑地基基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)土建施工，還有著許多潛在危險(xiǎn)因素，它們是引發(fā)施工事故或?qū)е陆ㄖこ淌┕ぐ踩韵陆档淖锟準(zhǔn)住Ｔ谑┕み^程中，如果無法有效應(yīng)用地基基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)施工技術(shù)，就難以保障施工質(zhì)量和安全。

2.2 施工難點(diǎn)

對(duì)于高層建筑來說，基礎(chǔ)工程的穩(wěn)定性、安全性和高效性將直接影響工程進(jìn)度與工程質(zhì)量，高層建筑地基基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)土建施工技術(shù)應(yīng)用效果越好，越有利于保障建筑可用性。但是，從實(shí)踐角度來看，高層建筑地基基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)施工的專業(yè)性要求高，復(fù)雜性強(qiáng)，且施工難度相對(duì)較大，技術(shù)難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先，地質(zhì)條件影響大。高層建筑地基基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)施工需要在自然地基的基礎(chǔ)上進(jìn)行操作，施工區(qū)域的地質(zhì)條件和自然人文條件都會(huì)對(duì)建筑基礎(chǔ)施工產(chǎn)生影響，而且這種影響大多是不可避免的。受地質(zhì)條件影響，高層建筑地基基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)的施工難度將會(huì)大增。

其次，地下水影響大。在高層建筑基礎(chǔ)施工工程中，穿越水分充足的土層或直接穿越地下水層都十分常見，此類型特殊環(huán)境也會(huì)對(duì)高層建筑地基基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量造成極大影響。如果，高層建筑施工環(huán)節(jié)需要深入到含水量較高的地下土層，則必須強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)工程施工的穩(wěn)定性和防水性，否則會(huì)使建筑物失穩(wěn)甚至倒塌。

最后，樁體影響大。在高層建筑地基基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)施工過程中，樁體本身的質(zhì)量和性能也將成為影響施工質(zhì)量的重要因素，而控制樁身質(zhì)量則成為此類型施工的難點(diǎn)之一。在實(shí)踐中，樁的類型、參數(shù)、尺寸選用不合理或質(zhì)量性能不達(dá)標(biāo)，都會(huì)導(dǎo)致高層建筑物整體施工質(zhì)量下降[2]。

3 高層建筑地基基礎(chǔ)施工的技術(shù)類型與質(zhì)量控制

3.1 地基基礎(chǔ)施工技術(shù)

高層建筑地基基礎(chǔ)施工的主要目的，是提高基礎(chǔ)土層的穩(wěn)定性，為建筑物打造堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)固且安全的地基，所以，在施工環(huán)節(jié)不僅需要調(diào)整土質(zhì)，提升強(qiáng)度，更需要全面增強(qiáng)地基性能。在實(shí)踐工作當(dāng)中，較為常用的高層建筑地基基礎(chǔ)土建施工技術(shù)如下。

3.1.1 換填施工

部分高層建筑所在區(qū)域的自然地基存在水分過多、土層松散、地質(zhì)軟且穩(wěn)定性差等問題，無法滿足高層建筑的基礎(chǔ)工程施工需要，更難以承載地上建筑帶來的壓力。為此，高層建筑地基基礎(chǔ)施工人員可以通過換填施工的方式，改變土壤的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、性能以及強(qiáng)度，增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性和承載力。施工時(shí)，相關(guān)工作人員需根據(jù)實(shí)際需要，移除性能不佳的土料，換填自然土料或人工復(fù)合土料，從根本上改變地基基礎(chǔ)的土層性能和結(jié)構(gòu)，讓地基穩(wěn)固性得到提升。

3.1.2 碾壓夯實(shí)

面對(duì)土層軟弱、地基結(jié)構(gòu)密度小的施工區(qū)時(shí)，高層建筑地基基礎(chǔ)施工人員可以通過碾壓夯實(shí)技術(shù)，增強(qiáng)地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性。在這一過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)該先完成地基排水，并確定基層土質(zhì)，然后利用強(qiáng)夯機(jī)械夯實(shí)土層結(jié)構(gòu)，在這一過程中還應(yīng)該嚴(yán)格控制沉降量，從而保證地基基礎(chǔ)的強(qiáng)度與承載力能夠符合施工要求。此時(shí)，施工人員可以通過施工模擬，確定最佳夯實(shí)次數(shù)和頻率，為切實(shí)提升土層凝固程度，增加土層密度做好充足準(zhǔn)備[3]。

3.1.3 土壤固結(jié)

在高層建筑地基基礎(chǔ)施工環(huán)節(jié)，若土層含水量過高，則容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)松散、穩(wěn)定性不強(qiáng)和承載力不佳的問題。若刨除含水量過高的問題，土層本身的結(jié)構(gòu)與性能符合實(shí)際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，則高層建筑地基基礎(chǔ)施工人員可以選擇采取排水固結(jié)的方式，增強(qiáng)地基可靠性。此時(shí)，只需有效排水，就可以讓土壤自動(dòng)固結(jié)，從而使其強(qiáng)度、承載力和硬度等性能都得到提升。

3.1.4 化學(xué)處理

上述高層建筑地基基礎(chǔ)施工技術(shù)，都是通過物理手段增強(qiáng)地基基礎(chǔ)強(qiáng)度和硬度，除此之外相關(guān)工作人員還可以采用化學(xué)方法處理土層，達(dá)到加固目的。比如，在土層中加入水泥漿、堿液、丙烯酸銨等化學(xué)物質(zhì)，基于加入物與土壤的化學(xué)反應(yīng)達(dá)到黏結(jié)加固效果。這種方法在改良包含膨脹土的地基基礎(chǔ)時(shí)十分常用。

