三种深基础的施工应用与研究

三种深基础的施工应用与研究

李海鹰1丛龙杰2

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1.烟台正海磁性材料股份有限公司；2.烟台正海置业有限公司

摘要：随着我国国民经济水平的不断提高，国家加大了对基础设施工程的建设，尤其是岩土工程领域的开发和利用。在岩土工程领域，以桩基础为代表的深基础施工技术应用日渐广泛。本文就是在对深基础介绍的基础上，着重分析了桩基础发展特点及解决难点，并且以人工挖孔桩、沉管灌注桩、冲孔灌注桩桩基础为例进行了应用分析。

关键词：深基础；施工；应用；研究

当前，随着我国人口城市化进程和人口数量增速加大，为满足人们生活、生产、居住等需求，建筑业逐渐向着地上高空方向与地下空间发展，这为深基础施工技术的产生和发展奠定了基础前提。同时，随着国民经济水平日益提高，城市发展规划中高层建筑规模和数量日趋增加，这为深基础施工技术的快速发展提供了主要动力。

一、深基础发展进程

深基础的产生历史悠久，其以桩基础为典型代表。最早时期，人们采用木桩作为桩基础的主要组成，常用于湖泊、沼泽或洪积地区。至十九世纪末，随着水泥、混凝土及钢筋等材料的产生，制桩材料以钢筋混凝土为主，其主要应用于桥梁工程、房屋建筑工程等领域。而深基础的发展起源于上世纪中后期，其产生与发展离不开社会经济的快速发展，基建规模和场地环境日趋扩大和复杂。目前，我国桩基础用量约5000万根左右，居世界首位。

桩基础之所以被广泛应用于工程领域，这是由于其具有独特的特性，主要表现有[1]：首先，桩基础外观形状可根据工程设计要求进行各式各样改变，不再像木桩一样局限于一个形状；其次，在刚度、强度等力学特性方面，钢筋混凝土桩显著优于木桩，其载荷承受能力及耐久性方面也同样优越；第三，以H型钢或钢管柱等为材料的桩基础，其既可以采取闭口打入，也可以采取开口打入，同时其制作可以采取现场预制，或就地灌注等施工方法，施工工序明显简化。

尽管以桩基础为代表的深基础施工技术日渐完善，但是其当前仍然面临诸多难点问题，并且成为了深基础研究的热点问题，主要表现有：（1）随着施工机械设备日渐优化，桩基础施工方法或工艺也各式各样，诸如钻孔法、振入法、挖孔法、压入法等，但是由于新桩型与新工艺技术的不断发展，其受环境、社会效益、经济因素等影响显著，如何选取较为适宜的施工工艺已成为该领域的热点问题；（2）受桩基础施工地质日趋复杂影响，选择何种桩端持力层合理，桩身质量如何保障，单桩承载力如何通过桩身截面积和桩端改变保持等都已经成为了该领域研究的热点；（3）由于深基础施工对周边地质、地下水位、噪声等环境影响显著，使得深基础施工与环境影响和相关环境保护技术关联性研究日趋增多，其也成为当前该领域研究的一大难题。

二、深基础总述

（一）深基础概述

常见的深基础类型有：桩基础，墩基础，沉井基础，沉箱基础和地下连续墙等[2]。其中以桩基础最为典型，桩基础通常指的是以承台以及支撑着这个承台的桩组成的基础。较其他深基础类型，桩基础在施工质量与效率、施工成本低等优势。在桩基础中一个主要形式就是钢筋混凝土灌注桩，下面进行着重分析。

（二）钢筋混凝土灌注桩的优缺点及适用范围

（1）钢筋混凝土灌注桩具有的独特优点主要有：可利用较大的桩径，且其桩柱在长度方面较为灵活，其可适用于较为广泛的地层面；较其他桩，钢筋混凝土灌注桩施工成本低、噪声污染小、环境破坏低以及施工更加灵活方便；钢筋混凝土灌注桩具有较为优越的抗震性能，其单个桩柱的载荷承受力较高，并且其成孔过程中，对施工区域地质可进一步核实，有利于桩径和桩长的确定。尽管如此，钢筋混凝土灌注桩同样具有其劣势，主要有：钢筋混凝土灌注桩施工现场交叉作业多，不便于预制装配式施工；钢筋混凝土灌注桩一旦制成，其质量检测较为困难；目前钢筋混凝土灌注桩施工在一些关键技术方面仍存在着不足之处。

（2）钢筋混凝土灌注桩的适用范围，主要有：当结构物对不均匀沉降较为敏感或地基计算沉降量偏大时，一般选用钢筋混凝土灌注桩；当施工区域地基上层土层软弱、地基具有较深的持力层、载荷承受力过大等时，一般选用钢筋混凝土灌注桩；在地震频发区域，抗震要求远大于地基浅基础承受能力时，一般选用钢筋混凝土灌注桩；施工区域具有较高的地下水位，其他深基础施工不适宜情况下，一般选用钢筋混凝土灌注桩。

（三）影响深基础方案选择与确定因素分析

深基础方案选择与确定影响因素诸多，具体主要表现为[3]：

（1）工程地质条件对深基础方案选择与确定的影响。工程地质条件决定了桩基础施工方案与方法，诸如工程所在区域地下水位、桩端持力层深度以及其他相关条件等影响着工程深基础设计要求。不同地质条件，深基础类型不同，例如在黄土层、黏土层、碎石夹层以及卵石层中常选用冲孔灌注桩；而人工挖孔灌注桩则常用于地下水位少、黄土层和黏土层含量少的地质区域。

