淺析高層建筑基礎(chǔ)加固工程施工技術(shù)

陜艷娟 任亞莉 張文麗

（1.山西一建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000；2.山西一建集團(tuán)有限公司第一工程公司，山西 臨汾 041000）

在城市高樓林立的時(shí)代，基礎(chǔ)工程的可靠性成為確保城市建筑穩(wěn)定和安全的核心[1]。本文將研究重點(diǎn)聚焦于城市高層建筑的基礎(chǔ)加固工程中，采用先進(jìn)的鉆孔灌注樁技術(shù)，旨在提升基礎(chǔ)的抗震性和穩(wěn)定性[2]，并通過深入設(shè)計(jì)和施工過程的探討，努力為城市建設(shè)提供一套可行的、先進(jìn)的基礎(chǔ)工程解決方案。這項(xiàng)研究不僅旨在應(yīng)對(duì)城市中心地帶復(fù)雜的地質(zhì)條件，更為追求城市高層建筑的可持續(xù)發(fā)展提供關(guān)鍵支持[3]。因此，通過對(duì)城市高層建筑基礎(chǔ)加固工程的研究[4]，為城市發(fā)展創(chuàng)造出更為安全、穩(wěn)定的建筑環(huán)境。

1 工程案例

1.1 工程概況

本工程為某商業(yè)辦公樓基礎(chǔ)加固項(xiàng)目，擬建建筑總高度130m，地上33層，地下3層，建筑結(jié)構(gòu)采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，由于地下水位較高和土質(zhì)松軟等原因，該建筑出現(xiàn)微小沉降，為保障其長期穩(wěn)定性，本工程對(duì)建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進(jìn)行加固。并且對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行地質(zhì)勘探，揭示了地下土層特性和水位分布，根據(jù)勘探結(jié)果，擬采用鉆孔灌注樁技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)加固，有效提高本項(xiàng)目基礎(chǔ)的承載能力和抗震性能。此外，該基礎(chǔ)加固施工過程中，對(duì)灌注樁的尺寸、深度和間距進(jìn)行了嚴(yán)格把控，最大限度提高了施工精度和安全性，從而保證該基礎(chǔ)加固工程的施工質(zhì)量。

1.2 工程設(shè)計(jì)

本工程進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)勘測(cè)和工程設(shè)計(jì)，根據(jù)承載需求和地質(zhì)條件設(shè)計(jì)要求，確定了樁的直徑為600mm，部分為800mm，單樁長18m～22m。結(jié)合地下水位、土壤類型和建筑結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，見表1，從而確保障了樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力。

表1 地質(zhì)條件和水文條件

本工程建筑總高度130m，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需同時(shí)考慮垂直荷載、水平荷載和地震荷載作用，由于建筑高度和風(fēng)荷載增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，所以本工程在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和變形控制。此外，鉆孔灌注樁還需要綜合考慮樁的承載能力、抗拔能力、抗彎矩能力等因素，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要確保樁基礎(chǔ)與建筑體系協(xié)同工作，以此實(shí)現(xiàn)整體穩(wěn)定的目的。

2 施工過程

2.1 放線測(cè)量環(huán)節(jié)

放線測(cè)量施工在高層建筑基礎(chǔ)加固工程中起著至關(guān)重要的作用，直接影響到整個(gè)工程的精度和施工的成敗。本工程對(duì)地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面分析，進(jìn)而確定了適宜的地面標(biāo)記點(diǎn)，這些點(diǎn)涵蓋了本建筑的主要角點(diǎn)和其他結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定標(biāo)記物，從而確保了放線測(cè)量的準(zhǔn)確性和精準(zhǔn)度。本工程使用全站儀和GPS等先進(jìn)的高精度測(cè)量設(shè)備對(duì)所選標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行了詳盡的測(cè)量和定位工作，保證了每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的精準(zhǔn)度，為整個(gè)基礎(chǔ)加固工程提供了可靠的參考坐標(biāo)。在布線計(jì)劃制定過程中，還綜合考慮了建筑特性和地質(zhì)條件，以確保施工的精確性和效率，放線測(cè)量的每一步驟都受到了項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)的嚴(yán)格監(jiān)控，從而確保了整個(gè)布線布局的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，這種精確和系統(tǒng)的方法，不僅提高了施工效率，還確保了整個(gè)基礎(chǔ)加固工程的順利進(jìn)行。此外，通過這些周密的準(zhǔn)備和精確的執(zhí)行，本工程確保了高層建筑基礎(chǔ)的加固工作達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，為保障建筑的長期穩(wěn)定性和安全性奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 機(jī)械鉆孔環(huán)節(jié)

