岩土工程桩基施工与岩土工程的地基处理

张飞

深圳市盛业地下工程有限公司518000

摘要：改革开放以来，我国的建筑行业取得了巨大的发展，这为我国的经济的发展和人民生活水平的提高奠定了坚实的物质基础。在进行建筑施工时，会遇到各种各样的实际问题，这些问题若得不到有效的解决，将会严重的影响建筑物的质量和寿命。建筑的地基处理技术就是建筑施工中常见的问题之一，本文笔者简要的谈谈岩土工程的地基处理和探析了钢筋混凝土预制桩基础施工技术措施。

关键词：岩土工程；地基处理；简要分析；钢筋混凝土；预制桩；施工技术

一、岩土工程的地基处理难点

1.地质形态问题

结构差异比较大，风化程度、软弱程度、空洞、不明地下物等等，而不同的地区又有不同的地质结构。有岩土体和岩石风化程度的界面划分，地质构造和软弱结构面的判定，不良地质体的地质界面等。不明地下物体、空洞及其分布形态、埋藏位置和深度的确定的问题。

2.岩土参数问题

难于取到原状岩土样和难于进行室、内外试验的岩土层即粗颗粒土、残积土和风化岩等，因此难于确定其岩土设计参数（承载力、变形指标等）。而那些埋藏较深，地质结构复杂而且又难以取到原状的岩土来说很多信息都是不确定的，例如土质松软，结构类型等。

3.勘察技术人员的问题

一些勘察技术人员专业水平能力差，缺乏对各专业的野外和室内勘察原始资料的整理、分析、利用的能力，缺乏辨别真伪、补充印证、归纳总结的能力，缺乏建筑、结构设计各方面的知识，知识面单一，综合能力不强，常造成勘察的目的性不明确，所提供的资料不能满足设计的需要。

4.技术限制

因为地球岩土构造的差异性比较大，全球地质灾害的影响，导致了许多新的问题出现，碰到重大项目和复杂工程时束手无策，还有大型、高层建筑需要有一定的抗震要求等，不知应采用何种技术方法和手段去解决所碰到的技术问题。要想解决这一问题就必须要有更先进的科学技术，而我国原有的技术相对滞后，先进的技术运用面比较窄。

二、岩土工程的地基的基础设计

在岩土工程中，地基的基础设计主要包箱筏基础、和桩基础三个主要部分。

1.箱筏基础

箱筏基础的设计主要包括三方面的内容：一方面是在确定箱形基础的高度时，应该符合地基结构自身的承载能力和高度规范。而且，箱形基础中，底板厚度也要以实际状况为基础，例如受力、刚度以及防水等指标来进行确定。此外，还包括箱形基础正方截面的承载力度，斜方向截面的承载力度的计算等，最主要的是要满足地基受到冲切的力度需求。另一方面是梁板式筏基底板也要够承受住冲切的力度。而且该底板还要同时承受正截面和斜截面双方面的承载力，所以，在设计时，要计算出基础梁的部分位置的承载能力。还有就是平板式筏基的设计，与梁板式筏基基础底板相同，同样要有足够的承载力，满足冲切力度需求，而且，平板式筏基还要计算出边缘的受力程度。

2.扩展基础为了提高扩展基础计算的准确度，首先，根据地基的承载能力和建筑物的变形要求计算出工程的地基基础底面积，然后再计算基础和变阶处的高度。在计算此高度时，要按照冲切和剪切来确定，最后就是按照抗弯得出地基基础底板的配筋。

3.桩基础桩基础的设计包含两部分：第一，在设计桩基时，要对它的极限承载力进行计算，并分析桩基的功能和受力特点，计算桩基的水平和竖向承载力，接着，计算桩基自身的重量。对暴露在土层上面的桩基顶面及侧面部分还应进行压屈计算。第二，当桩基穿越松散填土、湿陷性较严重的黄土或者强度较弱的土层并进入硬度较硬的土层时，桩基的周边存在着软弱土层，且邻近的桩基长期承受较重荷载或面积较大的堆载时，由于地下水水位的下降，导致桩周土中有效应力增加，产生了下沉现象，或者桩基周边土层的下沉比桩基的下沉程度更为严重时，要重视桩摩阻力。

