樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)分析

唐可　司敏

摘 要：隨著建筑數(shù)量的不斷增多，建筑規(guī)模的不斷壯大，樁基礎(chǔ)施工技術(shù)在建筑施工中得到廣泛使用，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也發(fā)揮出了不容小覷的作用。為此，詳細(xì)分析了樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)，提升建筑結(jié)構(gòu)中樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)水平，推動(dòng)建筑企業(yè)的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；樁基設(shè)計(jì)；分析

中圖分類號(hào)：U443? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）12-0004-03

0 引言

樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作為建筑工程施工的重要組成部分，既有助于提高建筑工程施工整體的穩(wěn)定性，又能為建筑工程施工提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。為此，對(duì)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)進(jìn)行深入探究十分必要。

1 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 樁型的選取方式

樁基選型是樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)內(nèi)容，也是一項(xiàng)基礎(chǔ)性設(shè)計(jì)工作。樁基選型的合理性，對(duì)基礎(chǔ)安全起到了決定性作用。樁基選型難度很大，需要考慮大量的因素，比如現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件、建筑物的特征、各類樁的施工難度以及地形等，唯有全面考慮才可以選取出最為合適的樁型。由于選取的基本標(biāo)準(zhǔn)存在差異，因此最終選型也會(huì)有很大區(qū)別。樁型選取方式有以下4種。

1.1.1 根據(jù)荷載類型進(jìn)行選取

一般荷載主要有豎向荷載、水平荷載等，這些都會(huì)直接影響樁的豎向、水平承載力，所以在選取樁型的過(guò)程中需要對(duì)此進(jìn)行充分考慮。假如承載過(guò)大，就必須對(duì)樁徑與樁長(zhǎng)進(jìn)行加大。如果單樁承載力太小，則要增加樁的數(shù)量，否則難以將地基的價(jià)值有效發(fā)揮出來(lái)。

1.1.2 根據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行選取

在工程項(xiàng)目的施工中，經(jīng)常會(huì)遇到各種各樣的地質(zhì)條件，如黏土地質(zhì)、淤泥地質(zhì)、硬土層等，對(duì)此需要根據(jù)地質(zhì)條件選擇合適的樁型。

黏土地質(zhì)比較適合使用沖孔灌注樁。淤泥地質(zhì)適合使用預(yù)制樁，一般不建議選擇灌注樁，因?yàn)槠涑尚涂煽啃暂^低，樁身質(zhì)量無(wú)法得到保障。對(duì)硬土層建議使用灌注樁。

1.1.3 根據(jù)施工條件進(jìn)行選取

在市區(qū)進(jìn)行施工，建議選擇靜壓預(yù)制樁。靜壓預(yù)制樁不會(huì)影響周邊居民的正常生活，施工周期也不長(zhǎng)。打入式預(yù)制樁通常有預(yù)應(yīng)力管樁、預(yù)制方樁兩類，前者具有較高的承載力和比較強(qiáng)的穿透力，經(jīng)濟(jì)性也比較好；后者則具有施工速度快、強(qiáng)度大等優(yōu)勢(shì)，但需要耗費(fèi)大量鋼材，使用的成本比較高。

1.2 樁型選取對(duì)樁間距的影響

樁承載力的大小直接影響著樁間距的大小，為保證樁間距設(shè)計(jì)的合理性，需要明確樁基的類型，即明確樁基是端承樁還是摩擦樁。假如是摩擦樁就需要適當(dāng)增加樁間距，因?yàn)榇祟悩缎蛯?duì)樁側(cè)土體會(huì)帶來(lái)一定影響。否則樁間距太小，可能會(huì)導(dǎo)致樁基承載力降低。端承樁則可以選取比較小的樁間距，因?yàn)槠涑休d力源于樁端，對(duì)樁側(cè)土體影響非常小，因此就不用考慮樁間土可能會(huì)出現(xiàn)沉降的情況。

