桩基施工技术在工业及民用建筑中的应用

　　工民建（工业与民用建筑）桩基施工技术是一项十分复杂的技术，当天然地基上的浅层地基沉降量过大或地基的承载力不能满足设计要求时，往往采用桩基础。
　　桩基础由基桩和联接于桩顶的承台共同组成。若桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基；若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基。建筑桩基通常为低承台桩基础。高层建筑中，桩基础应用广泛。
　　桩基是一种古老的基础型式。桩工技术经历了几千年的发展过程。无论是桩基材料和桩类型，或者是桩工机械和施工方法都有了巨大的发展，已经形成了现代化基础工程体系。在某些情况下，采用桩基可以大量减少施工现场工作量和材料的消耗。

　　一、桩基的特点
　　（1）桩支承于坚硬的（基岩、密实的卵砾石层）或较硬的（硬塑黏性土、中密砂等）持力层，具有很强的竖向单桩承载力或群桩承载力，足以承担高层建筑的全部竖向荷载（包括偏心荷载）。
　　（2）桩基具有很大的竖向单桩刚度（端承桩）或群刚度（摩擦桩），在自重或相邻荷载影响下，不产生过大的不均匀沉降，并确保建筑物的倾斜不超过允许范围。
　　（3）凭借巨大的单桩侧向刚度（大直径桩）或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力，抵御由风和地震引起的水平荷载与力矩荷载，保证高层建筑的抗倾覆稳定性。
　　（4）桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震造成浅部土层液化与震陷的情况下，桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力，从而确保高层建筑的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。常用的桩型主要有预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻（冲）孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、钢管桩等，其适用条件和要求在《建筑桩基技术规范》中均有规定。

　　二、桩基的分类
　　按照基础的受力原理大致可分为摩擦桩和端承桩。摩擦桩：系利用地层与基桩的摩擦力来承载构造物并可分为压力桩及拉力桩，大致用于地层无坚硬之承载层或承载层较深。
　　端承桩：系使基桩坐落于承载层上（岩盘上）使可以承载构造物。按照施工方式可分为预制桩和灌注桩。
　　预制桩：通过打桩机将预制的钢筋混凝土桩打入地下。优点是材料省，强度高，适用于较高要求的建筑，缺点是施工难度高，受机械数量限制施工时间长。
　　灌注桩：灌注桩是先在施工场地上通过钻孔、挖孔、冲孔等方法冲出一定深度的孔，然后将钢筋放入钻孔中，浇灌混凝土，降低了施工难度，提高了施工安全性能，节省了机械施工数量，缩短了施工时间。广场桩基施工，要求较低，工期较短，一般选用成孔灌注桩进行施工。

　　三、工程概况
　　某广场4号楼地下1层，地上16层，建筑面积为36786.18平方米，建筑高度为51.3米。地质条件复杂，地层大致分为回填土层（层厚1.6～4.9米）、黏土层（层厚0.3～1.8米）、砂砾层（层厚0.5～4.2米），局部夹有卵石（层厚6.3～9.8米），卵石直径最大可达90毫米。根据本广场的地质条件，采用回旋钻机成孔，浇筑钢筋混凝土的施工工艺。设计桩身直径为900毫米，有效桩的长度为22米，桩数共计248根，要求灌注桩施工的偏差为：桩长偏差控制在100毫米内，桩的直径偏差在50毫米内，垂直度误差小于桩长的1%，桩位放样误差控制在20毫米，回旋钻机就位误差控制在20毫米，成桩后的位置偏差控制在100毫米。