三、岩土工程地基具体处理方法

近些年来随着基建规模的日益扩大，建筑用地资源日趋紧张，为了充分、有效、科学、合理地利用土地资源，建设者们开始考虑采用合适的地基处理技术对一些软弱天然地基进行处理施工，以克服软弱地基出现的变形、强度差、不稳定等问题，对其进行人工加固，以满足建筑物对地基的要求。按照加固原理的不同，可以对地基处理方法进行分类。

换土垫层法

当建筑物基础下的持力层比较软弱，不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用换土回填法来处理。施工时先将基础以下一定深度、宽度范围内的软土层挖去，然后回填强度较大的砂、石或灰土等，并夯至密实。换土回填按其材料分为砂地基、砂石地基、灰土地基等。根据所用土料的不同，垫层主要有素土垫层，砂垫层，碎石垫层（粒径不大于50mm），灰土垫层等类型。换土垫层法的施工步骤是先挖运原软弱土，清净基坑水土，再回填砂石，并逐层振压碾实。

2.预压法

预压法指的是为提高软弱地基的承载力和减少构造物建成后的沉降量，预先在拟建构造物的地基上施加一定静荷载，使地基土压密后再将荷载卸除的压实方法。对软土地基预先加压，使大部分沉降在预压过程中完成，相应地提高了地基强度。预压法适用于淤泥质粘土、淤泥与人工冲填土等软弱地基。预压的方法有堆载预压和真空预压两种。施工时，根据地面沉降和土中孔隙水压力的消散情况，对预压加以控制。这种方法适用于软黏土、粉土、杂填土等。该方法具有使用机具简单、就地取材、工期短、造价低等优点。

3.高压喷射注桨法

高压旋喷注浆法是在化学注浆法的基础上发展起来的。高压喷射注浆就是利用钻机钻孔，把带有喷嘴的注浆管插至土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为2Mpa以上的高压射流，从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体与桩间土一起构成复合地基，从而提高地基承载力，减少地基的变形，达到地基加固的目的。

4.强夯法

强夯法是利用质量8t-10t的重锤从10-20m高度自由下落来夯实土体，夯击土体产生很大冲击能，在地基中产生冲击波和很大动应力，密实土体，从而提高土的强度，降低压缩性。该方法施工简单，加固效果好，对于处理砂性土、非饱和黏性土及杂填土地基效果较好，对非饱和的黏性土地基，一般采用连续夯击或分遍间歇夯击的方法。但它也存在诸多缺点，比如施工噪声大震动大，对周边现有建筑物影响较大，一般不适用于房屋密集区。

四、桩基础的施工步骤

1.选择打桩机

我们根据桩的规格和地基条件：通常选用的是杆式柴油打桩机，根据锤重与桩重的关系选择锤重。

2.现场准备

障碍物的处理：打桩前认真处理高空、地面和地下障碍物。勘察发现桩位处有旧房基础时也要事先清除干净，以免影响打桩质量。此外还要全面检查现场周围有无危房或是否需要加固，避免在打桩过程中由于振动而可能引起的倒塌。

平整场地：打桩机移动的线路做适当平整，不仅有利于机体移动，提高工作效率。还可使桩保持垂直，不至于影响工程质量。至于现场平整范围，可根据需要划定，但地面坡度不得大于1%，平整时对松软土应分层夯实。如有条件可用压路机碾压，以保证夯实质量和提高机械化程度。此外还要修好运输道路。雨季施工时，打桩区域及道路附近要做到排水通畅。

抄平放线：打桩现场近处设水准点，数量不宜少于两个，作为抄平现场和检查桩的入土深度的依据，按建筑物的轴线控制桩定出桩基的每一个桩位（偏差不超过20mm），并经常进行修复，以免出差或遗漏。

3.打桩

打桩顺序：为避免桩体附近的土朝一个方向挤压，有可能使最后的桩难以打入，或者桩的入土深度逐渐减少而使建筑物在将来的某一天产生不均匀沉降，必须严格控制打桩的顺序。施工中根据设计桩图和土的挤实情况。同时考虑便于桩机移动，确定沿建筑物某个方向逐排进行的打桩顺序。

