土木工程建设中桩基础施工技术分析

土木工程建设中桩基础施工技术分析

曾繁亮

中国三冶集团有限公司 辽宁省鞍山市 114000

摘要：在土木工程领域，地基与基础施工是确保建筑物稳定与安全的关键环节。地基的稳定性受到地质条件、地下水位、施工技术等多种因素的影响，可能导致建筑物出现沉降或倾斜等问题，这些问题若处理不当，会对建筑物的安全构成严重威胁。因此，提升地基承载力和稳定性是土木工程施工中的一个重要课题。桩基础施工技术是处理地基问题的有效手段，广泛应用于土木工程中。本文将探讨桩基础施工技术在土木工程中的应用，包括其工作原理、施工流程、质量控制以及在不同地质条件下的应用策略，旨在为土木工程从业人员提供参考。

关键词：土木工程；地基与基础施工；桩基础施工技术；应用

在土木工程领域，地基与基础是建筑物的支撑结构，其稳定性直接关系到建筑物的安全与使用。桩基础作为地基与基础的重要组成部分，因其承载力强、适应性广、能应对复杂地质条件等优势，在土木工程中得到广泛应用。桩基础施工技术通过将桩体深入地下，将上部结构的荷载传递至深层稳定土层或岩石层，从而增强建筑物的整体稳定性和承载力。此外，桩基础施工技术还具有施工效率高、对环境影响小等特点，使其成为现代土木工程中不可或缺的技术之一。在实际应用中，桩基础施工技术不仅需要考虑技术层面的因素，还应综合考虑经济成本、施工周期、环境影响等多方面因素。合理的设计和施工方案能够有效降低工程成本，缩短工期，并减少对周围环境的负面影响。因此，土木工程从业人员在应用桩基础施工技术时，应充分了解和掌握相关技术知识，结合具体工程实际情况，制定出科学合理的施工方案。

1.土木工程中的桩基础施工技术概述

在现代土木工程领域，桩基础施工技术按照成孔方法不同主要包含预制桩和挖孔桩两种主要形式。桩基础结构一般由承台和基桩构成。承台分为高承台和低承台两种，高承台底部高于地面，导致部分桩身露出地面，而另一部分则埋入土中。低承台则完全埋于地下，主要用于支撑高层建筑和复杂施工项目，特别是在特定地质条件下。

2.桩基础施工技术分类

2.1沉管灌注桩技术

沉管灌注桩是土木建筑工程中众多类型桩基础中的一种，它不仅适用于多种复杂的地质条件，而且在提高建筑物稳定性方面发挥着重要作用。施工方法包括单打法、复打法和反插法等，每种方法都有其特定的应用场景和优势，施工工艺如图1所示。单打法特别适用于低含水量土层，通过沉管设备垂直插入土壤，并注入浆料以形成坚实的基础。这种方法能够有效地减少土壤的扰动，从而保证了基础的稳定性和承载力。复打法和反插法则适用于饱和土壤等特殊地质条件，通过反复敲击或反向提升管道来压实土壤，增强桩身的承载力。这两种方法能够有效地处理土壤的饱和状态，确保桩基在复杂地质条件下的稳定性和可靠性。

图1 沉管灌注桩施工

2.2人工挖孔灌注桩技术

人工挖孔灌注桩技术在土木工程中应用较为广泛，特别是在地质条件复杂和施工空间受限的情况下，它显示出了独特的优势。混凝土护壁因其耐久性和施工简便性而成为最常用的护壁方法之一。在钻孔过程中，混凝土分段形成连续的防护墙，有效防止孔壁倒塌，确保施工安全。同时，混凝土护壁还能提升桩的承载能力和基础的整体稳定性。在桩的净间距小于2.5米时，相邻桩孔的相互影响会增加，可能导致井壁坍塌等安全事故。因此，相邻桩孔的施工间隙必须保持在5米以上，以减少相互干扰，确保施工安全。但其劳动条件差，劳动力消耗大，危险性较高，已被住建部列入限制使用施工工艺目录。

