基于高層建筑地基加固處理施工技術(shù)的研究

李彪奇

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑呈現(xiàn)層數(shù)高、結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、施工技術(shù)不斷更新等特點(diǎn)。當(dāng)前的高層建筑的受力復(fù)雜，對(duì)于地基要求更高。高層建筑基礎(chǔ)施工是高層建筑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于天然地基無(wú)法滿足高層建筑的需求，通常需要采用加固技術(shù)，確保基礎(chǔ)承載力滿足高層建筑需求。受到地質(zhì)條件、施工工藝等方面的影響，樁基方案造價(jià)較高，因此采用地基加固的方式，能夠降低施工成本，提升地基的穩(wěn)定性[1]。但是由于當(dāng)前的地基加固方式較多，施工方式選擇難度較大，而且相關(guān)的施工技術(shù)對(duì)環(huán)境也會(huì)造成影響。所以在樁基加固工程實(shí)踐中，需要結(jié)合工程實(shí)際需求、地基加固技術(shù)的特點(diǎn)以及施工技術(shù)成本，綜合對(duì)比選用最合適的加固技術(shù)，在確保加固后的地基滿足高層建筑的基礎(chǔ)上，降低工程造價(jià)，提升工程效率。本文對(duì)高層建筑地基加固技術(shù)進(jìn)行研究，采用工程案例的方式探討地基加固技術(shù)的施工流程以及技術(shù)控制要點(diǎn)。

1 工程概述

1.1 工程整體情況

龍湖世紀(jì)城項(xiàng)目位于成都新會(huì)展片區(qū)，地塊為帶狀形較狹長(zhǎng)，由1-10棟150米高的塔樓呈一字型展開(kāi)組成，容積率為9.8，定位為超高層空中豪宅。項(xiàng)目背面朝會(huì)展商業(yè)街，正面面對(duì)天鵝湖二期。景觀呈前后臺(tái)地景觀，高差5.4米左右，頂板覆土1-1.2米。景觀總面積約40000平米，風(fēng)格定位為新古典主義。按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，該建筑為乙類建筑，安全等級(jí)為1級(jí)。

1.2 工程地質(zhì)構(gòu)成

提前對(duì)該地地基進(jìn)行檢測(cè)，該地基土的力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 地基土的力學(xué)指標(biāo)

通過(guò)地質(zhì)勘查報(bào)告可知，該地區(qū)的地基內(nèi)無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象，可用于建筑施工。高層建筑的地基開(kāi)發(fā)深度為9-10m，因此需要對(duì)該地段的地基進(jìn)行分析，了解地基結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。通過(guò)勘查，可知該地段的均勻性較差，分布有卵石、細(xì)砂等結(jié)構(gòu)，為了確保地基力學(xué)性能滿足建筑需求，需要對(duì)該地基結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。

1.3 基礎(chǔ)方案確定

常見(jiàn)的高層建筑基礎(chǔ)類型包括筏板基礎(chǔ)、十字交叉條形基礎(chǔ)和樁基，具體的基礎(chǔ)形式以及應(yīng)用如下：（1）筏板基礎(chǔ)，主要應(yīng)用于軟土地基結(jié)構(gòu)，通過(guò)鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)能夠提供足夠的支撐；（2）十字交叉條形基礎(chǔ)，通過(guò)柱網(wǎng)設(shè)置橫向與縱向的鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，從而為高層建筑提供基礎(chǔ)支撐，該結(jié)構(gòu)主要適用于地基較弱的體制結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)提供足夠的承載力；（3）樁基，高層建筑常見(jiàn)的基礎(chǔ)類型，樁基適用于不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)鋼筋混凝土預(yù)制、砂石結(jié)構(gòu)等形成樁基結(jié)構(gòu)，為高層建筑提供基礎(chǔ)支撐；（4）箱型結(jié)構(gòu)，通過(guò)鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)為建筑提供基礎(chǔ)支撐。

為了滿足工程建筑的基礎(chǔ)要求，需要根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及施工實(shí)際，選擇釋放的基礎(chǔ)防范以及加固方式。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，高層建筑的基礎(chǔ)應(yīng)該確?；A(chǔ)能夠提供足夠的承載力，避免基礎(chǔ)變形?？紤]到地質(zhì)報(bào)告以及施工難度，工程采用整體性好、剛度大并且能夠適用于多種地質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。選擇方案包括筏板基礎(chǔ)、人工挖孔灌注樁等方式，為了確?；A(chǔ)滿足高層建筑建設(shè)的需求，選擇在卵石層加入筏板基礎(chǔ)，通過(guò)鋼筋混凝土后平板，加固地層結(jié)構(gòu)，使該地層結(jié)構(gòu)能夠承載較為集中的剪切應(yīng)力。

