建筑施工中的桩基施工若干技术维度思考

王争光 王 帅 刘泽飞 肖 鹏 杨肖伟 沈永红

（中国铁工投资建设集团有限公司城市建设分公司，北京 100070）

0 引言

高层建筑已经成为了城市发展中重要的组成部分，不管是哪种类型的建筑，在施工的时候对于桩基的要求都特别高，同时这也是确保整体施工效果的关键所在。高要求必然需要高技术给予支撑，对于建筑施工桩基施工技术而言同样如此。所以施工企业要重视桩基施工技术的应用，掌握技术要领，进而科学合理地运用到建筑施工中去，在将施工质量提高的同时，保证建筑整体的性能。而该文对建筑施工中桩基施工技术进行了深入的分析，并且给予了具体的技术要点，希望为桩基施工技术提高贡献绵薄之力。

1 建筑施工中常用的桩基施工技术

1.1 振动沉桩施工技术

该技术主要采用的是电动机振动的方式进而生成较大的垂直力度，在电动机振动作用的影响之下，将力施加于地基上，使地基中的土层更加密实。在施工中首先要将振动器安装于桩顶，借助振动器振动的力度，再加上桩自身重力的作用，使桩深插入地基的土层中，将土层带动着进行振动，此时便会出现收缩以及位移现象，该过程主要是采用振动沉桩施工技术完成[1]。

在施工准备阶段，首先施工企业必须要对现场的情况进行充分了解，而且还要进行全面清理及处理；其次要将坐标网构建于桩基范围之内，桩在中心定位时使用的钢筋长度在30cm～40cm 为宜，并且采用红油漆将标记做好，同时还要根据现场地质情况，选择振动锤时要确保合理性，桩不同时，频率以及振幅也就不一样，通常直径较大的钢管桩和较重的钢筋混凝土预制桩多采用的是低频大振幅，常用于砂石类地层施工中。而一些中高频、中幅则多在钢板桩中使用。较高的频率可以与桩自振频率产生共振效应，沉桩速度较快且噪音较小；施打试验施工之前将试验桩插入，数量大于3 根且不少于总数1%，主要用来对地质情况进行复核，同时对沉桩设备、施工工艺是否合理进行校验；以现场施工条件、运输、装卸能力为基础，进而确定钢管桩分段长度。其次是吊桩就位，施工之前，沉桩深度、标高要将刻度画出，通过吊机将重物挪动，起吊之前要将4 根棕绳系于钢管起吊端，进而将钢管起吊，钢管下端则插入到了导向架中，进行临时固定后，副钩与钢管脱离，主钩起吊振动锤，锤底夹桩器将管壁夹紧，吊机将振动锤与钢管吊起并且移动至预设位置，插入沉桩工作准备就绪。然后待以上工作就位以后，用线锤吊线对相互垂直的2 个方向进行垂直度的校正，接下来便是振动插打，该过程中若出现偏离则要及时进行调整，方法如下：振动锤振动时，吊机主钩无须放绳，采用的是小幅度摆杆、起落杆，直到打准位置以后插打，一直到桩平面沉至控制的标高。最后接桩则是由首步进行下一桩对正、焊接，需要注意的是要保证对接面平整且光滑，保证垂直以后焊接、帮焊、插打，和以上步骤一样，一直到达设计的标高。施工的过程中需要使用的机械设备见表1 所示[2]。

表1 主要机械设备表（单个桩）

1.2 人工挖孔桩施工技术

在对桩孔护壁混凝土的施工中要确保其合理性，对每一节确定以后立即开展下一节工作任务，保证充分捣实，使其更具安全性、稳定性功能[3]。

在人工挖孔桩施工技术中采用的方法非常讲究，挖孔时以安全为基础，多采用的是边挖边护法，也就是每挖1.0m 深孔土方的时候，便开始做一节的桩体护壁，如果遇到地下水量较大的时候，则采取的是将单节长度减少的方法。挖土由人工从上而下一步步采用镐、锹施工，如果遇到了坚硬的土层、岩层的时候则用锤、钎风、镐、钻机等工具进行破碎，挖土的次序是由中间向周边挖起，根据预设的桩直径再加上2 倍护壁的厚度来对截面进行合理的控制，可允许有3cm 的误差，将弃土由吊桶吊出，通过辘轳提升至桩孔外，使用手推车将土运至提前确定好的弃土地点。在进行护壁施工的时候，主要运用的是组合式的钢模板拼接组成的，将上节拆除后支下节，进而循环使用，采用的是“U”形卡将模板连接在一起，上下设有2 个半圆组成的钢圈顶紧，无须另外再设任何支撑，混凝土采用吊桶进行人工浇灌，上部留有浇筑口，将模拆除以后则用砼进行堵塞，当砼的强度与要求相符的时候便可以拆除。

通常情况下每一节的护壁高度是1000mm，并且要求当日必须完工。如果进行连续施工，需要确保护壁与设计要求强度相符，为后续施工提供安全保障。为了确保桩垂直度，每一次施工完成三节护壁以后都要与桩中心位置、垂直度进行一次校对，并且将校对的结果做好记录。