　　四、桩基施工方案　
　　施工工序。平整场地→挖排水沟→定桩位→钻机对位、校垂直→开钻出土→清孔→检查垂直度及虚土情况→放钢筋骨架→浇混凝土。
　　施工准备。施工前使用挖掘机、推土机、压路机平整施工场地，然后进行放线测绘，准确标出需要钻孔的位置，然后挖排水沟，方便钻孔排水。严格把握进场料的质量，并做好进场水泥存放工作，检查到场设备能否正常运行，发现不能维修的设备及时维修或更换。
　　定桩位。采用全站仪确定所有桩位平面位置，高程基准点由建设方提供，然后用水准仪测定各桩孔的井口标高，并在钻机上挂牌记录。
　　钻机对位、校垂直。在技术人员指导下，钻机按测绘标定位置摆平放稳，然后细心调试，确保钻头垂直对准桩位。
　　埋设护筒。护筒的作用主要是保持孔口稳定和定位，如在陆地上钻孔，护筒周围一定要夯实，如在水上钻孔，护筒下沉应有导向装置，严防护筒倾斜、漏水、变形。施工中一般采用挖坑法埋设。开挖前用十字交叉法将桩中心引至开挖区外，作4个标记点，保持到成孔后，埋设护筒时再将中心引回，使护筒中心与桩中心重合。护筒周围土回填的好坏，对冲击钻孔非常重要，对于土质较差的孔口，可以在护筒下部灌30厘米的C20级混凝土，上部用红黏土夯填密实，以防冲击成孔时护筒底部塌孔。
　　护筒是用4～8毫米厚钢板制成的圆筒，其内径应大于钻头直径100毫米，其上部宜开设1～2个溢浆孔。护筒的作用是固定桩孔位置，防止地面水流入，保护孔口，增高桩孔内水压力，防止塌孔和成孔时引导钻头方向。埋设护筒时，先挖去桩孔处表土，将护筒埋土中，保证其准确、稳定。护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50毫米，护筒与坑壁之间用黏土填实，以防漏水。筒的埋设深度，在黏土中不宜小于1.0米，在砂土中不宜小于1.5米。护筒顶面应高于地面0.4～0.6米，并应保持孔内泥浆面高出地下水位1米以上，在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位1.5米以上。
　　泥浆池。按照施工要求，开挖泥浆沉淀池和循环池，然后配置泥浆，泥浆选用塑性系数大于15的黏土，直径小于0.05毫米的泥浆颗粒的含量控制的50%以上。
　　钻孔施工。造浆、开孔。往护筒内填制浆黏土约0.5米，分别往护筒和泥浆池内注足水。开动钻机，使冲击钻头上下运动，将护筒黏土冲成泥浆，启动泥浆泵，循环泥浆，直至护筒内与泥浆池内泥浆浓度一致。开始正循环钻进，钻进时勤观察孔内浮出的钻碴，在石质地层中，如果从孔口浮出的钻碴粒径在5～8毫米，表明泥浆浓度合适,如果浮出的钻碴粒径小又少，表明泥浆浓度不够，需往孔内添加黏土。加黏土时要停开泥浆泵,形成泥浆后再开泥浆泵。正循环钻进至泵吸反循环系统可以正常工作的时候开始反循环钻进。当潜水砂石泵潜入孔内泥浆后，若孔壁比较稳定，停止正循环钻进,泥浆循环约2分钟后停泵，解除排碴胶管与泥浆泵的连接,启动泵吸反循环系统，开动钻机，进行反循环钻进。钻进过程中,操作者要随着进尺快慢及时放主钢丝绳,放绳时应使钢丝绳在每次冲击过程中始终处于拉紧状态,既不能少放，也不能多放。放少了，钻头落不到孔底,打空锤，此时冲击梁上的缓冲弹簧在一次冲击中响两声，不仅不能获得进尺，反而会对钻机和钢丝绳造成极大的损害;放多了，钻头落到孔底后处于自由状态，可能向孔壁倾斜撞击孔壁,造成扩孔，再提升时，钻头突然受力,在这种突然的冲击作用下提升装置会降低寿命甚至损坏。当排碴弯头下降到离孔口1米时，需要接换排碴管。此时，钻机停止冲击，泥浆继续循环约1～3分钟,待排碴管内钻碴排完后，停泵,拆除弯头与排碴管的联接螺栓,提升弯头至一定高度，将要接换的排碴管下端与原排碴管联接，上端与弯头联接。反循环钻进时应及时补水，始终保持孔内水位高于地下水位或河水位2米左右。冲击反循环钻进应针对不同的地层采用不同的泥浆比重，以保持孔壁的稳定。砂卵石地层泥浆比重为1.2左右，岩石层泥浆比重为1.05～1.15。砂样的提取。提取砂样的目的是随时掌握地质的变化情况。一般每钻进0.5米提取砂样一次,从出碴口捞取砂样用清水冲洗干净，每次提取量为100克，编号保存，以便成孔时交接；勤检查钻机、钻头是否偏移，防止出现斜孔。
　　清孔。当钻孔的孔径、孔深、垂直度达到标准后进行清孔作业，为满足清孔的要求，需要进行两次清孔作业，第一次清孔是检测孔内排出泥浆的含砂率小于2%，泥浆的中的颗粒小于2毫米，泥浆的黏度符合标准。第二次清孔，改变导管的位置，清孔完毕后检测孔底砂浆的厚度是否满足要求，如果在设计范围内则清孔完毕。
　　检查垂直度及虚土情况。清孔后用检孔器测量孔径、垂直度和虚土情况，监理工程师检验合格后，即可进行钢筋笼的吊装工作。
　　安放钢筋笼。采用四点平吊法吊起钢笼，为防止起吊过程中钢笼变形，应在钢笼骨架内侧每间隔2米设一道加强箍，骨架外侧每隔2米设混凝土保护层。吊放钢笼时应使钢笼保持垂直，对准孔口徐徐放入孔中，严禁下方钢笼过程中钢笼左右摇摆碰壁，当下放遇到阻碍时，应立刻停止下放，查明原因后再重新下放。
　　浇混凝土。首先对混凝土进行配比，按照设计要求选择P.O42.5的硅酸盐水泥，并检查其初凝时间是否合格；骨料选择当地石料厂生产的骨料，要求细骨料的模数在2.0～3.0，检测粗骨料不同直径范围的比例和骨料的含水量，确定粉煤灰和外添加剂、水的用量。计算混凝土的试配强度，确定水灰比，并根据现场情况确定添加剂的用量，计算出胶凝材料、水泥、减水剂、砂石的用量。最后试验得出表1和表2，得出水胶比为0.45时试件的抗压强度最高，符合设计要求。
　　混凝土浇注常用导管法，导管法浇混凝土时，先将安装好的导管吊入桩孔内，导管顶部高于泥浆面3～4米，导管底部距桩孔底部0.3～0.5米（桩径小于600毫米时可适当加大导管底部孔底距离）。导管内设隔水栓，用细钢丝悬吊在导管下口，隔水栓可采用预制混凝土块（四周加橡皮封圈）、橡胶球胆或软木球。浇注时，先在导管内灌入足够量的混凝土，保证导管一次埋入混凝土面以下0.8米以上，然后剪断悬吊隔水栓的钢丝，混凝土在自重压力作用下，随隔水栓冲出导管下口，由于混凝土比重较泥浆大，则混凝土下沉，泥浆沿导管外上浮，使导管底部埋入混凝土内。然后连续浇筑混凝土，边浇注、边拔管、边拆除上部导管。拔管过程应保证导管埋在混凝土内2～6米，连续浇注，直到桩顶为止。当水下混凝土强度达到2.5MPa时可以拆除护筒，之后检查混凝土的抗压强度、中心孔位置、孔径、倾斜度、钢筋骨架底标高是否满足设计要求。