在本基礎(chǔ)加固工程中，機(jī)械鉆孔施工作為關(guān)鍵且復(fù)雜的環(huán)節(jié)之一，承擔(dān)著工程質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要責(zé)任。先對(duì)鉆孔工作進(jìn)行了全面規(guī)劃與協(xié)調(diào)，以確保施工進(jìn)度的有序進(jìn)行，并嚴(yán)格監(jiān)控施工質(zhì)量，保證每個(gè)鉆孔的尺寸和位置嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)要求，并為保障工地的安全，管理人員時(shí)刻監(jiān)督工地的安全狀況，采取適當(dāng)措施預(yù)防潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，機(jī)械鉆孔工作與整個(gè)工程的其他階段密切協(xié)作，保障了工程順利進(jìn)行。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員在施工前仔細(xì)檢查鉆孔設(shè)備，確保現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備均處于良好的工作狀態(tài)，并根據(jù)本工程制定的安全操作規(guī)范，施工人員均佩戴了個(gè)人防護(hù)設(shè)備，以確保施工過程中的人員安全，之后通過施工人員熟練操作旋挖鉆機(jī)，確保鉆孔的直徑和深度精準(zhǔn)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。此外，施工過程中使用先進(jìn)儀器實(shí)時(shí)監(jiān)控鉆孔的進(jìn)度和質(zhì)量，確保鉆孔過程中無異常情況發(fā)生。

2.3 驗(yàn)孔、清孔施工

鉆孔施工完成后，對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)孔工作，孔徑和孔深均滿足設(shè)計(jì)要求，孔身傾斜度為0.8%L（L為樁長）。驗(yàn)孔完成后，立即對(duì)孔底通水進(jìn)行置換清理工作，清孔時(shí)長為8h，施工期間保證孔內(nèi)水頭高度一致，清孔完成后，利用泥漿桶提取距離孔底500mm處的泥漿進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為：相對(duì)密度1.04，含砂率1.6%，膠體率99%，沉渣厚度500mm，則檢測(cè)結(jié)構(gòu)均滿足設(shè)計(jì)要求。該施工環(huán)節(jié)的關(guān)鍵在于是否徹底清除鉆孔中的泥漿、巖屑和其他雜質(zhì)，這一步驟要求精確控制清孔的深度和角度，以保證孔底雜質(zhì)被完全清理。隨后，對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行細(xì)致檢查，確保其干凈和整潔，從而為工程后續(xù)灌漿施工奠定基礎(chǔ)。

2.4 加筋籠的吊裝施工

在加筋籠吊裝施工階段，首先準(zhǔn)備并檢驗(yàn)所需材料，包括高標(biāo)準(zhǔn)鋼筋和連接件，加筋籠的設(shè)計(jì)由專業(yè)設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，綜合考慮了樁的直徑、深度以及預(yù)期荷載，制定了詳細(xì)的加筋籠設(shè)計(jì)方案。施工前，對(duì)樁孔進(jìn)行清理，確保了樁底的平整性，之后進(jìn)行加筋籠的組裝，確保鋼筋的正確布置和間距，保證了結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)固性，組裝完成后，利用起重設(shè)備將加筋籠精準(zhǔn)吊裝至樁孔內(nèi)。同時(shí)，進(jìn)行必要的調(diào)整，以確保加筋籠的垂直度和正確位置，隨后按層逐步沉入樁孔，確保加筋籠與樁壁之間的間隙均勻一致。此外，樁孔口的最終處理，包括填充和密封，旨在保護(hù)樁體內(nèi)部免受外部環(huán)境影響，這一系列精密的施工步驟，加強(qiáng)了加筋籠的安裝牢固性，從而顯著提升了樁體的整體承載能力和抗震性能。

