高层建筑桩基工程技术

高层建筑桩基工程技术

宋剑飞

五大连池市沾河林业地区北方建筑安装有限公司 黑龙江 五大连池 164133

摘要：本文简要介绍了高层建筑桩基工程技术应用的准备工作，包括桩和桩基础的主要施工方案、竖向荷载计算方法以及设计原则的发展趋势。为高层建筑桩基工程技术今后的发展提供了重要的理论基础。

关键词：高层建筑；桩基工程技术；研究

前言：近年来，随着伴随土体条件的变化，桩基工程技术在高层建筑中得到广泛应用，作为建筑物和构筑物的支撑元素，桩基工程技术应用的历史和经验已经证明这种类型的基础是可靠的，具有很强的实用功能。

一、高层建筑桩基工程技术应用的准备工作

1.1桩设计工作

根据土体条件和荷载组合的特点，可以设计大量不同的桩身形状和截面，以及不同的安装技术。根据整体分类，桩可分为预制(打桩机、千斤顶、螺旋)和现浇(在施工现场使用各种技术直接制造)，这类桩的强度基本相同。打入桩的三种主要设计方案可以区分:棱柱式，空心圆(直径可达800毫米)、空心壳(直径超过800毫米)以及金字塔桩。空心圆形和金字塔形桩在某些地区由于土壤条件的合理性而偶尔使用，棱形桩在任何地方都被大量使用。灌注桩的形式多种多样，其中桩身的形状(锥体或圆柱状，有膨大或不膨大)、成井方式、桩体的浇筑工艺是主要的参数。

1.2桩基础设计工作

目前最常见的桩基础有:单桩、条形、群桩和桩筏。单桩基础是以在框架建筑或结构的柱下的单桩形式实现的。这样的基础比聚类的方法更具成本效益，因为没有格栅，格栅虽然不是承重单元，但占基础体积的40-50%。在单桩基础的种类中，最常见的有钻孔灌注桩、打入柱桩、壳桩和锥形灌注桩结合承台、封头、扩孔、柱桩主要用于管道支撑，在某些情况下，用于框架单层建筑的施工，柱荷载可达400-500 kN。单桩基础也用于桥梁建设，以及基础荷载高达1500-2000 kN的框架建筑和结构。与组合地基相比，其主要缺点是水平荷载和弯矩承载力有限。条形和群桩基础是通用结构，成功应用于无框架和框架建筑。

1.3单桩竖向荷载计算

单桩的比值一般在l/d> 20的范围内，(其中l为桩的长度，d为桩的截面尺寸)，即所谓的“悬挂”桩，即使在较小的荷载(通常在建筑物和构筑物允许的荷载下)，也具有冲锤沉降的特点。桩周土体的极限状态同时发生在达到极限土体抗剪强度的时刻，也发生在桩侧表面和桩端下方。斜面桩的三种强度构件也有相似的规律，变截面桩(锥形、锥形)在桩基工程形成初期就已经引起了研究人员的关注。由于摩擦力和桩尖下的地面强度，金字塔桩侧表面的极限强度几乎同时达到，棱形桩在桩侧表面摩擦强度达到最大值时，桩端下方的强度随着强度的增大而继续增大。在此基础上，提出了考虑三种土体强度成分的金字塔桩承载力确定设计方案。

二、高层建筑桩基工程技术要点

2.1科学计算条形桩以及群桩

桩基础的设计过程包括两个不相关的子过程:根据基础的承载力计算单桩和根据变形计算整个桩基础。在施工群桩(或条形桩)时，允许最小桩距为3度，不考虑群桩(或条形桩)之间的相互影响，群桩基础通常设计有一个“边缘”。另外，有方法考虑了群桩中各桩具有已知荷载分布的相互影响，通过考虑极限变形，包括土壤流变特性来设计桩基的想法，对沉降计算方法的改进，结合I和II极限状态的计算结果，确定荷载和相应的沉降，有意识地选择基础参数。桩筏基础设计的核心问题是通过考虑桩、土和筏的相互作用来进行计算。设计的特点包括由变形确定的桩场参数(桩间距、截面、长度)，反映了连续桩场中单桩与单桩行为差异的物理本质，数值研究表明，在连续的桩场中(沉降范围高达20 cm)加载桩时，桩侧表面的剪应力仅发生在桩的下端(约为1/3l-1/4l)。桩在桩场中的极限状态准则仅为桩的沉降。桩筏基础具有较大的荷载分配能力，在许多情况下是基础的最佳选择，根据变土反力系数模型设计的桩基计算特性由桩刚度系数组成。由于部分土壤的软化，土壤的合规等级减少,桩筏基础发生变形时，桩加固土体吸收变形的应力，防止空洞的产生。

