高层建筑地基基础与桩基础土建施工技术初探
摘要：本文主要以钢筋混凝土预制桩为例就高层建筑桩基础土建施工技术的应用作了一些分析和探讨。
关键词：高层建筑；地基基础；桩基础；施工；技术
桩基础是高层建筑地基基础常用的基础形式，在地震区，基础埋深d 不应小于建筑物高度1/15，而采用浅基础难满足此要求，只能用桩基础。此外，在天然地基浅基础不能满足地基承载力或变形要求、或采用人工加固处理地基不经济，或时间不允许时，通常也采用桩基础。本文将以钢筋混凝土预制桩为例就高层建筑桩基础土建施工技术的应用作一些分析和探讨。
一、钢筋混凝土预制桩
钢筋混凝土预制桩是我国目前广泛采用的一种桩型。主要有方形实心断面桩和圆柱体空心断面桩。坚固耐久，不受地下水或潮湿环境影响，能承受较大荷载，施工机械化程度高，进度快，能适应不同土层施工。
混凝土方桩的截面边长多为200~600 mm，可做成单根桩或多节桩，单节长度应根据桩架高度、制作场地、运输和装卸能力而定。如在工厂制作，为便于运输，单节长度不宜超过12m ；如在现场预制，长度不宜超过30m 。桩的接头不宜超过2个。混凝土强度等级不宜低于C30（静压法沉桩时不宜低于C20）。为防止桩顶击碎，浇注预制桩的混凝土时，宜从桩顶开始浇筑，并应防止另一端的砂浆积聚过多。
混凝土管桩是以离心法在工厂生产的，通常都施加预应力，直径多为400~600mm，壁厚80~100mm，每节长度8~10m，其混凝土强度等级不宜低于C40。混凝土管桩的接头不宜超过 4 个，下节桩底端可设桩尖，亦可以是开口的。
混凝土制作宜用机械搅拌、机械振捣；浇筑混凝土过程中应严格保证钢筋位置正确，桩尖应对准纵轴线，纵向钢筋顶部保护层不宜过厚，钢筋网片的距离应正确，以防锤击时桩顶破坏及桩身混凝土剥落破坏。采用叠层法生产时，上层桩和邻桩浇筑，必须在下层和邻桩的混凝土强度达到设计强度的30%以后才能进行。浇筑完毕后，立即加强养护，防止由于混凝土收缩产生裂缝，养护时间不少于7d 。
二、桩基础施工技术应用
2.1打桩前的准备
（1）清除地上、地下障碍物，对场地进行平整并做好排水工作。
（2）放出桩的基准线并定出桩位，依据施工图设计要求，把桩基定位轴线桩的位置在施工现场准确地测定出来，并作出明显的标志。在打桩现场附近设置2～4个水准点，用以抄平场地和作为检查桩入土深度的依据。桩基轴线的定位点及水准点，应设置在不受打桩影响的地方。
（3）接通现场的水、电管线，准备好施工机具；做好对桩的质量检验。
（4）进行打桩试验，以便检验设备和工艺是否符合要求。
（5）确定打桩顺序。打桩顺序直接影响到桩基础的质量和施工速度，应根据桩的密集程度(桩距大小) 、桩的规格、长短、桩的设计标高、工作面布置、工期要求等综合考虑，合理确定打桩顺序。
根据桩的密集程度，打桩顺序一般分为逐段打设、自中部向四周打设、由两侧向中间打设和由中间向两侧打设四种方法。当桩的中心距不大于4倍桩的直径
或边长时，应由中间向两侧对称施打或由中间向四周施打。当桩的中心距大于4倍桩的边长或直径时，可采用上述两种打法，或逐排单向打设。根据基础的设计标高和桩的规格，宜按先深后浅、先大后小、先长后短的顺序进行打桩。
2.2打桩
打桩机就位时，桩架应垂直平稳，导杆中心线与打桩方向一致。桩开始打入时，应控制锤的落距，采用短距轻击；待桩入土一定深度(1～2m) 稳定以后，再以规定落距施打。桩的施打原则是重锤低击，这样桩锤对桩头的冲击小，回弹也小，桩头不易损坏，大部分能量都用于克服桩身与土的摩阻力和桩尖阻力上，桩能较快地沉入土中。桩入土深度是否已达到设计位置，是否停止锤击，其判断方法和控制原则与桩的类型有关。
2.3静力压桩施工
静力压桩是利用无噪声、无振动的静压力将桩压入土中，常用于土质均匀的软土地基的沉桩施工。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(800～1500kN) 反压在桩顶上，以克服桩身下沉时与土的摩擦力，迫使预制桩下沉。压桩施工一般采取分节压入、逐段接长的方案；接桩的方法：焊接法、硫磺胶泥锚接法。
静力压桩法与锤击沉桩法相比，具有如下的特点：
（1）锤击沉桩需要在桩顶产生很大的锤击应力，才能使桩身克服各种摩阻力而沉入土中，因而在预制桩时，其混凝土的强度等级不应低于C30，在使用过程中，混凝土强度等级不需要C30，有部分材料不能充分发挥其作用。静力压桩，免去锤击应力，只需要满足吊桩弯矩、压桩和使用期间的受力要求，因此，其截面尺寸、混凝土强度等级及配筋量都可以减少，可节省钢材、混凝土量和降低施工成本。