2 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的意義

2.1 高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，高層建筑的建筑高度高于27m的住宅建筑，建筑高度高于24m的其他民用建筑，或建設(shè)高度高于10層以上的建筑混凝土結(jié)構(gòu)。高層建筑在遭遇強(qiáng)風(fēng)、強(qiáng)震時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的水平側(cè)向力，重量大，會(huì)產(chǎn)生沉降作用。高層建筑受力復(fù)雜，高層建筑基礎(chǔ)施工必須滿足高層建筑的工程需求。從工程造價(jià)的角度來(lái)看，高層建筑的技術(shù)施工費(fèi)用占建筑工程費(fèi)用的10-20%，占整個(gè)工期的20-25%，基礎(chǔ)工程在高層建筑工程中占有重要的位置。

2.2 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一般規(guī)定

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，必須對(duì)高層建筑所在的地質(zhì)狀況、周圍環(huán)境、高層建筑施工條件與使用要求進(jìn)行綜合考慮。高層建筑基礎(chǔ)的基本要求是確保滿足建筑物的使用要求，避免發(fā)生過(guò)度沉降和傾斜[2]，并且需要注重建筑物與周圍環(huán)境、與相鄰建筑物的相互影響。當(dāng)建筑物處于地震帶區(qū)域時(shí)，需要嚴(yán)格遵守當(dāng)?shù)氐母邔咏ㄖ拐鹬笜?biāo)，采取有效的方式加強(qiáng)基礎(chǔ)建設(shè)，避免由于地基不穩(wěn)而對(duì)建筑物造成損壞。為了確保基礎(chǔ)設(shè)計(jì)滿足高層建筑的需求，通常采用整體性好，滿足地基承載力的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

圖1 復(fù)合樁地基示意圖

2.3 高層建筑地基加固常用技術(shù)

高層建筑常用的施工技術(shù)包括灌漿加固技術(shù)、高壓旋噴法、CFG樁復(fù)合樁技術(shù)、砂石墊層換填技術(shù)，具體技術(shù)以及應(yīng)用如下：（1）灌漿加固法，灌漿是高層建筑地基施工的常用技術(shù)，通過(guò)將具有膠結(jié)性能和填充材料注入地層中，通過(guò)灌漿材料與周邊底層產(chǎn)生作用，從而實(shí)現(xiàn)地基加固，防止地基變形，灌膠加固法需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件展開(kāi)施工；（2）高壓旋噴法，高壓旋噴是采用高壓噴流設(shè)備，將泥漿噴入周圍土層中，通過(guò)鉆機(jī)與高壓旋噴設(shè)備的相互作用，能夠與周邊土體產(chǎn)生混合，并且形成具有較強(qiáng)抗剪切強(qiáng)度的固結(jié)體；（3）CFG樁復(fù)合樁技術(shù)，該技術(shù)是采用水泥粉煤灰碎石等進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，形成具有較高強(qiáng)度的樁基，對(duì)地基產(chǎn)生加固作用，CFG樁常用語(yǔ)軟土地基加固處理，通過(guò)將水泥粉煤灰碎石與地基產(chǎn)生作用，能夠?qū)崿F(xiàn)地基排水，強(qiáng)化地基結(jié)構(gòu)，獲得良好的加固性能[3]；（4）砂石墊層換填技術(shù)，該技術(shù)主要應(yīng)用于高層建筑中埋藏較淺的軟土地基結(jié)構(gòu)，通過(guò)砂石換填的方式，將軟土地基替換為砂礫、粗砂等材料，通過(guò)對(duì)軟土進(jìn)行替換，實(shí)現(xiàn)地基排水，加固地基地作用。砂石墊層換填技術(shù)需要按照先深后淺的順序展開(kāi)施工，換填結(jié)束后需開(kāi)展壓實(shí)處理。

3 高層建筑地基加固處理技術(shù)

工程采用高壓旋噴法加固基礎(chǔ)，通過(guò)工程鉆孔到達(dá)相應(yīng)深度，并且采用高壓噴射水泥漿液，與土層形成筏板結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)加固基礎(chǔ)的目的。

3.1 高壓旋噴法加固工藝

高壓旋噴法主要是利用工程鉆機(jī)、高壓脈沖、噴射裝置等設(shè)備，將水泥漿液與土層相結(jié)合，等膠結(jié)硬化后形成較為穩(wěn)定的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，提升地基承載能力。高壓旋噴法適用于軟土地基、淤泥、粉土、砂土、碎石土等相關(guān)地質(zhì)，通過(guò)水泥漿液與地質(zhì)結(jié)構(gòu)相互作用，能夠排出地基中的水分，加固地基，該方法應(yīng)用范圍廣泛，而且加固效果突出，可用于深基礎(chǔ)的開(kāi)挖支撐。高壓旋噴法采用高壓脈沖泵向土體噴射水泥漿液，并且鉆桿以一定速度向上旋轉(zhuǎn)提升，形成加固后的旋噴樁。為了確保工程質(zhì)量，需要合理選擇高壓噴射設(shè)備，確保高壓噴射的施工滿足工程需求。而且需要根據(jù)土質(zhì)條件以及工程需求，合理選擇旋噴原料。加強(qiáng)對(duì)旋噴用水泥漿液的管理，確保水泥漿液原料質(zhì)量，可適當(dāng)將加入氯化鈣和三乙醇胺等試劑加固硬化速度。