2.3泥浆护壁灌注桩技术

泥浆护壁灌注桩技术采用泥浆作为护壁介质，有效预防孔壁坍塌，保障施工过程的顺利进行。根据不同的成孔工艺，泥浆护壁灌注桩可分为多种类型，包括正（反）循环钻机、冲击钻机、旋挖钻机、多支盘灌注桩机和扩底机械钻具等。正（反）循环钻机通过泥浆泵循环送入泥浆，利用钻头旋转切削土壤，同时泥浆将土屑带出孔外，形成孔壁，如图2所示。这种方法能够有效地控制孔壁的稳定性，适用于较深的地层。冲击钻机则通过钻头冲击力破碎岩石形成桩孔，泥浆在冲击过程中起到润滑和冷却钻头的作用，同时保持孔壁稳定。旋挖钻机通过旋转切削和挖掘土壤形成桩孔，泥浆同样起到护壁作用。这些方法各有特点，能够适应不同的地质条件和施工需求，为建筑物提供坚实的基础。

图2 泥浆护壁灌注桩施工

2.4预制桩施工技术

预制桩技术是目前广泛使用的桩基础施工方法之一。根据所用材料的不同，预制桩技术主要分为混凝土桩施工和钢管桩施工两大类。混凝土桩因其结构稳定性，在建筑工程中得到了普遍应用。钢管桩施工则涉及在工厂中集中预制，然后运输到施工现场进行安装。钢管桩通常通过锤击或其他有效的沉桩方法，使其深入地基，以达到压缩土体和增强基础承载能力的效果。钢管桩的尺寸和质量直接影响桩基础施工的质量，因此对钢管桩的预制质量有严格要求。只有当钢管桩符合规定的标准，并且尺寸偏差控制在允许范围内，才能确保桩基施工的成功。钢管桩制作的尺寸允许偏差详见表1。

表1  钢管桩制作的允许偏差

3.高层建筑桩基础施工应用分析

3.1工程概述

本文以锦州市太和区生活垃圾焚烧发电项目主厂房桩基础设计为例，本工程为一工业建筑，施工面积超过1.5万平方米，建筑高度50.65米。根据功能区域划分，施工难度较大。考虑到现场实际情况，垃圾仓区域采用天然地基，其他部位采用柱下承台和旋挖桩施工技术。设计桩长为30米，桩径为1.2米，选用C40强度的混凝土。通过采用旋挖桩施工技术设计，提高承载力，使其能够承受更大的负荷。在此基础上进行施工，降低了基础开挖深度，可以有效降低工程施工难度。与传统施工技术相比，旋挖桩基础施工技术在高层房屋建筑施工中具有明显优势，能够显著提高建筑质量，更符合高层房屋建筑施工需求，尽可能减少外界因素对施工质量的影响，确保建成建筑质量达标，同时还能为建设单位创造更高的经济效益。

3.2高层建筑旋挖桩施工设计

（1）负摩阻力的计算

在施工方案设计中，负摩阻力的计算是一个关键环节。计算公式如下：

其中，δ为系数，其取值取决于地质环境。当施工区域的土质为粘性土时，δ的取值范围为0.25至0.4。σ为有效竖向应力，其计算方法需要根据实际情况来确定。当地下水位下降时，计算方法如下：

其中，γ为有效重度，z为研究点的深度。当地面荷载均匀分布时，有效应力的计算公式如下：

其中，p为均布荷载。施工人员需要根据施工区域的地质特征，调整抚摸荷载的计算方法，以提高施工技术的应用效果。

（2）桩布置方案

在使用桩基础施工技术之前，必须分析施工区域的环境特点，并根据调查结果制定桩布置方案，以减少环境对施工的影响，并确保各项施工任务能够顺利进行，保证建筑工程施工质量达到预期目标。首先，计算所需桩的数量，计算公式如下：

