超高层建筑基础结构施工技术探究

1 引言

伴随着城市内人口密度不断加大，超高层建筑逐渐增多。由于建筑结构体系的多样化，超高的高度与巨大的荷载，对超高层建筑基础结构的耐久性设计与内力分析提出了尤为严格的要求。 超高层建筑有“上高下深”的特点，所以，在施工环节必须提高地基结构与桩基结构的施工质量， 尽可能地延长建筑结构使用寿命。

2 基础工程施工概述

基础工程研究属于岩土力学与结构力学领域的知识，是解决建筑地基基础设计与施工、 调整天然地基条件的重要工程技术。 我国地域辽阔，不同地区的地质条件差别明显，且区域间经济发展水平不同，对基础工程的施工有不同的要求。 基础工程存在隐蔽性和隐患潜在性的特点，不仅施工周期长，且地基处理难度大。 为了保证建筑整体的稳定性，兼顾对建筑内空间的有效利用，超高层建筑的基础深度大多会超过10 m，所以，施工单位会选择建设多层地下室的方式，通过利用各类深基础的结构形式以及当前地形地势， 确保基础结构施工的合理性。 与此同时，施工单位要考虑到超高层建筑的基础占地面积较大，需按照基础底板厚度以及基坑开挖深度，做好施工技术与施工质量的有效把控[1]。

3 超高层建筑基础结构施工技术要点

3.1 地基基础施工技术

超高层建筑的地基基础具有复杂性与隐蔽性的特点，施工工序复杂。 与此同时，不同地区的地质构造差别较大，地基基础施工时需要按照土层的实际情况施工。 但对于超高层建筑来说，施工时往往会使用一些地基维护结构，比如，通过现浇钢筋混凝土桩保障地基基础结构的稳固性[2]。超高层建筑的地基施工技术相应技术要点如下。

3.1.1 土方开挖

该环节主要包含土方开挖与支护施工两部分。 开挖之前，需要清理施工区域内的所有杂物， 根据地下结构与地质的实际情况确定地下既有设施的详细分布情况， 及时采取相应的保护措施。 依据设计图中的位置完成测量放样，再明确中轴线的位置， 依据设计标高控制土方开挖深度。 几何轴线放线期间，先明确地基开挖尺寸，确保地基开挖深度与宽度达到施工要求。 如果基坑中存在地下水，需做好排水工作，综合使用人工与机械开挖方式，到达一定深度时安排人工清理坑中渣土，再用保护性材料铺设基坑，最后完成混凝土浇筑施工。

3.1.2 基坑支护施工

超高层建筑基坑支护结构多用于地基施工中， 期间常采用排桩支护。 支护期间需确保混凝土灌注桩部分的施工质量，保证建筑基坑的稳固性与安全性。 采用逆作法施工时，应掌握相应的技术要点，保证操作过程的规范性，尽可能避免对地基的扰动。 另外，需要监测四周地貌与地质变化情况，计算具体深度，充分考虑地基结构所受负荷与坡度，根据基坑的实际情况选择支护结构，先开槽确定支撑结构，分层开挖。 图1 为某深基坑支护示意图。

图1 某深基坑支护示意图

3.2 桩基施工技术

3.2.1 静力压桩技术

现阶段国内很多大规模建筑的基础结构会采用桩基础，桩基础是将建筑主体与深层地基岩土层进行连接的关键结构，能够提高基础结构的承载力和稳定性，避免基础变形。 在众多桩基础施工技术中， 静力压桩施工技术能够有效解决噪声问题，并且施工过程简单，施工效率高[3]。

某超高层建筑项目， 桩基础的桩身截面尺寸为400 mm×400 mm，长23 m，每根桩都分两节预制，以硫磺胶泥锚接法进行接桩，桩身混凝土强度等级为C30。 柱与剪力墙结构之间通过钢筋混凝土承台连接，按照受力情况布桩，要求桩距在3.5d（d 为方桩的边长）以上，桩距保持在1.4 m 即可。

静力压桩利用压桩架的自重和配重，通过卷扬机牵引，由钢丝绳、滑轮和压梁将整个桩机的重力（800～1 500 kN）反压在桩顶，以克服桩身下沉时与土的摩擦力，迫使预制桩下沉。 压桩过程中，使用YZY160 全液压静力压桩机，为了提高桩机静压力，在设备上增设附加配重，使其最大静压力可以达到2 000 kN。 施压过程中采用液压夹持机构夹住桩身，再由油缸液压力将桩体压入土体内， 反复循环操作， 直到达到终压条件。 施工人员需要复核样桩位置，确保桩体对位，并及时调整桩的垂直度。 如果偏斜超差，必要时需拔起桩调正之后重新下压。终压条件需要按照2 000 kN 的压桩力控制。经检测调查得知，项目所有桩基静力压桩518 根，工程桩439 根，其余为补桩和护坡桩，桩的偏位处于3 cm 左右，桩端进入粉细砂层大约0.8 m 深。 液压式静压力压桩机的静压力为800～2000 kN。 采用该施工技术后，有效迎合了大型桩基工程的建设需要，在增加锤重与改进起重、吊装操作工艺的同时，也减少了振动噪声。