打桩方式：可采用“轻锤高击”或“重锤低击”方式。一般采用后者，因为重锤低击的落距小，可提高捶击频率。桩锤频率高对于较密实的土层较能容易的穿进。根据实践经验落锤高度不易超过1.5m。

桩头处理：由于地质原因，预制桩施工时不易做到使桩进入持力层，满足惯入度的同时，桩顶也在同一个标高水平，因此打完桩后，桩顶高矮不一。另外，根据抗震要求设计者往往将桩拄的主筋插入承台梁或承台板内，这样在灌注承台梁板前必须按具体情况对桩头加以处理。（1）当桩头露出长度与承台梁或板标高基本吻合时，应敲掉桩角使之露出主筋与箍筋，切断桩头四角箍筋。凿掉保护层，将箍筋去掉然后将主筋外扳，用大锤将桩心混凝土打掉，桩顶修平。（2）当预制桩头露出较长时先按主筋锚固长度要求，截掉多余桩身再按上述（1）的处理方法对该桩头进行处理。（3）当桩头进入地表面或低于承台梁或板时，先把桩头打掉200mm，将桩头基本修平，然后用同主筋直径的钢筋把主筋焊接加长，作为锚固主筋，最后浇注承台梁或承台板。对于截掉的桩头，可当作石材。砌入砌石基础中。确保桩头充分利用。（4）打桩质量要求：以最后10锤桩的平均入土深度作为最后贯入度来控制。设计和施工中所控制的贯入度多以合格试桩数据为准。我们实际上采用贯入度不超过20mm/10击为标准。桩的垂直偏差不大于桩长的1%，平面位置偏差不大于100~150mm。此外，打桩的隐蔽工程施工，要如实作好打桩记录，以备工程验收时作为鉴定桩的质量依据之一。

五、钢筋混凝土预制桩基础的施工技术

1.钢筋混凝土桩制作工艺

钢筋混凝土基础是目前普遍采用的一种基础形式。混凝土这种建筑材料应用角弯曲。支好模板是制桩的基础，规范上规定桩身弯曲标高不超过20mm也不大于桩长的1/1000。桩的分节制作过程应避免桩尖在硬持力层中或接近硬持力层，桩尖应对准纵轴线，桩的单节长度应满足桩架的制作场地条件、装卸能力、运输与有效高度等方面的要求。严格保证桩中钢筋的正确位置，钢筋骨架相邻两根主筋接头截面的距离应不小于500mm也不大于35d，接头配置时在同一截面内的数量不能超过50%，连接时应该采用电弧焊或对焊。桩顶1m范围内出现接头，钢筋网的位置要准确，同时要准确确定网格距离，为了防止锤击时打碎桩头，纵向钢筋顶部保护层不应过厚，同时，桩顶、桩纵轴线平面倾斜应大于3mm并且要确保桩接头端面和顶面的平整度。粗集料选用5~40mm的碎石或卵石，同时混凝土强度等级不能低于C30，机械拌制混凝土时，坍落度不大于6cm，混凝土浇筑需要用振捣器仔细捣实且不间断由桩顶向桩尖方向连续浇筑，也应尽量另一端砂浆积聚过多，为使上下桩互相贴合对准要确保接桩接头处的平整。浇筑完毕后养护应不少于7d，采用护盖洒水的方法，蒸养养护后，也应该进行适当的自然养护，30d后才可使用。现场运距较近时可以使用轻轨平板车运输长桩，也可用载重汽车。强度应达到设计强度标准值的100%时才可运输桩。装载时桩的支承应近似接近设计吊钩位置或按设计吊钩位置垫实并平稳叠放，制作时重叠层数最好不要超过4层，为了避免运输中的滑动或晃动一定要将其绑扎牢固。浇筑混凝土时应该以桩的顶部为起点，但浇到桩尖时一定要避免砂浆积聚过多。浇筑前先刷隔离剂可以避免粘连。重浇的条件是：下一层强度达到设计强度的30%时才可以进行浇筑而后标上日期。桩的强度达到并超过设计混凝土强度时才符合标准；其几何尺寸的允许偏差应符合规范规定。掉角的深度不应超过10mm，外观、表面要平整、密实，且掉角的缺损和局部蜂窝总面积不能过分集中也不能超过该桩表面积的0.5%，混凝土收缩产生的裂缝宽度不得大于0.25mm，深度不得大于20mm；横向裂缝长度不能超过边长的一半；打桩时的受力集中点是桩尖和桩顶，因此该处不能存在掉角、裂缝、蜂窝和麻面.

