摘 要：本研究基于福州濱海新城CBD核心區(qū)域輸配環(huán)區(qū)域工程地下空間項(xiàng)目，深入探討了高層建筑地基沖鉆孔灌注樁施工技術(shù)。結(jié)論表明：在灌注樁沖土鉆孔施工過程中需要根據(jù)灌注樁的尺寸選擇合適的鉆孔方案；在清孔處理后，需要設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)沉渣厚度；在混凝土灌漿澆筑過程中根據(jù)不同的灌注樁尺寸選擇不同的澆筑方式。本文采用有限元軟件對(duì)該施工方法進(jìn)行模擬驗(yàn)證，數(shù)值結(jié)果與實(shí)際測(cè)試結(jié)果十分接近。

關(guān)鍵詞：高層建筑；地基；鉆孔；數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：TU 75" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在現(xiàn)代城市建設(shè)中，高層建筑已經(jīng)成為城市發(fā)展的重要標(biāo)志之一[1]。高樓大廈不僅為城市居民提供了更多的居住和辦公空間，同時(shí)還塑造了城市的天際線，展示了城市的繁榮與活力。然而，高層建筑的安全和穩(wěn)定性一直是建筑工程領(lǐng)域的核心問題之一[2]。

高層建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)質(zhì)量對(duì)穩(wěn)定性有影響。在高壓力和復(fù)雜環(huán)境下，地基工程的施工質(zhì)量是保障高樓大廈安全的關(guān)鍵要素之一[3]。在地基工程領(lǐng)域，沖鉆孔灌注樁已經(jīng)成為一種常用且有效的地基處理方法，特別是在復(fù)雜的地質(zhì)條件下應(yīng)用廣泛[4]。沖鉆孔灌注樁施工技術(shù)是通過在地下形成深孔，將鋼筋和混凝土灌注到孔內(nèi)，為地基提供強(qiáng)大的承載能力和穩(wěn)定性的方法[5]。

本研究以福州濱海新城CBD核心區(qū)域輸配環(huán)區(qū)域工程地下空間項(xiàng)目為研究對(duì)象，深入探討高層建筑地基沖鉆孔灌注樁施工技術(shù)，以全面研究沖鉆孔灌注樁施工技術(shù)的性能和應(yīng)用，進(jìn)一步保障高層建筑的安全性和可持續(xù)性發(fā)展，同時(shí)采用數(shù)值模擬對(duì)本研究提出的施工方法進(jìn)行驗(yàn)證，為未來高層建筑的安全和可持續(xù)性作出貢獻(xiàn)，同時(shí)也能為地基工程領(lǐng)域的進(jìn)步提供參考。

1 項(xiàng)目概況

本工程為福州濱海新城CBD核心區(qū)域輸配環(huán)區(qū)域工程地下空間項(xiàng)目，其中地下室2層，地鐵區(qū)域地下室4層，融合了商業(yè)、人行通道、公交車場(chǎng)地、城市航站服務(wù)中心、出租車換乘區(qū)、汽車庫(kù)、交通環(huán)路等功能，上部建筑7棟，其中2棟為超高層建筑，工程施工地點(diǎn)為長(zhǎng)樂區(qū)漳港鎮(zhèn)，該工程于2021年4月9日正式開工，樁基及支護(hù)部分歷經(jīng)8個(gè)月正式完成。本項(xiàng)目輸配環(huán)區(qū)域內(nèi)的地下空間一體化開發(fā)、總占地面積約為0.25km2，地下總面積規(guī)模約為52萬m2，總投資約為55億。工程承建范圍以灌注樁基礎(chǔ)為主，占地面積為36882m2，合同造價(jià)約為1.16億，其中PHC管樁373根，灌注樁2814根，SMW工法樁438延米，并且建筑持力層為中微風(fēng)化花崗巖。

2 樁基承載力研究

2.1 基于原位試驗(yàn)的承載力

為了對(duì)本文提出的高層建筑地基沖鉆孔灌注樁施工技術(shù)的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，將該施工技術(shù)應(yīng)用到福州濱海新城CBD核心區(qū)域輸配環(huán)區(qū)域工程地下空間項(xiàng)目中，表1為該高層建筑施工區(qū)域地層分布統(tǒng)計(jì)表。