（2）施工因素与施工工期对深基础方案选择与确定的影响。不同季节，不同区域深基础施工影响因素不同，而桩基础施工通常遵循“浅、简、短”原则，即桩基础在条件允许前提下，尽可能浅埋；桩基础施工方法或技术月简便越好；桩基础施工速度越快越好，工期越短收效越快。

（3）桩基础与上层结构类型的匹配性对深基础方案选择与确定的影响。深基础方案的选择与确定应充分考虑不同结构型式与不同载荷所传力特征，例如在框架—剪力墙结构中，若其载荷承受能力愈高，则采用吨位较大的桩基础进行匹配。

（4）基础工程的造价对深基础方案选择与确定的影响。基础工程造价在工程总造价中的比例较高，实现工程总造价的降低一个重要组成就降低基础工程造价。在工程设计阶段应充分考虑基础造价，选择具有较好地质区域，地基载荷承受力强，则可以有效的减少桩基础的数量。此外，应对桩基础施工过程中成本控制进行考虑，在确保桩基础质量前提下，尽可能减少其他施工成本。

（5）基础工程的安全性对深基础方案选择与确定的影响。基础工程具有一定隐蔽性，其质量问题的出现较难被发现和处理。当前，基础工程质量安全问题已成为影响工程整体质量安全的重要组成。因此，在对深基础方案选择与确定时，应充分考虑基础工程的安全性。

（6）对环境影响对深基础方案选择与确定的影响。深基础影响环境主要包括两方面，一方面深基础施工过程中对周边地质地基影响显著，例如深基础施工对周边地下水位不均匀沉降影响显著；另一方面，深基础施工对周边产生了一定的噪声污染、震动影响以及建筑垃圾等。

（四）桩基础方案的布置原则

桩基础方案的布置应遵循一定的原则，即平面布置原则和桩端插入持力层的最小深度原则。其中，平面布置原则主要要求各桩桩顶受力均匀、一柱一桩原则、尽量避免采用端承桩和摩擦桩等；桩端插入持力层的最小深度原则主要要求尽量选择岩层或较硬上层作为桩端持力层、桩端嵌入岩层深度大于0.5米等。

三、应用实践分析

主要以人工挖孔桩、沉管灌注桩、冲孔灌注桩三种桩基础应用实践为例进行分析，具体有[4]：

（一）人工挖孔桩施工应用分析

人工挖孔桩施工前应平整施工场地，将施工设备、水、电、临时设施等准备齐全后开始施工，具体施工流程如图1所示：

图1人工挖孔桩施工流程图

其中，放线定位应结合施工图纸对桩孔坐标进行定位，待建设单位、监理单位和施工单位检验合格后进行木桩定位；砌筑地表面上的保护壁施工主要是防止地表水渗入井内、防止杂物落入孔中以及便于第一节混凝土护壁施工等，通常其直径在1200mm，且混凝土厚度偏差在620mm以内，同时使用潜水泵对深井进行降水处理；土方开挖主要是采用分段开挖方式，挖孔以人工用铁锹或镐逐层开挖为主，挖土次序先中间后两边，按设计桩直径加两倍护壁厚度控制截面，允许误差在30mm以内；挖土和护壁交替进行，待挖土至持力层后暂停挖掘，将底部修成扩底形，并测量孔深度，后用高于设计标号的混凝土封底；安放钢筋笼，确保钢筋笼要设计要求进行制作，安装过程中慢吊慢放，确保钢筋笼中心与桩孔中心吻合，同时确保各垫块是否满足施工要求；灌注桩身混凝土通常选用C30混凝土，灌装过程中应边灌边搅拌。

（二）沉管灌注桩施工应用分析

沉管灌注桩施工前应平整施工场地，将施工设备、水、电、临时设施等准备齐全后开始施工，具体施工流程如图2所示：

图2沉管灌注桩施工流程图

其中，测量、放线和定位应确保桩位准确，控制偏差低于610mm；桩机就位，对准桩位，放入桩管，压入土中；使用专业水准仪对桩架垂直度进行校正，控制偏差低于1%；使用专业振动装置实施沉管振动，并控制速度在2.5m/min左右，待其达到设计标高后，停止振动；按设计图纸制作钢笼，并将其吊放入设计位置，进行混凝土浇筑；振动边拔管，继续浇注混凝土直至桩顶设计标高。

（三）冲孔灌注桩施工应用分析

冲孔灌注桩施工前先进行护筒埋设施工，避免出现塌孔问题。冲孔灌注桩部采用正循环，设备安装就位后应精心调平，并支撑牢固。冲击钻进施工时，确保冲锥钢丝绳中心与钢护筒中心一致，偏差小于20mm。完成泥浆护壁与循环施工后，按设计图纸制作钢笼，并将其吊放入设计位置。确保孔径、孔位及孔深合格后，对其开始清孔作业，通常采用循环清孔法。混凝土灌注以水下混凝土灌注为主，灌注水下混凝土是施工中的重要工序，必须经过成孔质量检测和清孔检测合格后，方可进行灌注工作。

四、小结

总而言之，深基础施工已成为当前高层建筑工程施工中一个重要组成部分，其技术方法的发展对高层建筑行业的发展具有关键作用。通过对人工挖孔桩、沉管灌注桩和冲孔灌注桩桩基工程的施工应用分析得出，国内深基础桩基施工正处于全面发展阶段，随着其技术的不断优化和完善，其将具有较为光明的前景。

参考文献：

[1]《建筑桩基础技术规范》（JGJ94-94），北京，中国计划出版社，1998

[2]宋占海贾建东宋东编著《建筑结构基本原理》（第二版），中国建筑工业出版社，2006年

[3]葛煚，官正国，三种深基础的施工应用分析探讨[J].工程技术，137

[4]郑楷，三种深基础的施工应用与研究[D].吉林大学硕士毕业生论文，2005.11