3.2 施工技術(shù)應(yīng)用管理

在開展高層建筑地基基礎(chǔ)施工時(shí)，稍有不慎就會(huì)出現(xiàn)地基塌方、進(jìn)水、沉降等問題，更容易出現(xiàn)安全事故。為了避免這些施工問題，相關(guān)工作人員必須強(qiáng)調(diào)施工技術(shù)應(yīng)用管理，從技術(shù)落實(shí)的角度出發(fā)，為切實(shí)增強(qiáng)地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性、施工安全性和高層建筑穩(wěn)固性做好準(zhǔn)備。在此環(huán)節(jié)，相關(guān)工作人員應(yīng)該重視塌方管理，強(qiáng)調(diào)地基保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)施工管理，比如，重視施工前的勘查與測(cè)量工作，盡可能避免設(shè)計(jì)與施工誤差；加強(qiáng)地基防排水施工，避免地下水、雨水或地表水進(jìn)入地基基礎(chǔ)，干擾正常施工；嚴(yán)格把控施工方案、施工材料以及設(shè)備質(zhì)量，強(qiáng)化施工規(guī)范性管理，強(qiáng)調(diào)各工序銜接和施工驗(yàn)收監(jiān)理。

4 高層建筑樁基礎(chǔ)施工的技術(shù)類型與質(zhì)量控制

4.1 樁基礎(chǔ)施工技術(shù)

4.1.1 鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁技術(shù)的應(yīng)用范圍較廣，被廣泛應(yīng)用在樁基礎(chǔ)工程當(dāng)中。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，需要先以人工或機(jī)械施工完成鉆孔，然后內(nèi)置鋼筋孔并灌注混凝土成樁，此類型樁基礎(chǔ)有著較高的穩(wěn)定性、硬度和強(qiáng)度。對(duì)于高層建筑工程來說，若地基工程土質(zhì)復(fù)雜或碎石、砂土過多，則可優(yōu)先選用鉆孔灌注樁技術(shù)加固地基。需要注意的是，開展鉆孔灌注樁施工時(shí)必須強(qiáng)調(diào)泥漿護(hù)壁和泥漿處理，以免造成塌方或環(huán)境污染。

4.1.2 預(yù)制樁

預(yù)制樁技術(shù)也被稱為預(yù)壘水泥土樁技術(shù)，主要應(yīng)用在淤泥、黏性土、人工填土、淤泥質(zhì)土和粉土地基處理當(dāng)中。應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，相關(guān)工作人員既可以在工廠定制混凝土預(yù)制樁，也可以基于鋼模板現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制[4]。在實(shí)踐工作當(dāng)中，以預(yù)制樁工藝開展高層建筑樁基礎(chǔ)施工，需要經(jīng)過依次實(shí)現(xiàn)打樁機(jī)就位、預(yù)制樁起吊、預(yù)制樁垂直入土（誤差小于0.5%）、打樁、接樁、送樁、驗(yàn)收和打樁機(jī)移動(dòng)。通常來說，預(yù)制混凝土樁的邊長(zhǎng)大約為150mm～300mm，接樁時(shí)大多采用焊接方式施工。

4.1.3 靜力壓樁

這種技術(shù)的原理，是基于樁架自身的重力以及其配重所形成的反力，將樁身壓入土層，從而達(dá)到改良土層結(jié)構(gòu)，優(yōu)化基礎(chǔ)性能的目的。在靜力壓樁施工過程中，施工區(qū)域的自然土層結(jié)構(gòu)將會(huì)被破壞，所以，為了避免塌方施工，必須一鼓作氣盡量一次完成。從實(shí)際應(yīng)用角度來看，靜力壓樁技術(shù)的施工成本低，污染小且不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成過多干擾，所以深受施工方青睞。

4.2 施工技術(shù)應(yīng)用管理

雖然高層建筑樁基礎(chǔ)施工的技術(shù)類型眾多，且技術(shù)原理各不相同，但樁基礎(chǔ)施工技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量的影響因素大多集中在施工材料、施工人員和現(xiàn)場(chǎng)管理三方面。因此，為有效提升高層建筑樁基礎(chǔ)施工技術(shù)應(yīng)用有效性，相關(guān)工作人員也應(yīng)該從這幾方面著手，強(qiáng)調(diào)施工技術(shù)應(yīng)用管理：①重視施工準(zhǔn)備管理，強(qiáng)調(diào)施工設(shè)備、材料性能檢驗(yàn)和施工方案審查；②關(guān)注樁基礎(chǔ)連接部位施工質(zhì)量，保證其堅(jiān)固性和穩(wěn)定性，確保樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有整體性；③加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理，保證施工操作規(guī)范性與施工安全性，確保施工工序安排科學(xué)且銜接合理。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高層建筑地基基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)施工的復(fù)雜性高且難度大，必須基于專業(yè)技術(shù)開展針對(duì)性施工。在實(shí)踐工作中，高層建筑基礎(chǔ)工程施工人員必須明確地基基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)的關(guān)系，掌握相關(guān)施工技術(shù)要點(diǎn)，并確保地基基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)施工土建施工技術(shù)可以得到有效落實(shí)，進(jìn)而為提高高層建筑基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量和建筑整體穩(wěn)定性、安全性提供保障。