本工程為了檢驗(yàn)樁基的承載力，對(duì)3根樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)。試驗(yàn)方法是利用堆載平臺(tái)上的重物產(chǎn)生反力，對(duì)樁基施加靜壓力。在試驗(yàn)過程中，采用慢速維持荷載法測(cè)量樁基的變形和承載力。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)單樁靜載試驗(yàn)的結(jié)果，在13000kN的最大荷載下，1#樁樁頂沉降為16.44mm，沒有出現(xiàn)明顯的破壞跡象，當(dāng)卸載到最后一級(jí)時(shí)，樁頂沉降為2.23mm，表明樁身剛度較高，在卸載后，樁頂回彈了7.42mm，殘余沉降為9.02mm，回彈率為45.13％，說明樁身有一定的彈性恢復(fù)能力；在13000kN的最大荷載下，2#樁樁頂沉降量為15.77mm，沒有出現(xiàn)明顯的破壞特征。當(dāng)卸載至零荷載時(shí)，樁頂殘余沉降量為8.88mm，回彈量為6.89mm，回彈率為43.69％，最后一級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的樁頂沉降量為2.04mm，表明樁身剛度較高，承載力較強(qiáng)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)單樁靜載試驗(yàn)的結(jié)果，在13000kN的最大荷載下，3#樁樁頂沉降為27.20mm，沒有出現(xiàn)明顯的破壞跡象。在卸載后，樁頂回彈了12.10mm，回彈率為44.49％，殘余沉降為15.10mm。當(dāng)進(jìn)行最后一級(jí)荷載時(shí)，樁頂沉降為2.92mm，表明樁身剛度較高。

綜上所述，三根樁的極限承載力都達(dá)到了13000kN以上，而且單樁靜壓q～s曲線沒有出現(xiàn)明顯的下降點(diǎn)。因此，可以將單樁承載力特征值設(shè)為極限承載力的一半，即6500kN。

2.2 基于數(shù)值模擬的承載力

本文使用有限元軟件對(duì)樁長(zhǎng)為30m、樁徑為0.8m的樁基進(jìn)行數(shù)值模擬。計(jì)算模型的水平尺寸為36m×36m×60m，尺寸是樁長(zhǎng)的兩倍。由于鉆探深度不足，因此模型中的土層分為四層，從上到下依次為雜填土（2.0m），黏土①（4.1m）、黏土②（9.9m），粉質(zhì)黏土（1.8m），全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（7.9m）和中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（33.7m）。樁體網(wǎng)格尺寸和土體的網(wǎng)格尺寸分別為1m和1.5m，這樣可以保證計(jì)算精度和效率。樁體的網(wǎng)格數(shù)為350個(gè)，土體的網(wǎng)格數(shù)為23910個(gè)，都采用C3D8六面體單元。用壓強(qiáng)的方式施加樁頂荷載，共分9步，第一步為2600kN，后面每步增加1300kN，最終達(dá)到13000kN。數(shù)值模擬得到的結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可以看出，3#樁的荷載-沉降曲線與有限元模擬樁的曲線非常接近，都呈現(xiàn)出線性關(guān)系。本工程試樁的極限承載力是13000kN，這個(gè)數(shù)值也是有限元數(shù)值模擬的結(jié)果。這表明本工程試樁的極限承載力不低于13000kN，當(dāng)最大荷載為13000kN時(shí)，3#樁和有限元模擬樁的沉降量分別是27.2mm和31.14mm，誤差在14.5％以內(nèi)，說明采用本文提出的施工技術(shù)可以基于現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，估算預(yù)期的承載力。

3 高層建筑地基沖鉆孔灌注樁施工技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 灌注樁施工要點(diǎn)分析