其中，F为竖向力，G为自重标准值，N为承载力特征值。根据计算结果确定旋挖桩的数量。其次，桩的中心距应根据桩直径来确定，一般设置为直径的2.5至4.5倍。最后，确定灌注桩的深度，深度标准应基于设计的持力层来确定。在灌注过程中，应随时检测，确认深度符合标准后，才能进入后续施工环节。

3.3施工前准备

桩基础施工是一项复杂的工作，涉及众多因素，因此施工前的准备工作至关重要。首先，必须进行详尽的现场勘察和规划，包括对地理、地质和气候条件的全面了解。通过地质勘探获取地下土层分布和土壤承载力等关键信息，为桩基础设计提供依据。规划工作应包括施工方案的制定、施工顺序的安排以及资源的合理调配，以确保施工的有序和高效。此外，施工前应识别并消除所有施工和安全风险，检查施工文件如建筑材料文件、建筑许可证、施工合同、施工图纸和记录等，确保符合设计要求、政府规定和合同约定。同时，检查相关机械设备，评估其状况，及时发现并解决潜在问题。在施工前的准备阶段，还应特别注意对施工人员进行专业培训，确保他们对施工流程、安全操作规程以及应急预案有充分的了解和掌握，从而在实际操作中能够有效应对各种突发情况。

3.4桩孔护壁施工措施

在成孔过程中，防止出现塌孔、缩颈等质量问题，桩孔护壁措施必不可少。泥浆护壁和钢护筒是防水施工中不可或缺的技术措施，它们分别在防止孔壁坍塌和提供结构支撑方面发挥重要作用。泥浆护壁技术利用特制泥浆形成坚固护壁，有效防止土壤松动或地下水冲刷导致的坍塌，并具有良好的隔水效果。泥浆的特殊配方使其具有良好的粘附性和稳定性，紧密贴合孔壁，形成致密防护层，阻止地下水渗透。钢护筒由高强度钢材制成，具有极佳的强度和稳定性，安装于孔内，提供支撑和保护孔壁的作用。与泥浆护壁相比，钢护筒的结构支撑能力更强，能承受更大的土壤压力和地下水冲击力。在实际应用中，这两种技术措施往往结合使用，以达到最佳的防水效果。此外，施工过程中还应定期检查防水措施的有效性，及时进行维护和调整，确保整个施工过程中的孔壁安全。

3.5桩基质量检验

桩基作为建筑物的基础，其质量直接关系到整个建筑的安全与稳定。桩身轴线与垂直线的偏离程度，也就是我们通常所说的竖直度，是桩基质量检验中一个至关重要的指标。它不仅影响到桩基的承载能力，还与建筑物的抗震性能息息相关。在设计阶段，工程师会根据具体工程的需要，明确每根桩允许的偏差范围。通常，竖直度误差需要控制在一个非常小的范围内，以确保桩基础的稳定性和安全性。在桩基质量检验的过程中，通过使用专业的测量工具来检测桩的竖直度，一旦发现有超出规定范围的偏差，必须及时进行纠正。桩的位置偏差包括单排桩垂直于中心线方向的偏差、群桩基础的边桩位置偏差、条形桩基中心线方向的偏差等。施工团队需要根据设计要求，对这些位置偏差进行精确控制。特别是在涉及多桩、大体积桩基础的工程中，桩的位置偏差对整体结构的影响尤为显著。因此，必须严格控制位置偏差，以确保桩群的整体稳定性和均匀承载能力。为了实现这一点，位置偏差的检查可以借助先进的测量仪器和高精度定位技术，实时监测和修正桩的位置偏差，从而确保整个工程的质量。

