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高层建筑中混凝土桩复合地基的应用分析

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：邵永峰

[导读] 摘要：在进行高层建筑建设的过程中，如果天然的地基无法满足上部建筑变形和强度的基本要求时，就需要使用人工的方法对地基进行处理。

        身份证号：23010319790627xxxx 黑龙江省哈尔滨市 150000
        摘要：在进行高层建筑建设的过程中，如果天然的地基无法满足上部建筑变形和强度的基本要求时，就需要使用人工的方法对地基进行处理。由于普通形式的人工地基处理方法，受到处理深度、地下水的深度、环境因素的影响比较大，使用桩基础需要投入的资金比较多。为了解决以上问题，经过实践证明，复合地基具有变形模量高、承载力可调节的范围大、桩体的耐久性高等方面的优点，可以对地基存在的问题进行有效的解决。基于此，本文对高层建筑中混凝土桩复合地基的应用进行分析，并给出相应对策。
        关键词：高层建筑；素混凝土桩；复合地基；应用
        一、工作机理
        CFG混凝土复合桩地基是由碎石、石屑、粉煤灰和一些水泥混合搅拌胶结而成的。在粉煤灰不足的情况下，CFG桩也常常采用桩体材料，这种状体材料是由水泥、碎石、中砂混合而成的素混凝土桩。由于每个素混凝土桩中的混合比不同，其本身的刚性也不同，素混凝土桩身的刚性强度一般从C5～C20调节。
        CFG复合混凝土桩具有一定的刚性强度，所以又叫刚性桩，这种刚性桩的工作机理与常规的散体材料桩有很大的区别。这种桩体与碎石桩不同的是，它可以不依靠外界土体的约束而自己将竖向的承载力加载到土体上面去或者受力层上面去。在外界承载压力的作用下，这种素混凝土的变形量要小于周围土体的变形量，桩身向褥垫层和卧层陷入，这样就变成了桩体和土壤共同承受外界的荷载，而且在褥垫层的作用下，承载逐渐向桩体的桩顶转移去，这样就有效的解决了高层建筑的地基沉降问题。在根据复合地基中的桩土应力比大小，就可以有效的调节承载作用力。
        二、混凝土桩的施工工艺
        施工要严格按照“施工准备→定位放线→钻机成孔→准备桩料→成桩→转移钻机→桩体保护→质量检验”的流程进行。振动沉管及回旋钻机成孔是素混凝土桩施工中常用的两种的工艺。二者都会给施工带来某些不利影响：振动沉管需要一定桩间距或采用隔行跳打，周边环境会受到较大影响，而回旋钻机成孔虽然不存在这方面问题，但施工泥浆量大，泥浆外运增加施工成本，影响施工速度。
        振动沉管打桩机成桩在施工中显示出缺陷，难以有效控制施工质量，工程中可能会发生断桩和缩颈显现。近年来，这一成桩方法的事故率高达25%。另外，在工程实践中还发现了这一成桩技术存在的其他问题，例如：对环境的噪音污染严重；打桩时难以穿透硬土层；振动还会给周边建筑物造成不良影响。另外，在饱和粘土中成桩时，容易造成地表隆起，进而使已打成的桩产生裂缝或折断；在灵敏度较高的土中施工时，也会使桩间土强度降低。
        目前常用的素混凝土桩施工工艺主要有振动沉管及回旋钻机成孔，振动沉管及回旋钻机成孔。振动沉管需有一定桩间距或采用隔行跳打的方法，对周围环境扰动较大；回旋钻机成孔施工泥浆量大，泥浆外运增加施工成本，影响施工速度。基于深厚软土地基考虑，在实际工程中应采用长螺旋钻孔。相对上述两种工艺，长螺旋钻孔具有以下优点:1)成桩速度快。长螺旋钻孔工艺简单，使用泵送混凝土，比夯扩桩成桩速度快。2)长螺旋钻孔机械使用电力，无噪音和空气污染，可适用于市区施工。3)施工中不需降水、泥浆制备和排污，综合效益较好。4)长螺旋钻孔桩下放钢筋笼使用送笼器，比夯扩桩钢筋笼标高容易控制。5)夯扩桩属于端承桩，易受长桩效应影响；长螺旋属于摩擦桩，不受长桩效应影响。6)夯扩桩遇中间有硬夹层，沉管困难，若遇承压水层，成桩也比较困难。7)由于高压注浆，对周围地层有渗透加同作用，可解决断桩、缩径、桩底虚土等问题，还有局部膨胀扩径作用，可提高承载力。
        三、高层建筑中混凝土桩复合地基的应用
        1.素混凝土桩的相关参数设计
        1）桩径d：桩径直接影响着成桩设备，可选择长螺旋钻孔管内泵混凝土成桩，要求桩径要控制到400.0mm。2）桩长L：素混凝土桩要求相关的桩端要坐落于压缩性小、承载力高的土层之上。结合场地地质剖面图与土的物理学指标，要求素混凝土桩最好选择第10层中砂作为桩端的持力层，要求桩长控制到12.5m，而保护桩的长度控制到0.5m，要求有效桩的长度控制在12.0m。3）桩体强度。4）褥垫层材料与厚度。
        2.混凝土桩复合地基的施工
        在进行符合地基钻孔施工的时候，此工程使用长螺旋钻空的方法进行复合地基钻空施钻孔，钻孔的直径为305mm，在孔中泵压混凝土成桩时，要把混凝土桩的坍塌度控制在17~21cm，钻孔结束以后，为了保证混凝土泵送量和拔管速度配合箱之间的互相协调，要对提拔钻的时间进行严格的控制。在施工的过程中，使用静力压实法对复合桩的褥垫层进行施工，要把垂直偏差度控制在1%以下，桩顶的标高要超出设计的标高0.5m，把复合桩的桩位偏差控制在158mm以下。桩体是厚度为210mm的碎石碎石粒径为9~21mm，砂：碎石=3：7）。
        3.复合地基验收
        在复合地基完成28天后，要开始对复合地基的牢固程度进行检验，主要分为静载试验和小应变动实验，复合桩的静载试验见下表1，变动测试实验就是对桩体的完整性、混凝土质量和荷载能力的检验。
        静载实验内容表1

