高层建筑冲孔灌注桩基础设计

代忠辉（210922199303172713）

近年来我国城市快速发展使得可用城市土地越来越少，而城市人口的不断增加，使得原本不多的人均土地变得更少。为了缓解城市人口增加带来的人均土地减少，市政部门一方面扩大城市面积，将原有近郊开发，提高城市土地面积。另一方面积极进行老城区改造，通过高层建筑的建设将土地使用率提高。在进行高层建筑时冲孔灌注桩是高层建筑桩基工程中使用比较广泛的一种桩型。高层建筑物，因其对地基和基础的承载能力和变形（竖向下沉及水平位移）的要求较高，大直径、深长或嵌岩灌注桩往往成为高层建筑地基处理的主选方案。

一、我国高层建筑冲孔灌注桩应用现状分析

在高层建筑、旧城改造的桩基础中，冲孔灌注桩以其低噪音、对周围环境影响较小、无挤土效应等特点被广泛应用。传统的冲（钻）孔灌注桩的施工工艺在成孔中，为避免塌孔必须采用泥浆护壁，但由于泥浆护壁所形成的泥皮影响了桩侧摩阻力的发挥；同时由于施工工艺上的原因，孔底沉渣不易清除，也影响了桩端阻力的发挥。因此目前较为常用的方法是在冲孔灌注桩上采用后压浆技术，其主要目的就是减轻或消除桩侧泥浆护壁和孔底沉渣对单桩极限承载力的影响，提高单桩承载力。采用冲（钻）孔灌注桩，可穿越所有土层，但成孔时要采用泥浆护壁会影响桩的承载力，桩底沉渣也不易清除，如果桩端要进入风化岩层则造价较高。如果将桩端持力层选择在砾卵石层上，同时采用后压浆技术，则可大大缩短桩的长度，通过注浆可消除或挤密桩侧泥皮和桩底沉渣并提高砾卵石层的桩端承载力，从而较大幅度地提高单桩承载力，减少工程造价。

二、高层建筑冲孔灌注桩基础设计

在进行高层建筑冲孔灌注桩的设计前，要根据当地施工经验和可选的基础形式结合场地地质情况，并对工程要求进行设计。

（一）高层建筑冲孔灌注桩基础设计

在进行高层建筑冲孔灌注桩基础设计时，要通过对工程所在地地质进行勘探，确定建筑物地质情况。然后确定桩基的选用，对于建筑物所受荷载大、变形控制严格以及工程拟建地地质较差的情况，要通过多种灌注桩的复合使用来达到建筑目的。通过分析和调查确认冲孔灌注桩位置与根数，然后对其进行有效计算。首先对桩长进行确定，然后估算单桩极限承载力。通过标准公式Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp（d＜800mm），（d≥800mm）计算桩的竖向极限承载力标准值。另外还要多注意对各分项系数进行考虑。随着活载变异系数的增大，桩侧阻、端阻和承台底土反力分项系数均减少，恒载分项系数也相应减小，而活载分项系数则随之增大。随着承台底土摩擦角或粘滞力的变异性增大，桩侧阻、端阻、恒载效应、活载效应的分项系数均随之减少，承台底土反力分项系数相应增加。

在高层建筑冲孔灌注桩设计完成后为确保桩基质量万无一失，需从总数桩中按1%的比例且不应小于3 根（工程总桩数在50 根以内时不应少于2 根）抽选工程桩作为试验桩，待试桩静载检测合格后方可全面施工桩基。

