高层建筑桩基础

周向欣 霍君英

（石家庄经济学院工程学院，河北，石家庄，050031）

摘要：在高层建筑基础施工中，由于上部传来的荷载非常巨大，少则几百吨，多则上万吨，要承担如此巨大的荷载，一般的地基是难以承担的，而对于软弱地基就更不可能了。因此，对地基进行加固处理，以达到设计地基承载力及沉降的要求，就显得非常重要。文章就对地基的加固处理进行研究，通过细致的理论分析，提出合理的施工方案。

关键词：高层建筑；地基加固；分析；方案

我国地形地貌复杂，人口众多，人口密集程度不一。在人口过于密集的地区，不得不在承载力不能达到要求的地方建设住宅，兴建厂房，于是就必须对地基进行加固处理。同时，我国现存大量21世纪70－80年代甚至更早时期建成的房屋。目前，这些房屋多已陈旧过时，其中部分还因房屋自身原因和外部自然环境作用，出现了一些影响安全和使用的质量问题。这类房屋的处理涉及社会效益、经济效益、环境效益，关系工农业生产和人民生活的重要问题，这就需要对其进行加固改造。对旧有建筑物采用加固改造的方法，可以节俭经费，与新建建筑相比，加固改造的施工量不大，施工工期短，对生产影响也小，一般情况下不需要长时间停产，必要是也可以调整施工方法，实现不停产施工。建筑物的加固改造有许多优点和优势，特别是生产中的工厂可以用很短时间甚至不用停产就能进行加固，其经济效益和社会效益十分明显。综上所述，随着我国建筑事业的突飞猛进发展，防渗加固技术在土木工程、水利工程的应用将越来越广泛。

1桩基础在地基加固中的作用

   当天然地基不足以满足工程要求而考虑采取地基加固处理措施时，往往会同时采取某种基础工程方案的适宜性，并在对各个方案进行技术经济对比，选择最优的一种。

   在地基加固处理方案中，用振冲法形成的碎石桩（墩），以及采用桩墩支撑基础以取代天然地基的方案是极为常见的现象。所以，基础方案的论证常是地基评价的自然延伸和必然结果。地基与基础两者从结构工程角度来说是可以截然化分的，但从岩土工程角度来说，经常是不可分的。在英语术语中，“地基”与“基础”均用”foundation”一词，也可以说明在实用习惯上两者的一体性。

   桩基础是表明地基与基础一体性最突出的实例。在建筑结构设计中，通常是把“桩”作为基础分离的构件，并且必须设置桩承台，以便处理基础与桩身的连接问题，所以，从结构设计角度来看，不论什么形式的桩基（包括石灰桩等）均应属承托基础的物质。但是，从土力学角度来看，桩基又把上部建筑物的荷载全部传递给岩土地基，使地基强度与变形经受着考验。因此，桩基又可看成是基础。在实际工程中，上述两种观点的矛盾就在具体设计中通过桩与土的协同作用、桩基与基础的协同作用，而统一起来了。

2 主要技术要求

  在目前技术条件下，可供选择的方案很多，如打桩（钢板桩、混凝土预置桩、沉管混凝土灌注桩等）、基础换填土、整体式基础等，究竟选择哪种方式，要根据工程地质特征、业主经济能力、设计部门的能力经验、工程所在地区的经验习惯、施工单位能力（施工单位往往对某一专业实力较强）等进行选择。而在诸多方案中预制桩和混凝土灌注桩方案被较多采用。但不论采用何种方案，必须考虑技术与经济的最佳组合，也就是既要讲究技术方案的可靠性，又要力求技术方案的经济合理性。

表1 预制桩制作允许偏差

 2.1.1 预制桩的特点

（1）       桩的单位面积承载力较高。由于其属挤土桩，桩打入后其周围的涂层被挤密，从而提高地基承载力。

（2）       桩身质量易于保证和检查；适用于水下施工；桩身混凝土的密度大，抗腐蚀性能强；施工功效高。因其打入桩的施工工序较灌注桩简单，工效也高。

（3）       预制桩单价较灌注桩高。预制桩的配筋是根据搬运、吊装和压入桩时的应力设计的，远超过正常工作荷载的要求，用钢量大。接桩事，还需增加相关费用。

（4）       捶击和振动法下沉的预制桩施工时，震动噪音大，影响周围环境，不宜在城市建筑物密集地区使用，一般需改为静压桩机进行施工。

（5）       预制桩是挤土桩，施工时易引起周围地面隆起，有时还会引起已就位邻桩上浮。

（6）       受起吊设备能力的，单节桩的长度不宜过长，一般为10余米。长桩需接桩时，接头处形成薄弱环节，如不能确保全桩长的垂直度，则将降低桩的承载能力，甚至还会在打桩时出现断桩。