1.3 静力压桩施工技术

该技术采用的是静力压桩机，通过其自身重力以及桩架配重人预制桩施加反作用力，进而将其压进土里。在沉桩的时候主要运用的是全液压夹持桩身并且向下不断施压，进而避免锤击应力将桩头打碎情况的发生，由于桩截面能够减小，混凝土的强度等级也可以降低1～2 级，配筋与锤击法相比较，可以节省40%；不仅效率高，而且施工速度非常快，压桩的速度在每分钟可达到2m，通常情况下每台班可以将15 根完成，与锤击法相比较，施工工期缩短的将近1/3；而且压桩力在记录的时候是自动完成的，同时还能够对单桩承载力进行预估以及验证，施工过程中既安全可靠，又方便拆装、维修、运输等。该技术优势突出，不仅有利于后续施工的检测，而且同时具备了噪音小、成本低的特点，质量也能够得到保证，冲击力较小，而且没有较强的振动感，除此之外，能够节约材料，使建筑施工整体成本大幅度下降。为此，在一些高压缩性黏土层、砂性较凤的软黏土建筑施工中被广泛使用。

1.4 钻孔灌注桩施工技术

该技术运用的原理便是先开孔然后再进行桩基的施工，主要运用的是桩体方向的位移土体，在其对桩形成较大动态力的情况下，进而选择最佳的桩距，尽可能的减少了缩径以及坍塌孔现象的发生。

在施工准备阶段主要是对钻机、钻具以及场进布置进行选择与安排，其中钻机作为钻孔灌注桩施工中的必备设备，应该以地质具体情况、不同钻孔机应用需求作为前提条件；钻孔机在安装以及定位的时候确保其所处位置地面平整稳固，为了保证桩位准确，就要将钻孔机安装正确，当钻孔机有钻塔时，可通过钻机动力和附近地笼结合，确定大概位置，并且千斤顶顶起机架，定位准确，起重滑轮、钻头、固定钻杆卡孔、护筒保持垂直。钻机位置误差不得大于2cm。桩位对准以后，采用枕木将钻机横梁垫平，而且还要在塔顶对称于钻机轴线位置拉上缆风绳。护筒埋设时，要使用木、钢、钢筋混凝土，坚固且耐用，保证不漏水，内径与钻孔直径相比，要大一些，旋转钻约大20cm～30cm，潜水钻、冲击或冲抓锥约大30cm～40cm，每一节的长度在2m～6m，常使用的是钢护筒。制备泥浆时，可采用水、黏土、添加剂，根据钻孔法、地层具体情况，进而将泥浆稠度确定。钻孔的时候可运用冲击式、冲抓式钻机施工，并做好清孔工作，下放钢筋笼和灌注水下混凝土。清孔的时候，要将观测监督工作做到位，与设计要求相符，摩擦桩孔壁易坍塌，需要灌注水下混凝土之前确保沉渣厚度在30cm 之内；当孔壁不易坍塌时在20cm 之内。灌注水下混凝土，清孔工作完成以后，预制钢筋笼垂直置于孔中，混凝土浇筑采用导管，并且不要中断，避免出现断桩。

2 建筑施工中的桩基施工技术的具体应用

2.1 桩基施工技术要点

2.1.1 冲、磨孔灌注桩施工

在施工过程中要将桩孔位置土清理干净，排出地面。具体需要做的工作：第一步清除干净钻孔位置所有的杂物；第二步对桩孔底部剩余渣土进行清理，并且完成吊放钢筋笼的工作；第三步，以上工序完成以后便是混凝土浇筑。如果直径是600mm 或者是650mm 的钻孔桩，那么通常情况下使用的便是回转机具进行开孔，桩长在10m～30m，单桩承载力在1MN～2MN（具体数据见表2 所示）。当前在我国钻孔灌注桩在施工的时候下钢套筒，会通过泥浆对孔壁进行保护，避免出现现孔，一般情况下桩径是800mm、1000mm、1200mm，承载力在3MN～9MN。

表2 回转设备施工中常用参数

2.1.2 挖孔桩施工

该环节施工过程中，要以现场情况为依据，主要通过人工挖孔、机器挖孔方法。人工挖土的时候，由于操作的流程相对会比较简单方便，再加上质量有保障、成本也比较低，对于周围环境所带来的影响也非常小，所以人工挖孔在施工时的使用频率很高，在实际施工环节，挖至深度为0.9m～1.0m 的时候就要开始进行浇灌或者是喷射，以此来达到护壁的效果，圈混凝土护壁的时候下下圈间需要插入钢筋进行有效连接，再到达一定深度的时候便可以进行扩孔，扩孔的大小尺寸需要以水流量为重要的依据，给予科学合理的控制。最后环节的时候是将钢筋笼安装至护壁内，同时浇筑混凝土。混凝土回填时，应该根据设计好的直径，并且严格按照规定的标准对透水层进行挖掘，挖孔桩直径在1m 以上，深度则保持在15m 左右，桩径则是在1.2m～1.4m，桩身长度最佳尺寸是30m 以内。在进行桩孔护壁混凝土施工时，要保证每个环节紧密衔接，当某一节点完工以后要立即对下一施工点进行施工，同时还要将捣实工作做到位，确保整个施工环节更加安全，更加稳定。