　　五、注浆施工控制要点
　　方案审查。当施工中采用后注浆技术时，应要求施工单位，除了要编制钻孔灌注桩施工方案外，还要编制注浆技术的专项施工方案，提供各种注浆参数。注浆技术是一种复杂的施工技术，不同的施工单位，因其人员的技术水平、机械设备及土的类别、土的饱和度、地层岩土性状、桩的长度等因素不同，选择的参数不尽相同。因此，我们要依靠掌握的施工技术知识、实际经验、相关资料和有关规范、标准，对方案选取的参数进行认真审查。重点审查方案的合理性、技术组织措施的具体性与全面性、国家强制性标准要求的符合性。对于后注浆技术关键是正确制作注浆头，既要使其在浇灌桩身混凝土时不使注浆孔堵塞，又要使其在成桩后能用清水顺利开塞，严格埋设好注浆管，选择合适的注浆泵，配制合适的注浆水灰比，确定合理的注浆量和注浆压力，并控制好注浆节奏。
　　施工过程检查与控制。首先，钻孔控制。依据《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202—2002、《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008的相关要求进行控制，重点控制孔深、孔径和垂直度，同时及时了解孔内情况，是否有塌孔、漏水等现象，以便在后注浆施工时采取相应的技术措施。
　　其次，控制注浆管制作、注浆设备等。对用于注浆的高压注浆泵、拌料机等设备必须进行检查。高压注浆泵的工作参数要满足方案要求；在使用前对高压注浆泵及管线的密封性必须进行试运行；对注浆管，要检查注浆头的长度、出浆孔径、孔距是否符合方案要求；安设注浆管时，要检查注浆管与钢筋笼连接是否可靠、牢固；注浆头是否用合适的橡胶膜等封闭包裹；注浆管各节连接是否牢固、密封，注浆管上端是否有良好的封堵，以防止杂物进入堵塞注浆管等。
　　再其次，控制注浆。在正式开始注浆施工前，必须要求施工单位进行试注浆，并将试注浆记录和最终经试验确定的设计工艺参数提交。在正式施工前首先检查水泥，核实水泥浆的水灰比，掺外加剂的检查外加剂的掺量。检查高压注浆泵的压力表、阀门、管线完好状况。注浆开始记录注浆压力。注浆一般以注入水泥量为主控因素，现场人员要记录每次水泥的用量。保证水泥的注入量达到要求。如果注浆量等主要参数达不到设计要求，必须根据工程具体情况采取相应措施。