2.5 灌漿施工

加筋籠安裝完畢后，隨即進(jìn)行灌漿施工，以確保樁孔內(nèi)部混凝土與周圍土壤緊密結(jié)合，灌漿的準(zhǔn)備工作涉及高強(qiáng)度混凝土漿液和灌漿設(shè)備的精心準(zhǔn)備。在灌漿前對(duì)清孔和加筋籠的工作進(jìn)行細(xì)致檢查，以確保樁體內(nèi)部狀態(tài)符合施工要求。隨后，利用灌漿泵將事先配制好的高強(qiáng)度混凝土漿液注入清理過的孔內(nèi)和加筋籠內(nèi)，在整個(gè)灌漿過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)灌漿的流速和流量，確保漿液均勻地填充整個(gè)孔道。灌漿完成后，對(duì)灌漿部位進(jìn)行了嚴(yán)格檢查，包括檢驗(yàn)灌漿口和孔道的狀況，確保漿液填充均勻且無氣泡或空洞。此外，特別關(guān)注孔口的密封，以防止?jié){液外溢，通過這一步驟的操作保證了高強(qiáng)度混凝土充分滲透到樁體內(nèi)部，為整個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)提供了牢固的支撐。因此，通過最后的灌漿工作，成功地完成了本工程整個(gè)樁基的施工，有效提升了樁的承載能力，確保了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

3 工程成果分析

3.1 樁基礎(chǔ)承載能力分析

本工程采用靜載試驗(yàn)和高應(yīng)變法對(duì)加固完成的樁基礎(chǔ)的承載能力進(jìn)行評(píng)估。靜載試驗(yàn)是通過在樁頂施加軸向壓力，觀察樁的監(jiān)測(cè)點(diǎn)下降隨時(shí)間的變化，根據(jù)荷載-位移曲線來檢驗(yàn)承載力；高應(yīng)變法是通過重錘敲擊樁端，使樁身向下產(chǎn)生相對(duì)位移，應(yīng)力波在傳播過程中引起樁基礎(chǔ)四周土阻力與樁端阻力的一種動(dòng)力測(cè)試方法，可以檢測(cè)樁基礎(chǔ)的豎向抗壓承載力和樁身完整性。本工程抽取10根基礎(chǔ)樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，最大加荷7800kN，采用逐級(jí)加載方式，結(jié)果顯示最大沉降為34.605mm，回彈量為23.342mm，殘余沉降為11.263mm；抽取20根基礎(chǔ)樁進(jìn)行高應(yīng)變法測(cè)試，高應(yīng)變錘重達(dá)3t，垂直落距0.6m和1.2m，自由落錘，抽檢結(jié)果顯示，樁基礎(chǔ)的極限承載力為6840kN，符合設(shè)計(jì)要求，且樁身的完整性良好。