3.2 高壓旋噴法加固流程

高壓旋噴法加固工藝流程如下：（1）測(cè)量與基礎(chǔ)選擇，首先根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)報(bào)告，選擇合適的施工地點(diǎn)，并且確定筏板基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)構(gòu)型，明確樁基施工點(diǎn)；（2）布放樁位，按照控制點(diǎn)，布設(shè)施工位置，明確樁基的結(jié)構(gòu)以及位置，設(shè)置相應(yīng)的樁位，明確施工點(diǎn)；（3）引孔，根據(jù)施工位置采用鉆機(jī)打孔，為了確保施工順利以及為后期檢測(cè)提供便利，需要對(duì)打孔的位置、打孔深度以及孔徑大小進(jìn)行控制，避免形成土體隆起；（4）旋噴注漿，采用高速脈沖注入水泥漿液，控制噴射速度，并且緩慢旋轉(zhuǎn)提升噴頭，使水泥漿液能夠噴射到周圍土體，與周圍土體形成膠黏作用，從而加固，水泥漿噴射的順序是從下往上，并且先從中間噴射，再逐漸向外圍向上擴(kuò)展，為了確保水泥漿液與周圍土層結(jié)合緊密，需要控制噴射速度，旋轉(zhuǎn)上升的速度等參數(shù)；（5）回灌補(bǔ)漿，噴射后，再度利用以上方式回灌補(bǔ)漿，增加地基承載力，再度加固基礎(chǔ)；（6）樁頭處理，灌漿結(jié)束后，對(duì)樁頭進(jìn)行有效處理，確保樁頭標(biāo)高符合設(shè)計(jì)；（7）做好施工記錄，施工記錄是工程施工的真實(shí)寫(xiě)照，需要對(duì)工程中的施工流程、施工參數(shù)、施工異常等進(jìn)行詳細(xì)記錄，為后續(xù)驗(yàn)收以及工程檢驗(yàn)提供依據(jù)。工程中所用的水泥漿液為高標(biāo)號(hào)的硅酸鹽水泥漿液拌合物，所用的鉆機(jī)型號(hào)為SH-30，需要用到旋噴注漿機(jī)及其配套裝置。

圖2 復(fù)合地基承壓示意圖

3.3 樁基承載力計(jì)算方法

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》 JGJ 79-2002 進(jìn)行計(jì)算，需要綜合考慮各種因素對(duì)于樁基承載力的影響，最終得到樁基承載力的計(jì)算公式為：

其中：m為樁對(duì)土的面積置換率；Ra為單樁豎向承載力特征值（kN）；Ap為單樁的截面面積（m2）；β為樁間土承載力折減系數(shù)，易按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取 0.75～0.95，天然地基承載力較高時(shí)取大值；為處理后樁間土承載力特征值（kPa），易按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值。

3.4 加固效果檢測(cè)

灌漿后對(duì)加固后的地基進(jìn)行分析，采用現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)和動(dòng)力觸探試驗(yàn)，檢測(cè)加固后的地基地力學(xué)性能。按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，根據(jù)樁基的結(jié)構(gòu)，隨機(jī)抽取六個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)檢測(cè)樁基的承載力，動(dòng)力觸探試驗(yàn)需要根據(jù)加固區(qū)域選擇11個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。采用剛性壓板作為壓板，并且采用1號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)的原狀土作為對(duì)照物，采用千斤頂進(jìn)行加載處理，根據(jù)樁基基礎(chǔ)選擇壓力表，按照有關(guān)規(guī)程進(jìn)行加壓操作；同時(shí)采用百分表測(cè)量壓板沉降量，確定荷載下的樣品承受能力以及荷載作用下壓板的沉降量。承載力試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 地基試驗(yàn)點(diǎn)承載力結(jié)果

加固前的地基承載力以未加固的1號(hào)樣品為標(biāo)準(zhǔn)。所測(cè)試的1號(hào)加載等級(jí)為8級(jí)，其余樣品加載等級(jí)均為10級(jí)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，相比起未經(jīng)過(guò)加固處理的1號(hào)樣品，其他樣品的承載力明顯提升，而且都能夠滿足建筑工程承載需求。經(jīng)過(guò)測(cè)試表明，采用高壓噴射法加固地基，加固后的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值高于350MPa，而且沉降試驗(yàn)顯示地基地承載力滿足建筑標(biāo)準(zhǔn)，表明該方法能夠有效加固地基，確保建筑工程安全。