　　六、桩基检测监控
　　桩施工完成后，应按规定频率进行取芯、无侧限抗压强度、单桩及复合地基承载力试验。对检测发现的问题，如未穿透软土层、部分断灰、喷灰不均匀、强度不足等，应严格进行加密、补桩等处理。取芯时，取芯位置应选择在桩径的1/4处，而不应取在桩中心处，因粉喷桩桩体中心部位为钻杆占据，成桩后强度较低，易造成桩体强度偏小的假象，不能真实反映桩体质量；钻孔取芯时要注意保持钻机平衡，避免因钻杆倾斜而造成斜孔，并严格控制钻速及下降速度，边钻进边测量钻杆的垂直度，避免取芯失败；取芯长度应比桩长长0．5米左右，以检验桩底沉渣和原状土性状。在粉喷桩检测方法中，应以取芯为主，使用此方法可以直观地掌握整个桩体的完整性、搅拌的均匀程度、桩体垂直度、桩长、是否达到持力层、含灰量的多少等，并通过芯样的试验数据来检验桩体的强度。桩基检测的关键是全过程旁站，尤其在后来的桩基检测中，应要求施工单位将所有桩体的芯样完整保留，采取率应该达到95％以上，避免弄虚作假，并选择性地采取试样送试验室进行各项指标的鉴定。
　　工民建桩基施工技术是一项复杂的施工技术，施工质量是否达标关系建筑工程地基稳定性，因此需要施工现场施工质量的控制，由于施工过程使用重型机械设备，还需要注意施工安全问题。桩基工程是对整个项目工程质量要求最为严格的施工部位，同时安全系数最为模糊的地方，笔者希望通过对实际工程案例的数据总结，深入专题研究，能够保证工程的质量，确保人们的财产安全。