（二）高层建筑冲孔灌注桩设计中关于质量控制的注意事项

高层建筑冲孔灌注桩质量控制的注意事项，首先要对造孔进行质量控制。造孔质量包括:孔位偏差、桩孔垂直度偏差、孔径偏差及孔深与孔底沉渣厚度问题等。根据相关规范中的允许值对设计要求进行规定，在实际工程施工过程严格按照规定进行控制。对于冲孔灌注桩质量影响的另一个因素是清孔质量，在钻孔达到设计深度后，在灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度应符合下列规定:端承桩≤50mm;摩擦端承、端承摩擦桩≤100mm;摩擦桩≤300mm。为此，在清孔过程中应不间断地置换泥浆，直至浇注水下混凝土，并保持孔底500mm 以内的泥浆比重<1.25，含砂率≤8%，粘度≤28s。这些数据及要求在进行灌注桩设计的时候都要考虑进去，以此来确定孔深等数据。另外对于混凝土拌制质量在设计时也应考虑进去，由于灌注混凝土工艺的特殊性，其对混凝土的性质及拌制质量有如下一些特定要求:①混凝土的强度应比设计强度提高5MPa;②混凝土的坍落度宜为18～22cm，并有一定的流动保持率，坍落度降至15cm 的时间不宜小于1h，扩散度宜为34～38cm;③混凝土的初凝时间应满足整个灌注过程（从搅拌第1 斗混凝土开始至灌完最后1 斗混凝土并拔出导管为止），一般为3～4h，如运输距离较远，一般宜在混凝土中掺加缓凝剂。

（三）关于高层建筑冲孔灌注桩灌注设计分析

由于高层建筑冲孔灌注桩是整个工程质量的关键，因此针对混凝土的灌注也应在事前进行优良的设计，根据有关规定的相关要求，设计出适宜工程的混凝土混合比例、灌注量、混凝土搅拌时间等，根据不同的地质情况及工程情况进行合理的设计。设计良好的混合量，将灌注间歇时间控制在15min 之内，最多不得超过30min，每根桩整个灌注过程应尽可能控制在4～6h 以内完成，以保证混凝土的均匀性。这就要求在施工前将单根桩及所用混凝土进行计算，通过前期的设计规划及施工前的计算做好混凝土的混合工作。而且混凝土滞留空气的时间对于混凝土的强度有一定的影响，因此根据混凝土应在1.5h 内灌注完毕，夏季应在1.0h 内灌完的要求，要结合灌注桩的要求进行混凝土混合，否则应掺加缓凝剂。混凝土应灌注至设计桩顶标高以上规定的高度，以保证设计桩顶标高以下混凝土的质量。

三、高层建筑冲孔灌注桩试桩过程——设计效果的检验

一般在进行高层建筑冲孔灌注桩工程施工中，工程压浆管多用钢管制作，压浆管固定焊于钢筋笼上，上端止于距地表0.2-0.3m，以防移机或调换机具钻杆等情况下被损坏，桩端压浆管低于桩端50mm，并用特制的桩侧压浆阀和桩端压浆阀与压浆管相连。为防堵管，可以将把桩端压浆管改为大口径主桩端压浆管和小口径次桩端压浆管，以防堵管影响压浆质量。为保证注浆通道的通畅，检查注浆管是否连通，并将泥渣及泥皮的细粒推至外围，注浆前必须进行压水试验。同时记录压水试验的稳定压力，其稳定的注水压力可作为注浆施工的初始注浆压力。压水压力以压通为准，个别不通畅的注浆管，压水压力采用10MPa，多次反复进行直到压通，以保证注浆的顺利进行，确保注浆质量。成桩1 周后进行注浆，每根桩注浆时间为1—2 小时。压力注浆以压水试验的稳定压力1.5MPa 为初始注浆压力，以终压浆压力大于2.5MPa 和注浆量为1000kg 水泥量作为施工的控制指标。对个别桩注浆压力低于2.5MPa，灌入量较大的桩，当地面未出现冒浆时，可适当提高水泥的灌入量，一般控制在2000kg 左右;对注浆压力高于7MPa，可灌性差的桩，现场采用浓浆、慢速灌注及注注停停间歇注浆的办法，其终止时间以注浆压力控制，最大注浆压力不高于10MPa，且水泥量不少于800kg。每根桩注浆完毕，立即将注浆管拧上堵头，以防回浆，影响注浆效果。最终通过检测来测试高层建筑冲孔灌注桩设计时候达到工程要求。

结论

高层建筑冲孔灌注桩是整个工程设计与施工的重点，其对于整个工程质量有着重要的影响。因此在进行高层建筑冲孔灌注桩的设计时，要充分考虑建筑拟建地的地质情况与建筑施工地区的气候特点，将灌注中的各个环节充分考虑进去，以保障工程施工的质量。