3.2.2 挖孔桩技术

该技术也是高层建筑施工中常用的施工技术，操作简单，且施工难度不大，但施工人员必须高度重视挖孔环节，在确保表层土去除且达到平整状态后，为后续的挖孔施工，做好准备工作。 挖孔施工前，应先确定挖孔位置，采用交叉法施工，以此找出挖掘线的位置，确定桩径数据，为接下来的桩孔挖掘奠定基础。 进行土方开挖时，使用短把铁锹或镐进行人工挖掘并以人工方式进行垂直运土；先复合轴线位置，确保无误后开始第一节开挖施工，以500 mm 为一个施工段进行混凝土壁护。 在开挖施工过程中设置包含2 人为一组的小组单位进行流水施工。 开挖过程中遭遇孤石以及其他障碍物时，使用风镐辅助施工，并在地面建设排水设施，及时进行桩孔内排水。 在每一节护壁成孔后，对桩位中心线进行定位，并使用正交十字线进行模板对中和垂直偏差控制。 混凝土护臂施工需在第一节护壁处高出地面150 mm 以上，以确保后续定点和挡土。 挖孔高度达到设计持力层时，对桩孔的孔深、孔底沉渣、桩径偏差等参数进行自检，确保各项数值满足设计要求。

3.2.3 螺杆桩技术

螺杆桩施工就是将“螺丝钉比钉子牢固”的理念用于桩基施工，成桩之后，桩体与混凝土形成螺纹，桩侧土体发挥“螺母”的作用，“螺纹”与“螺母”紧密咬合，为上层建筑提供承载力。 采用螺杆桩进行地基加固前，需平整场地，做好测量放样工作，合理设置保护桩，查看桩位的实际布置情况，检测桩位之间的间距能否达到工程设计要求。 图2 为螺杆桩施工技术流程。

图2 螺杆桩施工技术流程图

3.2.4 灌注桩施工技术

灌注桩施工技术包括钻孔灌注桩施工技术、 沉管灌注桩施工技术及螺旋灌注桩施工技术。

首先，钻孔灌注桩施工技术。 需要先在钻孔内部放入钢筋笼，将混凝土灌入其中再形成预期的桩体结构，这一施工方式和常规的打入桩不一样，钻孔施工是先钻孔再灌注，施工期间应保持桩间距合理，防止后续发生塌孔问题。 孔径达到600 mm时，可使用回转设备开孔，确保桩体长度处于合理范围，使单桩体的负载能力达到施工要求。 按照土壤实际情况完成钻孔工作，接下来准备插入钢筋笼与导管即可。

其次，沉管灌注桩施工。 该施工技术采用锤击与振动冲压的方式开孔， 然后将桩体打入硬质砂层内， 桩体直径通常在300～500 mm，长度不超过20 m。沉管灌注桩施工能快速成桩，但桩体断裂风险较大，所以，施工期间需要加强质量控制。

再次，螺旋灌注桩施工。 钻机就位后，要求钻头中心和桩位偏差＜20 mm，将钻进速度控制在1～1.5 m/min，及时清理钻出的土方，采用钻杆孔深标志进行钻孔深度的控制，直到钻进至设计要求的深度。 长螺旋钻机成孔、灌注混凝土至地面后及时清理地表土方，立即进行后插钢筋笼施工。 把检验合格的钢筋笼套在钢管上面，上面用钢丝绳挂在设置于法兰的钩子上。施工时融合钻杆技术向下钻孔，旋转一圈后再下调，使其挤压土体并形成桩体。 泵送混凝土阶段，施工人员应将钻孔顺着螺旋痕迹反方向提钻。

4 超高层建筑基础结构施工质量控制

4.1 掌握地基基本条件

不同地区的地质环境有明显差异，且人口分布、建筑密度不均衡，所以，超高层建筑基础结构施工必须遵循因地制宜的原则，施工前做好现场的环境勘察，掌握场地地层构造与土壤土质条件。 根据水文检测结构，防止水或者空气中的有害成分对建筑基础结构造成不利影响。

4.2 加强地基基础施工质量控制

做好基础工程施工质量控制是提高地基基础质量的关键，要求施工人员时刻关注地基沉降要求，遵循因地制宜的原则展开施工。 比如，在地质条件偏差的区域做好桩基础施工，如果采用的是天然基础， 要求基础结构的埋深超过裙房埋深2 m 以上，并合理设置沉降缝。 基础施工时，应加强对各道施工工序的妥善管理，做好时间安排。

5 结语