房屋建筑施工中桩基施工关键技术及管理分析

程周炳，唐 敏，闫艳艳，史立冉

（中国地质大学（武汉）校园规划与基建处，湖北 武汉）

引言

在房屋建筑工程建设过程中，受地质条件限制，桩基础应用越来越多，因此，开展此类工程桩基施工过程中的关键技术分析和管理评价具有重要意义[1-2]。目前，不少学者开展了相近研究，如王晨玉等[3]、林楠[4]探讨了桩基施工过程中的关键技术；陈晨[5]分析了桩基施工过程中的质量管理措施；陆海峰[6]阐述了桩基质量检测过程中的常见问题；上述研究虽取得了相应成果，但限于项目区地质条件差异，仍有必要结合具体工程实际开展针对性分析。综合上述，该文结合工程实际，先开展桩基施工的关键技术分析，并通过低应变法和静载试验实现成桩质量管理，以期为类似工程积累经验。

1 工程概况

拟建工程为房屋建筑住宅，其用地面积为5 275 m2，地上设计24 层，地下设计1 层；拟建建筑基坑具多边形不规则状（见图1），面积约4 160 m2，开挖深度为6.4 m，属深基坑。

图1 基坑平面形态

由勘察报告，项目区地层由上至下位：填土层，杂色，岩性多为建筑垃圾，结构松散，厚度介于0.4 m～1.3 m；粉质黏土层，灰黑色，可塑，局部软塑，均匀性较好，夹杂少量砾石，厚度介于9.4 m～15.8 m；砂层，细砂～中砂、灰黄色，湿、饱和，稍密～中密，厚度介于2.6 m～4.5 m；卵石层，杂色、磨圆度较好，稍湿～湿，中密。

结合现场调查，拟建建筑北侧、东侧均有既有道路，最小净距13.22 m～15.07 m；东侧、南侧均近接既有建筑，属房屋住宅，层数为4 层～6 层，基础形式为桩基础。因此，拟建建筑周边的既有建、构筑物较为复杂。

2 桩基施工关键技术

由于拟建建筑基础范围内地层的工程性质相对较差，且上部建筑荷载相对较大，因此，将拟建建筑的基础设计为桩基础。

2.1 桩基设计

结合区内地质条件，将桩基础形式设计为钻孔灌注桩，且基础设计信息如下：

2.1.1 设计概况

（1） 桩长设计为30 m～40 m，持力层选择中密卵石层，入持力层深度不少于两倍桩径。

（2） 通过机械成孔，采用泥浆护壁，桩底沉渣厚度不大于5 cm。

（3） 成孔出渣方式采用反循环。

（4） 成桩过程中的垂直度不大于1.0%，且充盈系数不小于1.0。

（5） 钢筋笼主筋采用22 mm 直径钢筋，箍筋为螺旋桨，直径设计为12 mm，保护层厚度设计为60 mm。

（6） 桩身混凝土采用C35 等级，坍落度范围介于175 mm～200 mm。

2.1.2 设计要求

（1） 单桩桩径设计为1.2 m，承载力设计为7 800 kN，成桩过程采用跳桩施工，尽可能较少施工对周边既有建构筑物的影响。

（2） 成桩过程中的泥浆比重不应大于1.25，含砂率不能大于0.08。

（3） 桩径误差范围为5 cm，主筋中心距误差不应大于1 cm，主筋搭接采用双面焊接，焊接长度不少于15 倍钢筋直径。

2.2 施工关键技术分析

结合工程实际，将桩基施工过程中的关键技术分析如下：

2.2.1 选择合理的钻孔设备

钻孔灌注桩施工过程中，主要用到循环机、旋挖机，两者现场分配比例相当重要；结合现场实际情况，将循环机与旋挖机的比例设置为1:3。

2.2.2 保持孔壁稳定

在成孔过程中，土体可能会出现塌孔，为切实保证其稳定，提出通过膨润土泥浆进行护壁，并适当加入聚丙烯酰胺，以保证泥浆合理性；同时，在初期应用过程中，通过循环利用适时调解泥浆性能。

2.2.3 减小沉渣厚度

一般来说，桩底沉渣厚度越少越好，因此，提出利用气举反循环清除沉渣，其空压机风量设置为9 m3/min，且风量宜先小后大。在工程试验过程中，若发现沉渣厚度过大，应对沉渣进行再次清理，切不可因为费时而置之不理。