將灌注樁作為高層建筑地基的關(guān)鍵組成部分，其施工質(zhì)量直接關(guān)系到建筑物的安全和穩(wěn)定性。在施工前需要完成地質(zhì)勘測(cè)，了解地下地質(zhì)條件，包括土壤類型、地下水位等信息，可以選擇合適的灌注樁類型和長(zhǎng)度，以滿足工程要求。樁型選擇和設(shè)計(jì)同樣重要，不同類型的灌注樁（例如灌注樁、預(yù)應(yīng)力灌注樁等）適用于不同的工程需求，須根據(jù)工程荷載和地質(zhì)條件選擇樁型，并設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)幕炷僚浜媳?，保證樁的承載能力和耐久性。施工質(zhì)量控制是另一個(gè)不可忽視的關(guān)鍵要點(diǎn)，在灌注樁的澆筑過程中，需要監(jiān)測(cè)混凝土的均勻性和澆筑質(zhì)量，以防止發(fā)生空洞、裂縫等問題[6]。此外，灌注樁錨固和連接也必須符合設(shè)計(jì)要求，保證樁與建筑物之間的有效傳力。同時(shí)，需要詳細(xì)記錄質(zhì)量控制和施工過程，包括孔洞鉆制、混凝土灌注、養(yǎng)護(hù)等，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正問題，保證施工的連貫性和質(zhì)量可追溯性。

3.2 灌注樁護(hù)筒結(jié)構(gòu)制作與埋設(shè)

灌注樁護(hù)筒通常分為直徑為1200mm的普通灌注樁和直徑為2400mm的大直徑灌注樁，需要根據(jù)高層建筑后續(xù)施工時(shí)的負(fù)荷要求選擇橫截面直徑。普通灌注樁可用5.5mm的鋼材制作內(nèi)徑1350mm，高度1800mm的護(hù)筒，這種護(hù)筒適用于一般高層建筑的地基。大直徑灌注樁可用8.5mm的鋼材制作內(nèi)徑2500mm，高度1800mm的護(hù)筒，這種護(hù)筒適用于更高承載能力的高層建筑地基。

在埋設(shè)灌注樁護(hù)筒前，需要先進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)，確定地下條件，確定灌注樁護(hù)筒的位置和深度后開挖護(hù)筒坑結(jié)構(gòu)。當(dāng)開挖護(hù)筒坑結(jié)構(gòu)時(shí)，護(hù)筒坑結(jié)構(gòu)的尺寸要大于灌注樁護(hù)筒約0.5m，以保證護(hù)筒可以穩(wěn)定安裝在護(hù)筒坑中，用黏土回填護(hù)筒坑，并同時(shí)進(jìn)行夯實(shí)處理，夯實(shí)度要達(dá)到96%，避免后續(xù)使用過程中發(fā)生滲透。

3.3 灌注樁沖土鉆孔施工

沖土鉆孔的質(zhì)量和準(zhǔn)確性直接影響灌注樁的承載能力和穩(wěn)定性。在進(jìn)行沖土鉆孔施工前，需要先進(jìn)行地址勘測(cè)，以便選擇適當(dāng)?shù)腻N型、鉆孔速度、鉆孔的位置以及深度。為了維持沖土鉆孔的穩(wěn)定性，必須采取適當(dāng)?shù)目妆诜€(wěn)定措施，例如鋼套管或泥漿涂覆，這可以防止孔壁塌方和土壤倒灌，保持孔內(nèi)清潔和干燥。在完成沖土鉆孔后，還需要對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行清理，將殘留物質(zhì)和泥漿清除，以便為灌注樁的澆筑做好準(zhǔn)備。為了使經(jīng)濟(jì)效益最大化，結(jié)合福州濱海新城CBD核心區(qū)域輸配環(huán)區(qū)域工程地下空間項(xiàng)目，本文根據(jù)不同尺寸的灌注樁和不同類型的地基土層提出不同的鉆孔方案。當(dāng)對(duì)普通灌注樁結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉆孔時(shí)，采用2.5t的三星錘，根據(jù)不同的土層，將鉆孔速度控制在2.5cm/h～115cm/h，土層越軟鉆孔速度越快。當(dāng)對(duì)大直徑灌注樁進(jìn)行鉆孔時(shí)，采用6t的五星鉆孔錘，根據(jù)不同的土層，將鉆孔速度控制在0.5cm/h～65cm/h，土層越軟鉆孔速度越快。

