建筑工程桩基础施工处理技术分析

【摘 要】本文根据某住宅工程的基本情况与地质分析，确定了该项目桩基础施工处理中应采取的技术，并详细阐述了该技术的设计与施工工艺，通过分析比较证明该技术的经济性，可供类似工程借鉴参考。

【关键词】桩基处理；施工工艺；建筑项目

1 工程概况

某工程1，4号高层住宅楼均为主体地上22层、地下2层，基底标高－7.100m，剪力墙结构。1号住宅楼东西长33.7m，南北宽17.4m；4号住宅楼东西长56.5m，南北宽17.5m。

建设场地位于黄河冲积平原，自然地面标高约－1.300m，自上而下分布有①杂填土、②粉土、②1粉质黏土、③粉质黏土、④粉土、④1粉质黏土、⑤粉细砂、⑥粉质黏土、⑦粉土、⑧粉质黏土、⑨粉砂、⑩黏土、11粉土、12黏土。各层土均为第四纪全新统沉积物，地下水类型为第四系孔隙潜水，埋深3.00m。

2 设计技术

原设计桩基采用钻孔灌注桩，混凝土强度等级C25，桩径0.6m，桩长22m，以⑤粉细砂为持力层，单桩竖向抗压极限承载力标准值2100kN。2栋住宅楼共布置659根钻孔灌注桩，其中1号住宅楼286根、4号住宅楼373根。

管桩水泥土复合基桩承载性能试验结果表明，与钻孔灌注桩相比具有性价比高、无泥浆污染等优点，故桩基设计改为管桩水泥土复合基桩（见图1），桩径1m，桩长21m，植入PHC-AB400（95）-14，单桩竖向抗压极限承载力标准值6000kN。桩基进入⑤粉细砂（持力层）约10m，其中高强预应力管桩进入⑤粉细砂约3m。高喷搅拌水泥土桩固化剂采用P?O42.5普通硅酸盐水泥，平均掺入量500kg/m3，水灰比1，28d龄期立方体抗压强度平均值≥6MPa。2栋住宅楼共布置240根管桩水泥土复合基桩，其中1号住宅楼104根、4号住宅楼136根。

图1 管桩水泥土复合基桩结构

根据设计要求，施工了4根试桩进行破坏性试验。试验结果表明，单桩竖向抗压极限承载力为6300～6900kN，均满足设计要求的6000kN，破坏形式为桩头材料被压碎，说明桩侧阻力对应承载力大于桩身材料强度对应承载力。为了提高桩身材料强度，确保工程安全，经专家论证会讨论决定高强预应力管桩改用PHC-AB500（100）-14，并在其内腔通长填入C40混凝土。

3 施工技术分析

3.1 桩工机械

管桩水泥土复合基桩施工机械有组合式与一体式2种，本工程采用2套高喷搅拌水泥土桩施工机械和一套高强预应力管桩施工机械组合施工。其中，高喷搅拌水泥土桩施工机械以三支点式履带打桩机为桩架进行改装，选用可承受大扭矩的厚壁大直径钻杆，在钻杆顶端设置大功率动力头，在钻杆底端设置具有喷射搅拌功能的特制钻头；高强预应力管桩施工机械采用普通静力压桩机。

3.2 施工工艺

管桩水泥土复合基桩施工包括高喷搅拌水泥土桩施工和同心植入高强预应力管桩两步。高喷搅拌水泥土桩施工采用下沉-提升1个循环以及局部复喷复搅工艺，具体工艺如下：施工机具就位、调平同时制备水泥高压喷射搅拌钻进下沉复搅复喷，高压喷射搅拌提升关闭高压喷射搅拌设备移位进行下一根桩施工。高强预应力管桩同心植入高喷搅拌水泥土桩与常规施工工艺类似，具体工艺如下：施工准备测量放线桩机就位吊桩定位沉桩送桩终止条件。但在沉桩时间间隔、桩位偏差控制等方面有特殊要求。