2.2开发桩基工程应用过程的创新技术

现代基础工程中的桩基工程技术是提高桩基结构和技术解决方案的主导方向。桩基础的承载能力在很大程度上取决于桩侧表面土体摩擦力的形成。许多科学家致力于研究桩的下沉和运行过程中的土摩擦力以及提高土摩擦力的方法。目前，特别重视开发和研究创新的沉桩结构和技术解决方案，使沉桩的承载力显著提高。其中，有两个方面的创新技术得到了很大的发展空间：利用非爆炸性破坏物质将棱柱形桩转化为锥体桩以及开发在松散土壤中使用的桩。

2.2.1变换桩

变换桩通过将棱柱式(串联)桩楔入4个等容部分，并将其折成金字塔形，从而提高了桩的承载能力，具有更大的承载能力。这是由于在楔入时，桩的四个面倾斜，桩周围的土壤被压实。此外，这些桩的使用可以实现打桩的节能，因为棱柱桩最初是打桩的，经过改造后利用了金字塔桩。然而，在常规棱柱形钢筋混凝土桩的制造中，为了获得可变形桩，需要在桩身的中心位置安装一个塑料锥形十字形预埋件，其长度为桩长的0.75，将桩身分成四等分。改造桩的施工工艺顺序:凿成棱柱形钢筋混凝土桩的设计标记并在制造过程中进行设计变更，从上方将非爆炸性破坏性物质提交到塑料锥形十字形预埋件中，在1.5-2天，非爆炸性破坏性物质，体积增加，将桩身楔形成四等分，从而形成金字塔桩。非爆炸性破坏性物质是一种粉末材料，当与水相互作用时，其固化体积增大。他们用破碎的生石灰和各种添加剂制备一种非爆炸破坏性物质，以提高性能。

2.2.2在松散土壤中使用的桩

这种创新技术可以解决在松散土中提高桩承载力的问题，在桩的设计过程中在侧面提供凹槽，不影响桩的正常工作。在操作过程中，桩体和周围土体将荷载视为单一结构，位于凹槽内的液体硬化化合物，在锤击过程中受到水动力冲击，穿透桩内土壤并固定桩身。以正磷酸为硬化剂的硅酸盐-磷酸配方和以铝酸钠为硬化剂的铝硅酸盐配方被用作固定化合物，化学试剂的深度渗透进入土壤取决于土壤的孔隙度以及时间和数量的影响。另外，打桩时润滑剂和润滑脂的存在减少了沉桩所消耗的能量。

2.3灌注桩施工技术要点

在相同条件下，注浆桩比无注浆桩具有更大的承载能力，超厚细砂层侧注浆桩极限承载力提高百分之五十左右，组合注浆桩极限承载力可以提高百分之六十左右。钻孔灌注桩技术有效地改善了桩身与土体的边界条件，提高了桩周土体的强度和刚度，因此，注浆后的桩身总阻力比注浆前高，对桩身荷载传递特性有显著影响。在相同基底位移条件下，灌浆桩的动员基阻力比未灌浆桩的动员基阻力大，灌浆桩在较小位移范围内可发展端部承载力。

结语：工程实践证明，高层建筑桩基工程技术的应用是提高高层建筑承载力、刚度和稳定性，提高施工质量以及降低基础施工成本的有效手段，值得高层建筑施工过程投入使用。

参考文献：
[1]孙馨.高层建筑桩基工程施工技术及管理应用[J].工程科技Ⅱ辑：建筑科学与工程, 2021,(01):159+161.
[2]纪银辉.高层建筑桩基工程施工技术及其管理的应用[J].工程科技Ⅱ辑：建筑科学与工程, 2020,(17): 55-56.
[3]陈茹梅.高层建筑桩基工程施工技术及其管理的应用[J].经济与管理科学：建筑科学与工程, 2020,(04): 146-147.

[4]杨春楠.高层建筑工程中的桩基础施工技术分析[J].江西建材, 2016, 36 (4) :123-124.
[5]刘海连, 建筑桩基础土建施工技术的分析[J].建材与装饰, 2016, 12 (6) :1-2.
[6]刘国才, 谷志恒.高层建筑工程施工中的桩基础施工技术要点分析[J].山东工业技术, 2015, 34 (9) :142-143.