房屋建筑施工中樁基施工關(guān)鍵技術(shù)及管理分析

程周炳，唐 敏，閆艷艷，史立冉

（中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）校園規(guī)劃與基建處，湖北 武漢）

引言

在房屋建筑工程建設(shè)過程中，受地質(zhì)條件限制，樁基礎(chǔ)應(yīng)用越來越多，因此，開展此類工程樁基施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)分析和管理評價具有重要意義[1-2]。目前，不少學(xué)者開展了相近研究，如王晨玉等[3]、林楠[4]探討了樁基施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)；陳晨[5]分析了樁基施工過程中的質(zhì)量管理措施；陸海峰[6]闡述了樁基質(zhì)量檢測過程中的常見問題；上述研究雖取得了相應(yīng)成果，但限于項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)條件差異，仍有必要結(jié)合具體工程實(shí)際開展針對性分析。綜合上述，該文結(jié)合工程實(shí)際，先開展樁基施工的關(guān)鍵技術(shù)分析，并通過低應(yīng)變法和靜載試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)成樁質(zhì)量管理，以期為類似工程積累經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

擬建工程為房屋建筑住宅，其用地面積為5 275 m2，地上設(shè)計(jì)24 層，地下設(shè)計(jì)1 層；擬建建筑基坑具多邊形不規(guī)則狀（見圖1），面積約4 160 m2，開挖深度為6.4 m，屬深基坑。

圖1 基坑平面形態(tài)

由勘察報(bào)告，項(xiàng)目區(qū)地層由上至下位：填土層，雜色，巖性多為建筑垃圾，結(jié)構(gòu)松散，厚度介于0.4 m～1.3 m；粉質(zhì)黏土層，灰黑色，可塑，局部軟塑，均勻性較好，夾雜少量礫石，厚度介于9.4 m～15.8 m；砂層，細(xì)砂～中砂、灰黃色，濕、飽和，稍密～中密，厚度介于2.6 m～4.5 m；卵石層，雜色、磨圓度較好，稍濕～濕，中密。

結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，擬建建筑北側(cè)、東側(cè)均有既有道路，最小凈距13.22 m～15.07 m；東側(cè)、南側(cè)均近接既有建筑，屬房屋住宅，層數(shù)為4 層～6 層，基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)。因此，擬建建筑周邊的既有建、構(gòu)筑物較為復(fù)雜。

2 樁基施工關(guān)鍵技術(shù)

由于擬建建筑基礎(chǔ)范圍內(nèi)地層的工程性質(zhì)相對較差，且上部建筑荷載相對較大，因此，將擬建建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為樁基礎(chǔ)。

2.1 樁基設(shè)計(jì)

結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件，將樁基礎(chǔ)形式設(shè)計(jì)為鉆孔灌注樁，且基礎(chǔ)設(shè)計(jì)信息如下：

2.1.1 設(shè)計(jì)概況

（1） 樁長設(shè)計(jì)為30 m～40 m，持力層選擇中密卵石層，入持力層深度不少于兩倍樁徑。

（2） 通過機(jī)械成孔，采用泥漿護(hù)壁，樁底沉渣厚度不大于5 cm。

（3） 成孔出渣方式采用反循環(huán)。

（4） 成樁過程中的垂直度不大于1.0%，且充盈系數(shù)不小于1.0。

（5） 鋼筋籠主筋采用22 mm 直徑鋼筋，箍筋為螺旋槳，直徑設(shè)計(jì)為12 mm，保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)為60 mm。

（6） 樁身混凝土采用C35 等級，坍落度范圍介于175 mm～200 mm。

2.1.2 設(shè)計(jì)要求

（1） 單樁樁徑設(shè)計(jì)為1.2 m，承載力設(shè)計(jì)為7 800 kN，成樁過程采用跳樁施工，盡可能較少施工對周邊既有建構(gòu)筑物的影響。

（2） 成樁過程中的泥漿比重不應(yīng)大于1.25，含砂率不能大于0.08。

（3） 樁徑誤差范圍為5 cm，主筋中心距誤差不應(yīng)大于1 cm，主筋搭接采用雙面焊接，焊接長度不少于15 倍鋼筋直徑。

2.2 施工關(guān)鍵技術(shù)分析

結(jié)合工程實(shí)際，將樁基施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)分析如下：

2.2.1 選擇合理的鉆孔設(shè)備

鉆孔灌注樁施工過程中，主要用到循環(huán)機(jī)、旋挖機(jī)，兩者現(xiàn)場分配比例相當(dāng)重要；結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，將循環(huán)機(jī)與旋挖機(jī)的比例設(shè)置為1:3。

2.2.2 保持孔壁穩(wěn)定

在成孔過程中，土體可能會出現(xiàn)塌孔，為切實(shí)保證其穩(wěn)定，提出通過膨潤土泥漿進(jìn)行護(hù)壁，并適當(dāng)加入聚丙烯酰胺，以保證泥漿合理性；同時，在初期應(yīng)用過程中，通過循環(huán)利用適時調(diào)解泥漿性能。

2.2.3 減小沉渣厚度

一般來說，樁底沉渣厚度越少越好，因此，提出利用氣舉反循環(huán)清除沉渣，其空壓機(jī)風(fēng)量設(shè)置為9 m3/min，且風(fēng)量宜先小后大。在工程試驗(yàn)過程中，若發(fā)現(xiàn)沉渣厚度過大，應(yīng)對沉渣進(jìn)行再次清理，切不可因?yàn)橘M(fèi)時而置之不理。