        三、施工过程中控制施工工艺注意事项
        1）在取土时，取土深度应等于设计深度，并滤净孔底虚土。若在施工过程中很难滤净虚土，可以先投入水泥与卵石混合的干料，水泥和卵石的比例为1:7；再投入大圆石5-6块，将干料夯实。大圆石不能投放过多，否则会降低桩身承载力。每次夯击变形小于10cm时，才能投入搅拌的混合料。2）桩长的控制必须考虑和满足设计桩长和达到持力层土层这两个因素。3）终孔条件:在进行下一轮填料、冲击工序前，必须保证其锤击数大于3击并且每次填料冲击变形小于10cm。4）在施工过程中，如遇地下水，必须采取下套管的方式进行隔离；遇到易坍塌地层，要注意在浇注混凝土时控制坍落度并用振动棒振动密实。提取套管时应注意渐进提升，提升过决会造成缩颈或断桩。5）每次投料量、锤击高度和锤击数要进行严格控制。在桩底2米内，锤击高度不小于2米，每次锤击数不少于3次。6）混凝土浇注过程中，对桩口边土体应进行覆盖，防止周边杂质进入桩身浇注部分，改变混凝土配比，影响桩体承载力。
        结束语
        混凝土桩复合地基在施工中的优点很多，主要有地基承载力高、变形小、施工简单易行等，它也比其他方法更容易控制地基变形。CFG桩桩体经济效益和社会效益显著，发展潜力巨大，它不需配筋、可以掺入工业废料粉煤灰、能充分发挥桩间土的承载力。但在施工中还要注意避免其不利影响，控制好关键点，提升施工工艺水平。施工过程要做好地质结构分析，注意质量监督，最大限度地发挥混凝土桩复合地基的优势和作用。
        参考文献
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