高層建筑沖孔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

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近年來(lái)我國(guó)城市快速發(fā)展使得可用城市土地越來(lái)越少，而城市人口的不斷增加，使得原本不多的人均土地變得更少。為了緩解城市人口增加帶來(lái)的人均土地減少，市政部門一方面擴(kuò)大城市面積，將原有近郊開發(fā)，提高城市土地面積。另一方面積極進(jìn)行老城區(qū)改造，通過(guò)高層建筑的建設(shè)將土地使用率提高。在進(jìn)行高層建筑時(shí)沖孔灌注樁是高層建筑樁基工程中使用比較廣泛的一種樁型。高層建筑物，因其對(duì)地基和基礎(chǔ)的承載能力和變形（豎向下沉及水平位移）的要求較高，大直徑、深長(zhǎng)或嵌巖灌注樁往往成為高層建筑地基處理的主選方案。

　　一、我國(guó)高層建筑沖孔灌注樁應(yīng)用現(xiàn)狀分析

　　在高層建筑、舊城改造的樁基礎(chǔ)中，沖孔灌注樁以其低噪音、對(duì)周圍環(huán)境影響較小、無(wú)擠土效應(yīng)等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的沖（鉆）孔灌注樁的施工工藝在成孔中，為避免塌孔必須采用泥漿護(hù)壁，但由于泥漿護(hù)壁所形成的泥皮影響了樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮；同時(shí)由于施工工藝上的原因，孔底沉渣不易清除，也影響了樁端阻力的發(fā)揮。因此目前較為常用的方法是在沖孔灌注樁上采用后壓漿技術(shù)，其主要目的就是減輕或消除樁側(cè)泥漿護(hù)壁和孔底沉渣對(duì)單樁極限承載力的影響，提高單樁承載力。采用沖（鉆）孔灌注樁，可穿越所有土層，但成孔時(shí)要采用泥漿護(hù)壁會(huì)影響樁的承載力，樁底沉渣也不易清除，如果樁端要進(jìn)入風(fēng)化巖層則造價(jià)較高。如果將樁端持力層選擇在礫卵石層上，同時(shí)采用后壓漿技術(shù)，則可大大縮短樁的長(zhǎng)度，通過(guò)注漿可消除或擠密樁側(cè)泥皮和樁底沉渣并提高礫卵石層的樁端承載力，從而較大幅度地提高單樁承載力，減少工程造價(jià)。

　　二、高層建筑沖孔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

　　在進(jìn)行高層建筑沖孔灌注樁的設(shè)計(jì)前，要根據(jù)當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗(yàn)和可選的基礎(chǔ)形式結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)情況，并對(duì)工程要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　（一）高層建筑沖孔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

　　在進(jìn)行高層建筑沖孔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，要通過(guò)對(duì)工程所在地地質(zhì)進(jìn)行勘探，確定建筑物地質(zhì)情況。然后確定樁基的選用，對(duì)于建筑物所受荷載大、變形控制嚴(yán)格以及工程擬建地地質(zhì)較差的情況，要通過(guò)多種灌注樁的復(fù)合使用來(lái)達(dá)到建筑目的。通過(guò)分析和調(diào)查確認(rèn)沖孔灌注樁位置與根數(shù)，然后對(duì)其進(jìn)行有效計(jì)算。首先對(duì)樁長(zhǎng)進(jìn)行確定，然后估算單樁極限承載力。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)公式Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp（d＜800mm），（d≥800mm）計(jì)算樁的豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。另外還要多注意對(duì)各分項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行考慮。隨著活載變異系數(shù)的增大，樁側(cè)阻、端阻和承臺(tái)底土反力分項(xiàng)系數(shù)均減少，恒載分項(xiàng)系數(shù)也相應(yīng)減小，而活載分項(xiàng)系數(shù)則隨之增大。隨著承臺(tái)底土摩擦角或粘滯力的變異性增大，樁側(cè)阻、端阻、恒載效應(yīng)、活載效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)均隨之減少，承臺(tái)底土反力分項(xiàng)系數(shù)相應(yīng)增加。

　　在高層建筑沖孔灌注樁設(shè)計(jì)完成后為確保樁基質(zhì)量萬(wàn)無(wú)一失，需從總數(shù)樁中按1％的比例且不應(yīng)小于3根（工程總樁數(shù)在50根以內(nèi)時(shí)不應(yīng)少于2根）抽選工程樁作為試驗(yàn)樁，待試樁靜載檢測(cè)合格后方可全面施工樁基。

　?。ǘ└邔咏ㄖ_孔灌注樁設(shè)計(jì)中關(guān)于質(zhì)量控制的注意事項(xiàng)