1.3 樁基受力計(jì)算

1.3.1 樁基豎向承載力計(jì)算

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意方向承載力計(jì)算，分析樁基的承載力和重力。在計(jì)算豎向承載力的過(guò)程中，應(yīng)注意樁基的承載力分析，對(duì)各環(huán)節(jié)與樁基進(jìn)行綜合分析，以滿足目前樁基的設(shè)計(jì)要求。當(dāng)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)偏心豎向荷載問(wèn)題時(shí)，必須改進(jìn)現(xiàn)行樁基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以保證結(jié)構(gòu)的合理性和安全性。對(duì)建筑進(jìn)行全方位的荷載分析，開(kāi)發(fā)靈活分析和控制方法，以確保在發(fā)生地震等地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，確保建筑物的穩(wěn)定。

1.3.2 單樁豎向極限承載力計(jì)算

在樁基的各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，都要注意極限承載力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要區(qū)分樁基設(shè)計(jì)是甲級(jí)還是乙級(jí)。為確認(rèn)單樁靜載試驗(yàn)及乙級(jí)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，應(yīng)結(jié)合周邊地質(zhì)條件和工程要求等綜合情況進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)。必須嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)，確保檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性和充分性。如果樁基為丙級(jí)，在決策過(guò)程中必須按照現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)試，以便綜合分析確定各個(gè)極限端口的阻力及其承載力。

對(duì)于大直徑樁，其限端阻力可通過(guò)巖基平板載荷試驗(yàn)確定。對(duì)于巖樁，也可通過(guò)巖基荷載試驗(yàn)確定。一般來(lái)說(shuō)，樁的單邊阻力和極限阻力可以使用預(yù)測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)試和確定。在試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)建立相關(guān)的描述數(shù)據(jù)曲線的標(biāo)準(zhǔn)體系，以保證根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)確定單樁豎向極限承載力。

1.4 樁長(zhǎng)的設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，樁型與樁長(zhǎng)是兩個(gè)需要重點(diǎn)考慮的參數(shù)，這兩方面參數(shù)的合理選擇也是提高設(shè)計(jì)效果的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，通常需要綜合考慮力學(xué)性能和成本造價(jià)兩個(gè)方面的因素。

以某住宅項(xiàng)目為例，由于該項(xiàng)目的施工工期較為緊張，因此在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，建設(shè)單位的原方案中要求采用規(guī)格為D400的預(yù)應(yīng)力管樁。這類管樁的承載力為850 kN，樁長(zhǎng)則設(shè)置為16 m。

但在經(jīng)濟(jì)效益分析后，相關(guān)單位發(fā)現(xiàn)，這種樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)雖然能夠在力學(xué)條件上滿足要求，但其造價(jià)高達(dá)160元/m?，實(shí)用價(jià)值受到制約。經(jīng)過(guò)相關(guān)單位統(tǒng)一會(huì)商研究后決定，在確保樁長(zhǎng)不變的情況下，使用預(yù)制鋼筋混凝土小方樁取代上述的預(yù)應(yīng)力管樁。該方樁的規(guī)格為250 mm×250 mm，其承載力為600 kN。經(jīng)過(guò)理論計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，該方樁的造價(jià)僅為50元/m?，力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求，綜合性能更為優(yōu)異。

1.5 樁間距設(shè)計(jì)

樁間距設(shè)計(jì)也是樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，需要引起設(shè)計(jì)人員的高度重視。通常情況下，樁與樁的間距是指各個(gè)樁基中心點(diǎn)之間的距離。該距離的具體數(shù)值大小一般為樁基直徑的3～4倍。若是樁間距過(guò)小，后期施工時(shí)會(huì)增加施工難度。在施工結(jié)束后，過(guò)小的樁間距也會(huì)增加樁基的沉降量。若是間距過(guò)大，則會(huì)增加樁基下方承臺(tái)的建設(shè)體積及施工時(shí)各種建筑材料的用量，從而增加建筑基礎(chǔ)工程的施工成本。

在確定樁基最小中心距時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮樁基周?chē)寥李愋图俺蓸豆に嚒Ｈ羰遣捎梅菙D土以及部分?jǐn)D土灌注樁時(shí)，樁基總排數(shù)在不少于3排，樁基數(shù)量不少于9根。整體為摩擦型樁基時(shí)，樁與樁之間的最小中心距不得小于3倍樁基直徑，其他情況下樁基中心距不得小于2.5倍樁基直徑。

若是采用擠土灌注樁，且樁基穿越的為非飽和土，則樁基總排數(shù)在不少于3排，樁基數(shù)量不少于9根。整體為摩擦型樁基時(shí)，樁基中心距不得小于3.5倍樁基直徑，其他情況下不得小于3.5倍樁基直徑。