3.3 技术难点

1）喷浆工艺

为保证桩身喷搅均匀、减小返浆量，采用在钻进下沉过程中保持小流量喷浆避免喷嘴堵塞、钻杆提升与复搅复喷过程中大流量喷浆控制成桩直径的喷浆工艺。

2）沉桩时间间隔

为防止植入高强预应力管桩时造成水泥土开裂或沉桩不到位，影响成桩质量，推荐高喷搅拌水泥土桩施工完成与高强预应力管桩植入完成之间的时间间隔为1h，最大2h。

3）桩位偏差

应同时控制高喷搅拌桩与高强预应力管桩施工桩位偏差与垂直度，但以控制高强预应力管桩桩位偏差为主，以高强预应力管桩为中心测量管桩水泥土复合基桩有效桩径达到设计要求即可。

4 效果分析

4.1 承载力与桩位偏差

工程桩验收采用单桩竖向抗压静载试验，每栋楼进行4组试验，其中1-105，4-137号桩为2根验证沉桩阻力的试桩。试验时首先在管桩水泥土复合基桩桩头铺设20～30mm厚中粗砂找平层，然后再铺设直径1m的刚性载荷板施加荷载。在4-104，4-137桩的高喷搅拌水泥土中埋设了土压力盒，以测量荷载分担比。

单桩竖向抗压静载试验结果如图2所示，单桩竖向抗压极限承载力为6720～9019kN，均大于设计要求的6000kN；其中4-11，4-137号桩在荷载超过6000kN后变形较大是由于桩头处理不平整、局部水泥土被压碎所致。荷载分担比例测试结果如图3所示，高强预应力管桩承担荷载比例均＞70%，即在刚性基础下高强预应力管桩承担主要荷载，说明桩位偏差控制以高强预应力管桩为主合适。

基槽开挖后测量桩位偏差为0～100mm，均满足《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008的相关要求；以管桩外沿为基准，实测高喷搅拌水泥土的有效宽度均＞250mm，说明管桩水泥土复合基桩有效桩径均满足设计要求的1m。

4.2 沉降观测

目前2栋住宅楼均已施工至主体地上21层，各观测点沉降值及相邻观测点倾斜变形值如图4所示，1号住宅楼沉降7.39～25.96mm，相邻观测点倾斜为0.18‰～1.25‰，4号住宅楼沉降10.18～24.26mm，相邻观测点倾斜为0.01‰～0.69‰，基础沉降量与倾斜均小于《建筑地基基础设计规范》GB50007—2002规定的允许值。

4.3 经济分析

统计本工程240根管桩水泥土复合基桩施工效率，最小值为1.45m/h，最大值为7.64m/h，平均值为4.84m/h，标准值为4.73m/h。统计同等长度钻孔灌注桩施工效率，采用正循环方法施工时为2.0～2.6m/h，采用潜水钻机方法施工时为5.0～6.7m/h。可见，管桩水泥土复合基桩组合式机械施工效率与同地区钻孔灌注桩施工效率相当，随着一体式机械的应用、施工技术优化以及工人熟练程度的提高，施工效率会进一步提高。

按照市场价计算2栋住宅楼原设计钻孔灌注桩单位极限承载力造价为25.18元/10kN。根据本工程实际造价计算管桩水泥土复合基桩单位极限承载力造价为16.32元/10kN，较钻孔灌注桩节省约35%。

5 结语

综上所述，管桩水泥土复合基桩与其它桩基技术相比具有明显的经济优势，它的施工效率与同地区钻孔灌注桩相当，单位承载力造价节约35%，并且单桩竖向抗压极限承载力、桩位偏差、基础沉降量与倾斜均满足设计与规范要求。

参考文献

[1]宋义仲，马凤生，赵西久，等.填芯管桩水泥土复合基桩及施工方法：中国，ZL201010189668.7[P].2011-08-24.

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[3]宋义仲，马凤生，赵西久，等.管桩水泥土复合基桩技术研究与应用[R].济南：山东省建筑科学研究院，2011.