2.打桩施工

清除桩基范围内的地下、地面、高空障碍物，平整场地；做好排水措施，修设桩机行走、进出道路；架空高压线距，打桩架大于等于10m。按图纸布置测量放线定出桩基轴线，其步骤是：（1）定出中心点；（2）引出两侧，每一个桩位打一个小木桩并将桩的准确位置测设到地面；（3）为了方便随时检查场地外需设2~3个水准点，并且测出每个桩位的实际标高。检查桩的质量，按平面布置图将需用的桩堆放在打桩机附近，不合格的不能送到打桩现场。（4）为了进行设备架立组装和试打桩需要铺设水电管网，检查起重工具及打桩机设备。打桩场地建（构）筑物有防震要求时，应采取必要的防护措施。为了方便观测桩身深度在桩的侧面画上标尺或在桩架上设置标尺，目前打桩机械分为振动桩锤、落锤式、双动气锤、单动气锤、柴油桩锤等。而最普遍和常用的是柴油打桩机。为了施工任务顺利完成必须选择合适的桩机。

正常的打桩工序：（1）由一侧向单一方向进行三种方式；（2）根据桩的密集度从中间向两端对称进行；（3）由中间向四周进行。根据使用方法的规格，应该先长后短，先大后小。对基础标高不一致的桩，应该先深后浅，对不同规格的桩，宜先长后短，先大后小，可以使土层挤密均匀防止偏斜或位移；基础设计标高一致的桩宜以先深后浅的顺序进行。在黏土及粉质黏土地区，按照一个方向进行会使土体向一边挤压，导致土层挤密程度不均人土深度不一和不均匀沉降，所以应尽量避免。桩距≥4倍桩直径时与打桩顺序无关。打桩前需要确定桩位，此时，则要对场地进行定位放线。为了方便寻找，每个桩位处都要放置一个做好明显标记的小木桩。尽量避免小木桩被扰动造成的位置移动。完成放线工作后，就可以使用桩架附设的起重钩了，借桩帽固定位置用桩架落下或夹具桩锤。打桩方法有静力压桩法、振动法及锤击法等，最为普遍应用的是锤击法。打桩时，应用桩箍或导板夹具在桩架两导柱中把桩安好，校正完桩的垂直度及位置后，就可将桩帽和锤安置在桩顶，而后进行沉桩工作。插入桩时的垂直度偏差不得超过0.5%。桩身、桩锤与桩帽中心线要一致，应用环氧树脂砂浆或厚纸板垫平桩顶。沉桩时应轻击数锤并起锤轻压，确定桩架、桩锤、桩身等垂直后才可正常。出现下列问题时需要暂停打桩并采取措施：桩身、桩顶出现严重裂缝；桩身倾斜移位；贯入度发生变化。桩端在一般土层内时，以贯入度为参考，以控制桩端设计标高为主；而桩端到达硬塑或坚硬的中密以上碎石类土、风化岩、砂土、粉土和黏性土时，打桩则以贯入度的控制为主，桩端标高作为参考。桩端标高未达到而贯入度已达到时就连续锤击三阵，每阵10击且不大于设计规定中的数值

结束语

综上，只要就钢筋混凝土预制桩施工进行了系统分析。当然，目前打桩一般还只能在软土层和较高层建筑的施工方面发挥其优势。因此施工中是否采用桩基础一定要经过详细的综合分析后定论。

参考文献：

[1]中国建筑工业出版社编.GB500212001岩土工程勘察规范北京：中国建筑工业出版社，2009.12

[2]邵生俊.岩土工程学北京：高等教育出版社，2008.24

[3]黄志强.桩基施工中冲击钻成孔工艺要点介绍建筑知识：学术刊，2013.18

[4]陆荣忠.浅谈建筑工程混凝土桩基施工质量控制措施黑龙江科技信息，2013.15