（2）使用静力压桩无噪音、无振动，对周围环境的干扰和影响较小，特别适用于对噪音、振动有特殊要求的区域施工，如扩建工程、市区内基础工程，精密仪器车间的扩建、改建工程。
（3）锤击沉桩时，桩顶要承受锤击应力，因此桩顶、桩身容易被打碎，产生质量事故；当打桩顺序不合理时，土体会水平挤动，其表面严重隆起，严重影响桩基质量。静力压桩，桩顶不会承受锤击应力，可以避免桩顶破碎和桩身开裂，同时，压入桩所引起的桩周围土体隆起和水平位移比沉桩小得多，因而对土体结构的破坏程度和破坏范围要比锤击沉桩小，可以确保施工质量，提高施工速度。
2.4震动沉桩施工
振动沉桩是利用固定在桩顶部的振动器所产生的激振力，通过桩身使土颗粒受迫振动，使其改变排列组织，产生收缩和位移，这样桩表面与土层间的摩擦力就减少，桩在自重和振动力共同作用下沉人士中。适用于在粘土、松散砂土及黄土和软土中沉桩，更适合于打钢板桩，同时借助起重设备可以拔桩。
三、桩基础施工设备应用
锤击法，是利用桩锤落到桩顶上的冲击力来克服土对桩的阻力，使桩沉到预定的深度或达到持力层的一种打桩施工方法。锤击沉桩是混凝土预制桩常用的沉桩方法，它施工速度快，机械化程度高，适用范围广，但施工时有冲撞噪声和对地表层有振动，在城区和夜间施工有所限制。打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置。桩锤可选用落锤、汽锤、柴油打桩锤和振动锤。落锤一般由铸铁制成。有穿心锤和龙门锤两种，重5～20KN 。它利用绳索或钢丝绳通过吊钩由卷扬机沿桩架导杆提升到一定高度，然后自由落下击打桩顶。汽锤是以高压蒸汽或压缩空气
为动力的打桩机械，有单动汽锤和双动汽锤两种(如图1) 。
图1 汽锤
（a ）单动汽锤(b)双动汽锤
1-汽缸2-活塞3-活塞杆4-桩5-活塞上部6-换向阀门7-锤的垫座8-冲击部分
柴油打桩锤利用燃油爆炸来推动活塞往返运动进行锤击打桩，柴油桩锤与桩架、动力设备配套组成柴油打桩机。振动锤是利用机械强迫振动，通过桩帽传到桩上使桩下沉。锤重选择应根据地质条件、工程结构、桩的类型、密集程度及施工条件等选用。
桩架是支持桩身和桩锤，在打桩过程中引导桩的方向及维持桩的稳定，并保证桩锤沿着所要求方向冲击的设备。用钢材制作，按移动方式有轮胎式、履带式、轨道式等。一般由底盘、导向杆、起吊设备、撑杆等组成。应根据桩的长度、桩锤的高度及施工条件等选择桩架和确定桩架高度。
桩架的高度=桩长＋桩锤高度＋滑轮组高＋起锤移位高度＋安全工作间隙
四、打桩施工常见问题的分析
在打桩施工过程中会遇见各种各样的问题，例如桩顶破碎，桩身断裂，桩身位移、扭转、倾斜，桩锤跳跃，桩身严重回弹等。发生这些问题的原因有钢筋混凝土预制桩制作质量、沉桩操作工艺和复杂土层等三个方面的原因。打桩过程中如遇到上述问题，都应立即暂停打桩，施工单位应与勘察、设计单位共同研究，查明原因，提出明确的处理意见，采取相应的技术措施后，方可继续施工。
（1
）桩顶破碎
打桩时，桩顶直接受到桩锤的冲击而产生很高的局部应力，如果桩顶钢筋网片配置不当、混凝土保护层过厚、桩顶平面与桩的中心轴线不垂直及桩顶不平整等制作质量问题都会引起桩顶破碎。在沉桩工艺方面，若桩垫材料选择不当、厚度不足，桩锤施打偏心或施打落距过大等也会引起桩顶破碎。
（2
）桩身被打断
制作时，桩身有较大的弯曲凸肚，局部混凝土强度不足，在沉桩时桩尖遇到硬土层或孤石等障碍物，增大落距，反复过度冲击等都可能引起桩身断裂。
（3）桩身位移、扭转或倾斜
桩尖四棱锥制作偏差大，桩尖与桩中心线不重合的制作原因，桩架倾斜，桩身与桩帽、桩锤不在同一垂线上的施工操作原因以及桩尖遇孤石等都会引起桩身位移、扭转或倾斜。
（4）桩锤回跃，桩身回弹严重
选择桩锤较轻，能引起较大的桩锤回跃；桩尖遇到坚硬的障碍物时，桩身则严重回弹。
结论与总结：
高层建筑重心高，对倾斜十分敏感，且在风和地震水平荷载作用下会产生巨大的倾覆力矩，故其对基础的承载力、稳定性和差异沉降要求很高。因此桩基础施工对整个建筑施工具有重要的影响，在施工过程中要做好充足的准备工作，同时进一步做好桩基础的优化设计。
参考文献：
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