2.2.4 施工过程控制

桩身混凝土配合比宜由实验室调配，并严格控制其坍落度；在浇筑过程中，应保持浇筑过程的连续性，尤其是导管应埋入混凝土以下1.8 m～3.5 m。同时，施工过程还应严格注重安全管理，如现场工人必须佩戴安全帽，操作过程必须满足规范要求。

3 桩基管理分析

在桩基施工过程中，重点开展成桩质量管理，因此，该节提出利用低应变法[7]和静载试验[8]进行成桩质量分析。

3.1 成桩质量管理方法

3.1.1 低应变法

低应变法能有效忽略桩的横向惯性，能不顾及阻力变化，因此，将其一维波动方程表示为：

式中：t 为时间变量（s）；μ为位移变量（cm）；c 为速度变量（cm/s）。

通过现场试验及参数收集，可将缺陷位置的计算公式表示为：

式中：L 为缺陷位置参数（cm）；△T 为时间差参数（s）；△f 为频差参数（Hz）。

3.1.2 静载试验

（1） 试验准备

试验过程采用四根锚桩建立试验平台基础，再利用槽钢、工字钢等拼接平台；为保证足够的反压力，在桩位置处设置3 台液压千斤顶。

为保证平台稳定，需于桩顶布设加强筋，且在桩身周边设置相应应力应变测试原件。

（2） 加载和卸载

加载过程实行分级加载，并将加载量设置为最大荷载的1/10，但卸载量应控制在加载量的两倍。

3.2 成桩质量检测结果分析

3.2.1 低应变法检测结果

在本次工程实例中，总计选择了52 根桩进行了低应变检测，其中，绝大部分桩均具较好的质量，仅对质量相对较差的桩进行示例性分析，即选择16#桩、38#桩进行分析，得此两桩的低应变试验结果如图2所示。

图2 16#桩、38#桩的低应变试验结果

据图2，将两桩结果分析如下：

（1） 16#桩

桩长35 m，试验波速设计为4 000 m/s，在0.0 m～3.2 m 范围内，波速具有较大反射波动，即先出现正向频率波动，后又出现负向频率波动，因此，判断此范围内可能存在一定缺陷，主要可能是缩径、空洞等，不过考虑到此范围离地表较近，形成成因较多，建议对此段进行加固处理；同时，在桩底处的波速略有波动，判断其具有一定沉渣，但其厚度相对较薄，推测满足规范要求。

综合上述，判断16#桩的桩身完整性为Ⅱ类。

（2） 38#桩

桩长35 m，试验波速设计为4 000 m/s，在3.8 m～8.7 m 范围内，波速具有较大反射波动，即先出现负向频率波动，后又出现正向频率波动，因此，判断此范围内可能存在一定缺陷，主要可能是缩径、空洞等，建议可采取注浆加固，若后续承载力试验满足要求可继续使用；同时，在桩底处的波速无波动特征，判断其沉渣极薄，推测满足规范要求。

综合上述，判断38#桩的桩身完整性为Ⅱ类。

3.2.2 静载试验结果

在本实例中，共计选择36 根桩进行静载试验，其中，以低应变检测完好的5#、12#桩及处理后的16#桩、38#桩进行示例性分析，其静载试验结果见表1。由表1 可知，4 根桩的试验特征值介于7 925 kN～8 608 kN，均大于单桩设计值7 800 kN，即满足设计要求。

表1 5#桩、16#桩及38#桩的静载试验结果

值得指出的是，5#桩和12#桩的试验特征值分别为8 469 kN 和8 608 kN，16#桩和38#桩的试验特征值分别为7 961 kN 和7 925 kN，以5#桩和12#桩的试验特征值明显更大，说明对缺陷桩的处理是有效的，但其始终不如质量完整的桩身承载力，因此，控制成桩质量显得格外重要。

4 结论

通过房屋建筑施工中桩基施工关键技术及管理分析，结论主要如下：由于项目区地质条件相对较差，桩基础具有较强的适用性，且其施工过程中的关键技术主要包括：选择合理的钻孔设备、保持孔壁稳定、减小沉渣厚度及施工过程控制；同时，低应变法能有效检测桩基完整性，并经静载试验，各类试验桩承载力均满足设计要求，说明成桩过程的管理是有效的。