2.2.4 施工過程控制

樁身混凝土配合比宜由實(shí)驗(yàn)室調(diào)配，并嚴(yán)格控制其坍落度；在澆筑過程中，應(yīng)保持澆筑過程的連續(xù)性，尤其是導(dǎo)管應(yīng)埋入混凝土以下1.8 m～3.5 m。同時，施工過程還應(yīng)嚴(yán)格注重安全管理，如現(xiàn)場工人必須佩戴安全帽，操作過程必須滿足規(guī)范要求。

3 樁基管理分析

在樁基施工過程中，重點(diǎn)開展成樁質(zhì)量管理，因此，該節(jié)提出利用低應(yīng)變法[7]和靜載試驗(yàn)[8]進(jìn)行成樁質(zhì)量分析。

3.1 成樁質(zhì)量管理方法

3.1.1 低應(yīng)變法

低應(yīng)變法能有效忽略樁的橫向慣性，能不顧及阻力變化，因此，將其一維波動方程表示為：

式中：t 為時間變量（s）；μ為位移變量（cm）；c 為速度變量（cm/s）。

通過現(xiàn)場試驗(yàn)及參數(shù)收集，可將缺陷位置的計(jì)算公式表示為：

式中：L 為缺陷位置參數(shù)（cm）；△T 為時間差參數(shù)（s）；△f 為頻差參數(shù)（Hz）。

3.1.2 靜載試驗(yàn)

（1） 試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)過程采用四根錨樁建立試驗(yàn)平臺基礎(chǔ)，再利用槽鋼、工字鋼等拼接平臺；為保證足夠的反壓力，在樁位置處設(shè)置3 臺液壓千斤頂。

為保證平臺穩(wěn)定，需于樁頂布設(shè)加強(qiáng)筋，且在樁身周邊設(shè)置相應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變測試原件。

（2） 加載和卸載

加載過程實(shí)行分級加載，并將加載量設(shè)置為最大荷載的1/10，但卸載量應(yīng)控制在加載量的兩倍。

3.2 成樁質(zhì)量檢測結(jié)果分析

3.2.1 低應(yīng)變法檢測結(jié)果

在本次工程實(shí)例中，總計(jì)選擇了52 根樁進(jìn)行了低應(yīng)變檢測，其中，絕大部分樁均具較好的質(zhì)量，僅對質(zhì)量相對較差的樁進(jìn)行示例性分析，即選擇16#樁、38#樁進(jìn)行分析，得此兩樁的低應(yīng)變試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 16#樁、38#樁的低應(yīng)變試驗(yàn)結(jié)果

據(jù)圖2，將兩樁結(jié)果分析如下：

（1） 16#樁

樁長35 m，試驗(yàn)波速設(shè)計(jì)為4 000 m/s，在0.0 m～3.2 m 范圍內(nèi)，波速具有較大反射波動，即先出現(xiàn)正向頻率波動，后又出現(xiàn)負(fù)向頻率波動，因此，判斷此范圍內(nèi)可能存在一定缺陷，主要可能是縮徑、空洞等，不過考慮到此范圍離地表較近，形成成因較多，建議對此段進(jìn)行加固處理；同時，在樁底處的波速略有波動，判斷其具有一定沉渣，但其厚度相對較薄，推測滿足規(guī)范要求。

綜合上述，判斷16#樁的樁身完整性為Ⅱ類。

（2） 38#樁

樁長35 m，試驗(yàn)波速設(shè)計(jì)為4 000 m/s，在3.8 m～8.7 m 范圍內(nèi)，波速具有較大反射波動，即先出現(xiàn)負(fù)向頻率波動，后又出現(xiàn)正向頻率波動，因此，判斷此范圍內(nèi)可能存在一定缺陷，主要可能是縮徑、空洞等，建議可采取注漿加固，若后續(xù)承載力試驗(yàn)滿足要求可繼續(xù)使用；同時，在樁底處的波速無波動特征，判斷其沉渣極薄，推測滿足規(guī)范要求。

綜合上述，判斷38#樁的樁身完整性為Ⅱ類。

3.2.2 靜載試驗(yàn)結(jié)果

在本實(shí)例中，共計(jì)選擇36 根樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，其中，以低應(yīng)變檢測完好的5#、12#樁及處理后的16#樁、38#樁進(jìn)行示例性分析，其靜載試驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1 可知，4 根樁的試驗(yàn)特征值介于7 925 kN～8 608 kN，均大于單樁設(shè)計(jì)值7 800 kN，即滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 5#樁、16#樁及38#樁的靜載試驗(yàn)結(jié)果

值得指出的是，5#樁和12#樁的試驗(yàn)特征值分別為8 469 kN 和8 608 kN，16#樁和38#樁的試驗(yàn)特征值分別為7 961 kN 和7 925 kN，以5#樁和12#樁的試驗(yàn)特征值明顯更大，說明對缺陷樁的處理是有效的，但其始終不如質(zhì)量完整的樁身承載力，因此，控制成樁質(zhì)量顯得格外重要。

4 結(jié)論

通過房屋建筑施工中樁基施工關(guān)鍵技術(shù)及管理分析，結(jié)論主要如下：由于項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)條件相對較差，樁基礎(chǔ)具有較強(qiáng)的適用性，且其施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：選擇合理的鉆孔設(shè)備、保持孔壁穩(wěn)定、減小沉渣厚度及施工過程控制；同時，低應(yīng)變法能有效檢測樁基完整性，并經(jīng)靜載試驗(yàn)，各類試驗(yàn)樁承載力均滿足設(shè)計(jì)要求，說明成樁過程的管理是有效的。