3.6钢筋笼吊装作业

钢筋笼作为混凝土结构中的关键组成部分，其施工质量直接影响到整个结构的安全性和稳定性。钢筋笼的施工过程包括钢筋的加工、组装和安装等环节。在有限的现场施工条件下，合理规划施工方案和操作流程显得尤为重要，以确保钢筋笼的顺利吊装。钢筋笼一般在建筑工地现场加工制造，完成后利用汽车式起重机进行吊装。由于钢筋笼可能体积庞大且重量不轻，通常采用分段处理的方式进行安装，将钢筋笼分割成若干段搬运和安装，以适应现场条件并提高施工效率。为了确保钢筋笼与孔中心完美对齐，需要依靠起重机和人工操作的密切配合。施工人员必须协调一致，确保吊装动作准确无误，满足设计要求。焊接工作应由经验丰富的工人进行，以确保焊接质量和操作安全。主筋焊接完成后，使用钢筋卡子、支架或夹具进行固定，并在主筋温度降低后整体下放，以确保钢筋笼的稳固性和安全性。此外，钢筋笼的吊装作业还需要考虑天气条件、现场环境等因素，以避免任何可能影响施工安全和质量的不利因素。

3.7混凝土浇筑

在混凝土浇筑作业开始之前，必须确保桩孔已经彻底清理干净，沉渣厚度满足设计和规范要求。接下来，需要检查桩孔的尺寸和形状是否符合设计规范，以保证混凝土能够均匀地填满整个桩孔。混凝土的制备过程中，施工人员应根据工程的具体需求和地质条件，选择合适的原材料和配比，确保混凝土质量达到设计标准。搅拌过程也需严格控制，以保证混凝土的均匀性和稳定性。在浇筑过程中，控制混凝土的浇筑速度和导管提升速度性至关重要，两者要相互配合，防止下料困难或者断桩等质量问题发生。施工人员应根据桩孔的深度和直径，合理调整浇筑速度，确保混凝土充分填充桩孔并排除空气和水分。浇筑完成后，对桩体进行适当的养护，避免过早加载或扰动，以免影响其强度和稳定性，确保混凝土结构的长期耐用性。

3.7底部封闭处理

在进行桩基础工程的底部封闭处理时，必须根据工程的实际情况和地质条件，慎重选择合适的封闭方法。干封法是一种常见的选择，尤其适用于地下水位较低、孔内干燥的环境。在实施干封法时，会在孔底铺设一层经过精心设计的干硬型混凝土或砂浆，以确保封闭效果。这种方法的优点在于施工简便，成本相对较低，但对材料的选择和配比要求严格，以保证封闭后的强度和稳定性。另一方面，湿封法适用于地下水位较高、孔内有积水的情况。在采用湿封法时，首先需要彻底排除孔内的积水，然后灌注水下混凝土进行封闭。这种方法虽然施工复杂，成本较高，但能够有效应对复杂的地质条件，确保封闭效果的可靠性。在选择封闭材料时，必须优先考虑材料的强度、耐久性和抗渗性。砂、石和水泥等材料应经过严格筛选和配比，以确保封闭后的强度和稳定性。此外，为了进一步提高封闭的抗渗性，可以在混凝土或砂浆中添加适量的防水剂或抗渗剂，从而有效防止水分渗透，增强封闭层的耐久性。有效的底部封闭处理不仅能够改善桩底土层的物理特性，还能显著增强土的稳定性和抗冲刷能力。这对于减少地基液化和沉陷等风险具有重要意义，从而确保整个结构的安全性和可靠性。

结束语

总结起来，桩基础施工技术在土木工程建筑施工中具有不可替代的重要性。它不仅大幅增强了建筑物的稳定性和承载能力，还能够应对各种复杂地质条件，确保建筑项目的安全和质量。通过桩基础施工技术的应用，无论是在软土、砂土还是岩石等不同地基条件下，建筑物都能得到坚实的支撑，进而延长其使用寿命并降低维护成本。随着科技的持续发展和施工技术的不断改进，桩基础施工技术将不断得到改进和创新，为土木工程的可持续发展提供坚实支持。展望未来，应持续深化对桩基础施工技术的研究，结合现代信息技术和新材料的创新，进一步提升施工效率和质量，减少对环境的影响，促进建筑行业向更加绿色、高效的方向发展。

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