2.1.3 沉管灌注桩施工

该施工技术采用的是锤击振法法、振动冲击法进行开孔施工，锤击沉管灌注桩常用的制桩尖直径为300mm～500mm，桩长在20m 以内，可打至硬黏土或者是中粗砂层。对于直径在340mm 或者是480mm 的桩，当锤质量为1t 和2t～3.5t 的时候，单桩轴向承载力划分为了两个区间，分别是250kN～350kN 和500kN～700kN。因其设备较为简单，打桩速度快，低成本，但极易出现缩颈、断桩、混凝土离析等质量问题，因为导致此问题出现的原因是多样化的，缩颈常出现在软硬土层的聚集处，或者是软弱土层中。所以在进行拔管的到时候速度要放缓，比如每分钟为0.8m；要确保管中的混凝土充足，通常情况下充盈系数在1.10～1.15。以下是对沉管灌注桩施工示意图，如图1 所示。

图1 沉管灌注桩施工示意图

这种施工技术优点便是工具的使用非常简单，而且施工速度也相对快一些，需要投入的成本很低。但是缺点是极易出现断桩，而且混凝土强度难以满足技术需求，桩身易有部分缩颈，为此施工过程中企业需要确定施工条件，衡量其是否与技术要求匹配，进而才能使用该方法。

2.2 施工过程中的细节控制

在建筑施工桩基施工时，企业要注意到以下几点，做好细节工作的控制。

一是，选择桩帽、送桩器时，确保其外形符合要求的同时，刚度、强度要严格按照设计要求。另外将孔洞预留在桩帽、送装器下方，确保能够达到较好连接效果，一方面有利于消除气压、水压引起的气锤、水锤现象，另一方面可以确保桩头具备较好的性能。送桩、接桩时要确保动作连贯，保证能够一次性到位，严禁施工中出现停歇。若技术工作人员沉桩时发现桩身和要求不符情况，要及时停止施工，并找出具体的原因，采用科学合理的方法将问题解决，减少桩身出现偏移现象的发生概率，尽可能确保桩顶、桩身完好，使建筑整体安全性提高。

二是，在施工时，技术工作人员可借助先进的探测仪对桩身混凝土强度进行监测，根据设计要求，确保其强度符合需求，待灌注桩静止以后方可下一步施工。另外采用经纬仪随时随进观察施工全过程，确保桩身垂直度，将误差控制在合理范围之内，以免出现因为垂直度较大偏差进而造成桩身出现裂缝。所以对于桩身混凝土浇筑、养护需要以具体参数为依据，见表3 所示。

表3 桩身混凝土浇筑与养护主要参数控制情况

三是，空心桩施工时，一般情况下无须进行截桩工序，若必须要使用该工序，就要借助相关的机械分割技术将空心桩多余部分截掉，另外还要固定好空心桩桩身。切割处理的位置应该在钢箍上方，在切割时，严禁借助人力强制将钢箍拆除。

四是，运用钢板完成接桩施工工作的时候，一般情况下要使桩身、地面保持在1m 距离的位置完成接桩、焊接施工。在焊接的时候，要做到认真观察需要焊接的2 个桩间的实际衔接情况，且反复核对，确保直角、圆角二者的位置保持对齐。当桩身清洗完毕以后，要加固定位板，处理要谨慎，并且上段桩准确与下段桩连接，安装完好，将垂直度进行有效控制的同时，借助定位板实现上下桩加固处理工作的完成。若桩与桩间存在较大的空隙，就要采用楔形铁片焊接方法加固缝隙位置。

3 建筑施工中的桩基施工技术的发展

当前很多西方发达国家在建筑施工中桩基技术已经比较成熟，而桩长也达到了100m，直径在2.5m 以上。虽然我国在此方面依然还有较大的提升空间，但在经验的不断积累中，目前也已经形成了相对系统化且符合国情的桩基技术。最近几年我国高层建筑施工项目越来越多，同时还涉及到了很多跨度较大的桥梁施工，这对于桩基技术要求也日益提高，所以关于桩基技术的开发以及创新依然不能止步，需要以科学以及持续发展为原则，桩基技术需要彻底解决原来噪音大、震幅度、污染严重等问题，充分考虑到主城区工程项目施工时的局限性，可以在静压式等一些环保桩基技术研发方面投入更多的研发精力，推动建筑施工朝着绿色环保型技术运用发展。

4 结语

总而言之，建筑施工过程中，由于桩基是整个建筑的根基，为此其质量以及安全性会对建筑整体结构带来直接的影响，施工企业要给予桩基施工技术高度重视，在不断完善与优化中将其更好地运用到桩基施工环节，充分认识到桩基对于建筑施工的重要性，针对桩基施工过程中常见问题进行系统化的研究，在将施工前准备工作做到位的同时，选择最佳的桩基施工技术以及方法，不断提高施工质量，为建筑整体性能、使用效果、安全性提供保障，推动建筑行业更好发展。