若是穿過(guò)的土體為飽和土，則當(dāng)樁基整體采取上述平面布置形式時(shí)，樁基中心距不得小于4倍樁基直徑，其他情況下不得小于3.5倍樁基直徑。若是選擇擠土預(yù)制樁，則無(wú)論采取任意樁基平面布置形式，樁與樁之間的中心距都不得小于3倍樁基直徑[1]。

2 樁基礎(chǔ)施工要點(diǎn)

2.1 認(rèn)真籌備前期的工作

在樁基施工前，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，做好技術(shù)準(zhǔn)備和資源準(zhǔn)備，保證施工步驟的順利實(shí)施。地質(zhì)與地形勘查是野外考察的重點(diǎn)，對(duì)施工場(chǎng)地周?chē)臍庀髼l件和巖層的硬度進(jìn)行觀測(cè)和記錄，檢測(cè)周?chē)w的峰頂及地下水位的水量與水質(zhì)。室內(nèi)照明及周邊環(huán)境的污染情況也是實(shí)地考察的重點(diǎn)。

在制訂施工方案前，一切細(xì)節(jié)都要加以考慮，所以要實(shí)地考察要覆蓋房子的所有細(xì)節(jié)。在技術(shù)準(zhǔn)備上，應(yīng)事先制定好樁基計(jì)劃、施工工藝次序和所需的設(shè)備。

2.2 預(yù)制樁施工技術(shù)

預(yù)制樁施工技術(shù)在建筑工程樁基礎(chǔ)施工中起到至關(guān)重要的作用。若想保證預(yù)制樁施工的效果，施工人員必須事先確定打樁的順序，并結(jié)合實(shí)際施工需求選擇適合的預(yù)制樁施工技術(shù)。例如，常見(jiàn)的射水沉樁施工技術(shù)，適用于沙土層地質(zhì)條件，能大幅度提高建筑工程樁基礎(chǔ)施工的質(zhì)量。實(shí)際施工中，技術(shù)人員還需要提前規(guī)劃施工范圍、樁基數(shù)量等，做好接樁施工安排，并全面檢查樁體結(jié)構(gòu)的頂部情況。一旦發(fā)現(xiàn)頂部損傷的情況，應(yīng)立即指派專門(mén)的工作人員進(jìn)行修復(fù)處理，并做好清理工作。面對(duì)預(yù)制樁結(jié)構(gòu)變形的問(wèn)題，應(yīng)第一時(shí)間對(duì)其進(jìn)行處理并開(kāi)展二次檢查工作，確保所有數(shù)據(jù)參數(shù)達(dá)到相應(yīng)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)后，再將其投入施工現(xiàn)場(chǎng)，以免產(chǎn)生不必要的質(zhì)量問(wèn)題。

2.3 靜力樁施工技術(shù)

靜力樁施工技術(shù)是十分常見(jiàn)的樁基礎(chǔ)施工技術(shù)。靜力樁施工技術(shù)主要可以分成以下5個(gè)步驟。

2.3.1 樁機(jī)就位

在正式進(jìn)行施工之前，工作人員應(yīng)對(duì)壓樁機(jī)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，確認(rèn)無(wú)誤后按照施工方案的要求，使壓樁機(jī)到達(dá)預(yù)定位置，并確保樁機(jī)夾持鉗口中心（可掛中心線陀）與地面上的樣樁對(duì)準(zhǔn)。在確認(rèn)壓樁機(jī)位置無(wú)誤后，將長(zhǎng)步履（長(zhǎng)船）落地受力，從而為靜力樁后續(xù)施工打下基礎(chǔ)。

2.3.2 起吊、搬運(yùn)樁體

在壓樁機(jī)基本就位以后，將提前準(zhǔn)備好的樁體結(jié)構(gòu)吊運(yùn)到施工位置，在確定樁體本身沒(méi)有質(zhì)量問(wèn)題的情況下，確保起吊點(diǎn)的準(zhǔn)確性和合理性，避免起吊點(diǎn)不合理導(dǎo)致樁體脫落等問(wèn)題。