　　高層建筑沖孔灌注樁質(zhì)量控制的注意事項(xiàng)，首先要對(duì)造孔進(jìn)行質(zhì)量控制。造孔質(zhì)量包括:孔位偏差、樁孔垂直度偏差、孔徑偏差及孔深與孔底沉渣厚度問(wèn)題等。根據(jù)相關(guān)規(guī)范中的允許值對(duì)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行規(guī)定，在實(shí)際工程施工過(guò)程嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行控制。對(duì)于沖孔灌注樁質(zhì)量影響的另一個(gè)因素是清孔質(zhì)量，在鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，在灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度應(yīng)符合下列規(guī)定:端承樁≤50mm;摩擦端承、端承摩擦樁≤100mm;摩擦樁≤300mm。為此，在清孔過(guò)程中應(yīng)不間斷地置換泥漿，直至澆注水下混凝土，并保持孔底500mm以內(nèi)的泥漿比重<1.25，含砂率≤8%，粘度≤28s。這些數(shù)據(jù)及要求在進(jìn)行灌注樁設(shè)計(jì)的時(shí)候都要考慮進(jìn)去，以此來(lái)確定孔深等數(shù)據(jù)。另外對(duì)于混凝土拌制質(zhì)量在設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)考慮進(jìn)去，由于灌注混凝土工藝的特殊性，其對(duì)混凝土的性質(zhì)及拌制質(zhì)量有如下一些特定要求:①混凝土的強(qiáng)度應(yīng)比設(shè)計(jì)強(qiáng)度提高5MPa;②混凝土的坍落度宜為18~22cm，并有一定的流動(dòng)保持率，坍落度降至15cm的時(shí)間不宜小于1h，擴(kuò)散度宜為34~38cm;③混凝土的初凝時(shí)間應(yīng)滿足整個(gè)灌注過(guò)程（從攪拌第1斗混凝土開始至灌完最后1斗混凝土并拔出導(dǎo)管為止），一般為3~4h，如運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，一般宜在混凝土中摻加緩凝劑。

　?。ㄈ╆P(guān)于高層建筑沖孔灌注樁灌注設(shè)計(jì)分析

　　由于高層建筑沖孔灌注樁是整個(gè)工程質(zhì)量的關(guān)鍵，因此針對(duì)混凝土的灌注也應(yīng)在事前進(jìn)行優(yōu)良的設(shè)計(jì)，根據(jù)有關(guān)規(guī)定的相關(guān)要求，設(shè)計(jì)出適宜工程的混凝土混合比例、灌注量、混凝土攪拌時(shí)間等，根據(jù)不同的地質(zhì)情況及工程情況進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)良好的混合量，將灌注間歇時(shí)間控制在15min之內(nèi)，最多不得超過(guò)30min，每根樁整個(gè)灌注過(guò)程應(yīng)盡可能控制在4~6h以內(nèi)完成，以保證混凝土的均勻性。這就要求在施工前將單根樁及所用混凝土進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)前期的設(shè)計(jì)規(guī)劃及施工前的計(jì)算做好混凝土的混合工作。而且混凝土滯留空氣的時(shí)間對(duì)于混凝土的強(qiáng)度有一定的影響，因此根據(jù)混凝土應(yīng)在1.5h內(nèi)灌注完畢，夏季應(yīng)在1.0h內(nèi)灌完的要求，要結(jié)合灌注樁的要求進(jìn)行混凝土混合，否則應(yīng)摻加緩凝劑。混凝土應(yīng)灌注至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上規(guī)定的高度，以保證設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以下混凝土的質(zhì)量。

　　三、高層建筑沖孔灌注樁試樁過(guò)程——設(shè)計(jì)效果的檢驗(yàn)

　　一般在進(jìn)行高層建筑沖孔灌注樁工程施工中，工程壓漿管多用鋼管制作，壓漿管固定焊于鋼筋籠上，上端止于距地表0.2-0.3m，以防移機(jī)或調(diào)換機(jī)具鉆桿等情況下被損壞，樁端壓漿管低于樁端50mm，并用特制的樁側(cè)壓漿閥和樁端壓漿閥與壓漿管相連。為防堵管，可以將把樁端壓漿管改為大口徑主樁端壓漿管和小口徑次樁端壓漿管，以防堵管影響壓漿質(zhì)量。為保證注漿通道的通暢，檢查注漿管是否連通，并將泥渣及泥皮的細(xì)粒推至外圍，注漿前必須進(jìn)行壓水試驗(yàn)。同時(shí)記錄壓水試驗(yàn)的穩(wěn)定壓力，其穩(wěn)定的注水壓力可作為注漿施工的初始注漿壓力。壓水壓力以壓通為準(zhǔn)，個(gè)別不通暢的注漿管，壓水壓力采用10MPa，多次反復(fù)進(jìn)行直到壓通，以保證注漿的順利進(jìn)行，確保注漿質(zhì)量。成樁1周后進(jìn)行注漿，每根樁注漿時(shí)間為1—2小時(shí)。壓力注漿以壓水試驗(yàn)的穩(wěn)定壓力1.5MPa為初始注漿壓力，以終壓漿壓力大于2.5MPa和注漿量為1000kg水泥量作為施工的控制指標(biāo)。對(duì)個(gè)別樁注漿壓力低于2.5MPa，灌入量較大的樁，當(dāng)?shù)孛嫖闯霈F(xiàn)冒漿時(shí)，可適當(dāng)提高水泥的灌入量，一般控制在2000kg左右;對(duì)注漿壓力高于7MPa，可灌性差的樁，現(xiàn)場(chǎng)采用濃漿、慢速灌注及注注停停間歇注漿的辦法，其終止時(shí)間以注漿壓力控制，最大注漿壓力不高于10MPa，且水泥量不少于800kg。每根樁注漿完畢，立即將注漿管擰上堵頭，以防回漿，影響注漿效果。最終通過(guò)檢測(cè)來(lái)測(cè)試高層建筑沖孔灌注樁設(shè)計(jì)時(shí)候達(dá)到工程要求。

　　結(jié)論

　　高層建筑沖孔灌注樁是整個(gè)工程設(shè)計(jì)與施工的重點(diǎn)，其對(duì)于整個(gè)工程質(zhì)量有著重要的影響。因此在進(jìn)行高層建筑沖孔灌注樁的設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮建筑擬建地的地質(zhì)情況與建筑施工地區(qū)的氣候特點(diǎn)，將灌注中的各個(gè)環(huán)節(jié)充分考慮進(jìn)去，以保障工程施工的質(zhì)量。

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