3.5 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

本著經(jīng)濟(jì)適用的原則，對(duì)鉆孔灌樁法和高壓旋噴法的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。經(jīng)對(duì)比分析，鉆孔灌注樁的設(shè)計(jì)總價(jià)遠(yuǎn)高于高壓旋噴法的設(shè)計(jì)總價(jià)，而且鉆孔灌樁法的施工工期常，施工時(shí)間與檢測(cè)時(shí)間均高于高壓旋噴法，環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益較差。高壓旋噴法所得的樁基結(jié)構(gòu)適用性廣，承載力提升幅度高，而且施工工期短，能夠大量節(jié)省施工成本。相比于其他的樁基施工方案，高壓旋噴法施工能夠保護(hù)環(huán)境，適應(yīng)環(huán)保施工的需求，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，

4 高層建筑地基加固施工控制要點(diǎn)

4.1 水泥漿質(zhì)量控制

工程所用的混凝土筏板基礎(chǔ)厚度大，運(yùn)輸距離長(zhǎng)，需要對(duì)水泥漿質(zhì)量以及施工過(guò)程水泥漿施工工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制。工程所用的水泥漿為C35混凝土，底板混凝土厚度為2m，施工過(guò)程因?yàn)榇篌w積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差大，容易產(chǎn)生收縮裂縫，需要在施工前以及施工中進(jìn)行嚴(yán)格控制。施工前對(duì)水泥漿的水灰比進(jìn)行控制，并且運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)后攪拌，獲得施工所需的漿液。按照工程需求，將水泥漿施工分為三個(gè)施工階段，第1段澆筑后養(yǎng)護(hù)6天，在進(jìn)行第2、3段澆筑，水泥漿澆筑的速度控制在1200m3/天。構(gòu)建專門(mén)的施工隊(duì)伍，對(duì)水泥漿的運(yùn)輸、泵送、澆灌、養(yǎng)護(hù)等全過(guò)程進(jìn)行控制，確保施工滿足工程需求。

4.2 加固施工設(shè)計(jì)控制

地基加固施工前，必須做好詳細(xì)的設(shè)計(jì)規(guī)劃。高層建筑基礎(chǔ)加固是一項(xiàng)復(fù)雜工程，工程耗時(shí)長(zhǎng)，成本高，合理地設(shè)計(jì)規(guī)劃能夠選擇最優(yōu)方案，降低施工成本，提升施工效率。本文所研究的工程地基相對(duì)穩(wěn)定，主要是由粉土、砂礫、卵石等組成的結(jié)構(gòu)，地基相對(duì)穩(wěn)定，但是均勻性較差。為了滿足建筑工程1級(jí)抗?fàn)幍男枨螅瑢?duì)各種基礎(chǔ)方案進(jìn)行對(duì)中，最終選擇合適的地基加固方案，并且在此基礎(chǔ)上，合理安排施工順序、明確施工組織，形成較為完整的施工設(shè)計(jì)圖紙。施工隊(duì)伍入場(chǎng)后，開(kāi)展設(shè)計(jì)交底，確保施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行[4]。

4.3 加固施工工藝控制

高壓旋噴法施工過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)鉆機(jī)打孔偏移、噴射灌漿控制不住等情況，為了避免施工異常，需要對(duì)施工工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制。在本工程的施工過(guò)程中，主要的施工問(wèn)題是未按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格施工，產(chǎn)生施工異常，最終停止施工，分析產(chǎn)生異常的原因，解決問(wèn)題后繼續(xù)施工。鉆機(jī)打孔應(yīng)該嚴(yán)格按照軸線進(jìn)行，如果發(fā)生偏移需立即糾偏。噴射旋轉(zhuǎn)提升應(yīng)該根據(jù)工藝需求控制旋轉(zhuǎn)上升速度，避免因?yàn)檫^(guò)快或者過(guò)慢影響施工質(zhì)量。施工過(guò)程加強(qiáng)安全管理，確保文明施工，采用培訓(xùn)等方式提高施工人員的安全意識(shí)，明確安全控制要點(diǎn)，避免發(fā)生施工事故。

5 結(jié)語(yǔ)

高層建筑地基加固是高層建筑工程的重要環(huán)節(jié)，采用地基加固能夠提升地基承載力，滿足高層建筑需求。本文對(duì)成都市某高層建筑地基施工工藝進(jìn)行分析，結(jié)合地質(zhì)情況以及施工需求，選擇高壓旋噴法進(jìn)行地基加固。嚴(yán)格控制施工設(shè)計(jì)與施工工藝，最終形成的筏板樁基承載力與沉降均符合相關(guān)規(guī)范，滿足高層建筑工程需求。