2.3.3 穩(wěn)樁

穩(wěn)樁是靜力樁施工過(guò)程中比較重要的步驟，主要是對(duì)吊運(yùn)到樁位上的管樁結(jié)構(gòu)進(jìn)行臨時(shí)固定。在此過(guò)程中應(yīng)確保樁體位置始終保持不變，利用壓樁機(jī)將預(yù)制樁插入樁位，調(diào)整樁體垂直度使樁體保持豎直。到達(dá)預(yù)計(jì)位置后，對(duì)每一條樁的十字樁尖進(jìn)行焊接，從而確保樁體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.3.4 壓樁

樁體準(zhǔn)確無(wú)誤地到達(dá)樁位以后，應(yīng)秉持著連續(xù)性原則進(jìn)行施工，同一樁體的壓樁間隔時(shí)間不應(yīng)超過(guò)30 min。安排專門(mén)的工作人員，負(fù)責(zé)對(duì)樁體入土深度和壓力表讀數(shù)等進(jìn)行記錄，在壓力表顯示異常的情況下，第一時(shí)間停止施工。

根據(jù)地質(zhì)資料確認(rèn)是否存在巖層無(wú)法穿過(guò)、樁體是否折斷等，在沒(méi)有問(wèn)題的情況下，可適當(dāng)調(diào)整壓樁速度，一般以1～2 m/min為宜。

2.3.5 接樁與送樁

將樁體打入特定深度以后，可以利用焊接技術(shù)進(jìn)行接樁施工。在正式焊接施工前，對(duì)兩端接口位置存在的雜質(zhì)進(jìn)行處理，待其徹底干燥以后進(jìn)行后續(xù)施工。保證上下樁體垂直對(duì)齊，在位置沒(méi)有偏差的情況下利用電焊條打底。在此基礎(chǔ)上利用焊條滿焊，控制好焊縫的形狀和位置，避免出現(xiàn)樁體焊接部位變形的問(wèn)題。

焊接結(jié)束3 min左右可以開(kāi)始加壓，避免焊縫處溫度過(guò)高導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變形和脆裂問(wèn)題。在送樁的過(guò)程中，應(yīng)對(duì)送樁桿的中心線位置進(jìn)行檢查，使之與樁的中心線重合，避免送樁軌跡偏差導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題[2]。

2.4 鉆孔灌注樁施工技術(shù)

由于打樁設(shè)備的重力相當(dāng)大，為了提高與打樁機(jī)械直接接觸的地基表面的支撐力，在現(xiàn)場(chǎng)土壤平整時(shí)必須鋪上相應(yīng)厚度的砂土，防止地表不均勻沉降，從而影響引孔施工的垂直。一般情況下，履帶打樁設(shè)備的基礎(chǔ)承載力為100～130 kPa。如果地面石塊的鋪設(shè)情況不能滿足要求，可以采用加鋪步路上的石板來(lái)減輕土體的壓力。

采取鉆孔灌注樁方式時(shí)，必須充分考慮到下水道和泥漿溝。若采用的是鉆孔灌注樁的硬地基，要在樁基礎(chǔ)上鋪設(shè)泥漿池、溝槽、下水道等。在土位處開(kāi)挖成樁后，要井然有序地排除泥土，并進(jìn)行文明施工，從而極大地提高工程效益。在地基沉降施工中，地面平整技術(shù)如同預(yù)制式打入樁一樣，管道下沉?xí)r，需要進(jìn)行錘擊和振動(dòng)，所以樁機(jī)對(duì)地基的承載力也有一定的影響。

3 結(jié)束語(yǔ)

樁基是建筑結(jié)構(gòu)中不可或缺的重要組成部分，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，建筑結(jié)構(gòu)也必然會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，輕則影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，重則可能導(dǎo)致不均勻沉降、傾斜、塌陷等安全事故。所以，必須要對(duì)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)的研究高度重視。

參考文獻(xiàn)

[1] 何建翰.建筑工程地基基礎(chǔ)及樁基礎(chǔ)施工技術(shù)[J].中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)，2021（12）：91-92.

[2] 楊華寶.建筑結(jié)構(gòu)中樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案探析[J].建材與裝飾， 2019（24）：67-68.

收稿日期：2023-09-05

作者簡(jiǎn)介：唐可（1977—），男，湖北武漢人，碩士研究生，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師、高級(jí)工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。