（7）       不宜穿透较厚的坚硬地层，当坚硬地层下仍存在需穿过的较软弱层时，则需辅以其他施工措施，如采用预钻孔（常用的引孔方法）等

2.1.2 预制桩适用条件

（1）       持力层上覆盖为松软土层，没有坚硬的夹层。

（2）       持力层顶面的土质变化不大，桩长易于控制，减少截桩或多次接桩

（3）       水下桩基工程

大面积打桩工程。由于此桩工序简单，工效高，在桩数较多的前提下，可抵消预制价格较高的缺点，节省基建投资。

   （5）工期比较紧的工程，因已在工厂预制，缩短工期。

桩在现场预制时，应对原材料，钢筋骨架，混凝土的强度进行检验；采用工厂生产的 成品桩时，桩进场后应进行外观及尺寸检查，也可以在现场支模预制。施工中应对桩体垂直度，沉桩情况，桩顶完整状况，接桩质量进行检查。对电焊接桩，重大工程应做％10的焊缝探伤检查，施工结束后，应对桩体质量作检验。

2.2 灌注桩的特点及适用条件

2.2.1灌注桩的特点

（1）       适用于不同土层

（2）       桩长可因地改变，没有接头。目前钻孔灌注桩的直径已达2.0米，有的桩长可达88米，如上世纪80年代修建的济南黄河斜张桥的钻孔灌注桩直径为1.5米，长达82—88米。

（3）       仅承受轴向压力时，只需要装置少量构造钢筋。需配置钢筋笼时按工作荷载进行布置，节约了钢材（相对于预制桩是按吊装，搬运和压桩应力来设计钢筋）

（4）       单桩承载力大（采用大直径钻孔和控孔灌注桩时）

（5）       正常情况下比预制桩经济

（6）       桩身质量不易控制，容易出现断桩，缩颈，露筋和夹泥的现象

（7）       桩身直径较大，孔底沉积物不易清除干净（除人工挖孔灌注桩外），因而单桩承载力变化较大

（8）       一般不易用于水下桩基，容易出现不良现象。但在桥桩（大桥）施工中，有采用钢围堰（大型桥梁）中进行水钻灌注桩施工，如南京长江二桥桩施工时，采用大直径围堰，然后再围堰中进行水钻灌注桩施工工艺，确保桩基施工的质量。

2.2.2灌注桩的使用条件

（1）       沉管灌注桩 此类桩的适用条件基本同于预制桩。现已广泛用于南京的多层住宅中，有时采用单打，有时采用复打工艺，主要依据土层的松软程度和单桩承载力来决定。

（2）       水钻孔灌注桩 此类桩除了在碎石土，自重湿陷性土，砾石层中不宜使用，其余土层基本都使用目前，对单桩承载力较大的高层建筑，大跨度工业厂房，大型桥梁等工程中，基本使用了水钻孔灌注桩

（3）       螺旋钻孔灌注桩适用于基本无地下水，且桩长有一定，一般不能穿过砾石层，这种桩型属于非挤土型干钻孔桩，不需要泥浆护壁，因此施工周期比水钻孔桩要短，现场无泥浆污染，如南京地铁指挥中心工程，使用这种桩型，还有机动洛阳铲成孔灌注桩，其适用条件基本同螺旋钻孔灌注桩，此桩在中小建筑中使用较广。

（4）       人工控孔灌注桩 此桩适用于地下水较少，对安全的要求较高，如有害气体，易燃气体，孔内气体稀薄等，尤其在有地下水时需边抽边控，因此对漏电保护等也有特殊要求。人工钻孔灌注桩不适用于砂土。碎石土和较厚的淤泥质土层等。

2.3  预制桩灌注桩技术性分析

     从实验表明，无论采用预制桩还是灌注桩都能满足建筑物承载力要求，但是究竟采用预制桩还是采用灌注桩的情况又各有不同

采用预制桩，可以在桩顶做承台，承台顶面再做地下室板，这样地下室板仅考虑承担地下水的压力，所以板厚变薄，配筋减少；同时，还可以把上部结构重量通过框架柱直接传到桩上，这样建筑受力很好；此外，预制桩长度比灌注桩大，桩端承载力更优越，可保证建筑的安全稳固性。

采用灌注桩，从直观上看，有造价低，施工相对容易（一般在-30米内如此）的特性。但是在相同断面及相同桩长的情况下其桩端承载力往往低于预制桩。这是因为在灌了混凝土后拔管过程中挤压力有了一定的释放，相应桩摩擦力减弱，同时，桩端阻力也因挤压力的释放而沉管灌注桩有所递减，这已经在大量的工程实践中得到了证明 

2.4预制桩，灌注桩经济性分析

技术上的可靠性只有与经济上的合理性有机结合起来才可谈项目的可行性。从一般的桩基础处理来看（地基较差，但上部建筑重量不是很大的情况下），灌注桩的价格要比预制桩的低，这已经是不争的事实，但对于建筑物上部荷载很大，地基承载力要求很高的桩基础，是选择预制桩还是选择灌注桩要结合各种情况来决定，还要考虑建筑物的传力方式，基体结构类型等因素。同时，预制桩和灌注桩的比较，不仅仅是桩身本身的比较，还要比较因选择不同的桩基形式导致上部基础形状不同所产生的费用差异，因此要综合考虑全其经济性。

3 结束语

经过分析及预算，预制桩或灌注桩的使用，不是简单的说那哪个好哪个不好，而是要必须以尊重科学尊重设计为原则，从工程的特性出发，根据工程地质资料，工程规范大小。工程结构特征，设计及施工状况，业主要求，地方特征等综合分析，力求达到目标利益最大化，真正做到技术与经济的有机结合