3.4 沖孔灌注樁清孔處理

沖孔灌注樁的清孔處理對(duì)保證樁的質(zhì)量和可靠性具有重要影響。根據(jù)住宅建筑地基建設(shè)規(guī)范可知，不同的樁底沉渣厚度均有各自的要求，端成型、摩擦型和抗水平力型樁結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的最大沉渣厚度分別為45mm、85mm以及185mm。清孔處理是在沖孔施工后，將孔內(nèi)的雜質(zhì)、泥漿和其他不良物質(zhì)徹底清除的過程。這個(gè)步驟的施工質(zhì)量直接影響灌注樁的承載能力和穩(wěn)定性，施工人員需要精心選擇和使用適當(dāng)?shù)那蹇坠ぞ吆驮O(shè)備，以保證孔壁的干凈和光滑。在清孔過程中，應(yīng)特別關(guān)注孔壁的均勻性，避免后續(xù)灌注過程中出現(xiàn)不均勻承載。

清孔處理還包括對(duì)孔內(nèi)的涂漿操作。在清孔后，施工人員需要在孔內(nèi)涂覆一層均勻的混凝土漿液，以填充孔隙并提供更好的承載性能。需要根據(jù)具體的工程要求和設(shè)計(jì)規(guī)范精確控制涂漿的質(zhì)量和漿液的成分。同時(shí)，清孔處理也需要注意清理孔口周圍的工作區(qū)域，保證沒有雜物和障礙物干擾施工。這包括清除孔口周圍的土壤和殘留物，并保障施工現(xiàn)場(chǎng)的安全性和保證整潔度。

圖3為普通直徑樁結(jié)構(gòu)的沉渣檢測(cè)點(diǎn)布置情況，通過13個(gè)檢測(cè)點(diǎn)能夠?qū)φ麄€(gè)樁結(jié)構(gòu)進(jìn)行沉渣厚度檢測(cè)，當(dāng)?shù)鼗┕げ捎么笾睆焦嘧督Y(jié)構(gòu)時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況增加檢測(cè)點(diǎn)或按比例調(diào)整普通直徑樁結(jié)構(gòu)檢測(cè)點(diǎn)的位置。

3.5 鋼筋籠結(jié)構(gòu)安裝及混凝土灌漿澆筑

鋼筋籠結(jié)構(gòu)安裝包括布置和固定鋼筋。工程師和工人必須保證鋼筋籠的尺寸、形狀和位置與設(shè)計(jì)要求一致。同時(shí)，焊接和連接鋼筋籠需要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，普通灌注樁大直徑灌注樁的鋼筋籠所需要的吊點(diǎn)數(shù)量分別為2和4，以保證結(jié)構(gòu)的牢固和穩(wěn)定。

混凝土灌漿澆筑是將樁孔充實(shí)并加固的關(guān)鍵步驟。在這個(gè)過程中，混凝土必須以連續(xù)、穩(wěn)定的澆筑速度灌注到樁孔中。施工人員需要密切監(jiān)測(cè)混凝土漿液的澆筑壓力和速度，以防止空洞和漿液分離。此外，在混凝土澆筑過程中，應(yīng)注意避免氣泡和污染物進(jìn)入，以保證混凝土的均勻性和質(zhì)量。在普通灌注樁的灌注過程中，采用3.5m3料斗和1根直徑125mm的導(dǎo)管進(jìn)行灌漿，當(dāng)對(duì)大直徑灌注樁進(jìn)行灌注時(shí)，可增加1根直徑125mm的導(dǎo)管同時(shí)灌注。

4 結(jié)論

本文結(jié)合福州濱海新城CBD核心區(qū)域輸配環(huán)區(qū)域工程地下空間項(xiàng)目，對(duì)高層建筑地基沖鉆孔灌注樁施工技術(shù)及承載力的數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行研究并得出以下結(jié)論。1）當(dāng)進(jìn)行護(hù)筒坑結(jié)構(gòu)開挖時(shí)，護(hù)筒坑結(jié)構(gòu)的尺寸需要大于灌注樁護(hù)筒約0.5m，安裝完灌注樁后用黏土回填護(hù)筒坑，并同時(shí)進(jìn)行夯實(shí)處理，夯實(shí)度需達(dá)到96%以上，避免后續(xù)使用過程中發(fā)生滲透。2）在清孔處理后，需要布置檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)沉渣厚度，普通直徑樁布置13個(gè)沉渣檢測(cè)點(diǎn)，大直徑灌注樁須根據(jù)需求布置更多的檢測(cè)點(diǎn)。3）利用鉆芯法和超聲波透射法對(duì)灌注樁進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)均符合施工要求。

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