3.2 抗震性能分析

在設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行了深入的地質(zhì)勘探，全面分析了工程區(qū)域的地質(zhì)特性，采用了適應(yīng)性強(qiáng)的地震設(shè)計(jì)響應(yīng)譜，并考慮了區(qū)域的實(shí)際地震危險(xiǎn)性，抗震設(shè)防烈度8 度。本工程所采用的抗震設(shè)計(jì)滿足并超過了建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求，提高了結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，達(dá)到1.5 以上。在材料選擇上，本工程優(yōu)先使用了高強(qiáng)度（達(dá)到C40）和高韌性的抗震材料，有效減少地震引起的潛在損傷。施工前，利用ANSYS 軟件對(duì)工程進(jìn)行了抗震性能仿真實(shí)驗(yàn)，設(shè)置的場(chǎng)地土重度為1.8g/cm3，內(nèi)聚力為0.6MPa，內(nèi)摩擦角為30°，并通過構(gòu)建三維有限元模型進(jìn)行模擬計(jì)算，確保結(jié)構(gòu)在預(yù)期地震作用下的穩(wěn)定性和安全性。這些精確的計(jì)算和模擬結(jié)果確保了本工程的抗震設(shè)計(jì)滿足安全標(biāo)準(zhǔn)要求，為結(jié)構(gòu)在地震中的穩(wěn)定性提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。

3.3 地基沉降監(jiān)測(cè)分析

為確保建筑物的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)安全，本工程在設(shè)計(jì)階段通過地質(zhì)勘探了解了土壤特性，并預(yù)測(cè)了可能出現(xiàn)的地基沉降情況?？碧浇Y(jié)果顯示，預(yù)期地基沉降率為每年最多5mm，基于此數(shù)據(jù)，工程團(tuán)隊(duì)制定了針對(duì)性的地基處理方案。在施工前，選擇了多個(gè)關(guān)鍵地點(diǎn)安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備，包括沉降儀、水準(zhǔn)儀和測(cè)斜儀，從而實(shí)時(shí)監(jiān)控地基沉降和變形情況。通過測(cè)量沉降速率，發(fā)現(xiàn)最大沉降速率為3mm/年，低于預(yù)期值，表明地基穩(wěn)定性良好。監(jiān)測(cè)人員還分析了不同測(cè)點(diǎn)的空間分布數(shù)據(jù)，以全面了解土壤沉降的整體趨勢(shì)，通過這些精確的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，本工程成功確保了建筑的安全，有效預(yù)防了潛在的結(jié)構(gòu)問題。

4 工程技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)點(diǎn)

在本工程中，采用了先進(jìn)的鉆孔灌注樁技術(shù)，顯著提升了樁的施工效率和質(zhì)量。工程還整合了智能化施工設(shè)備，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控振搗設(shè)備和無人機(jī)巡檢系統(tǒng)，以增強(qiáng)施工安全性和效率，通過實(shí)施實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用傳感器和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，可以進(jìn)一步對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行即時(shí)監(jiān)控，及時(shí)識(shí)別并解決問題。此外，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，對(duì)施工過程進(jìn)行深度分析，從而有效提出優(yōu)化建議，本工程選用了環(huán)保建筑材料以減少對(duì)環(huán)境的影響，遵循可持續(xù)發(fā)展原則，采用模塊化施工方法，提高了施工組織性和效益。同時(shí)，引入水資源循環(huán)利用系統(tǒng)以降低水資源消耗。為保證施工質(zhì)量，本工程實(shí)施了ISO 質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)，并建立了完善的質(zhì)量管理體系，工程前期進(jìn)行了全員質(zhì)量培訓(xùn)，并通過專業(yè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)對(duì)工程人員進(jìn)行培訓(xùn)，以提升團(tuán)隊(duì)的質(zhì)量意識(shí)和專業(yè)技能。

5 結(jié)語

面對(duì)地質(zhì)復(fù)雜和結(jié)構(gòu)加固的挑戰(zhàn)，本工程通過全面規(guī)劃和創(chuàng)新實(shí)施，成功加固了基礎(chǔ)并顯著提升了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，運(yùn)用先進(jìn)的鉆孔灌注樁技術(shù)，在復(fù)雜地質(zhì)條件下取得了良好的抗震性能，為相似工程提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。項(xiàng)目還采用了高效的檢測(cè)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析，結(jié)合智能施工和模塊化方法，有效提高了施工效率和質(zhì)量管理水平，為未來項(xiàng)目的成功實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。