高层建筑地基处理技术研究与应用.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 91 高层建筑地基处理技术研究与应用 杨盛文 江西省建科工程技术有限公司，江西 南昌 332000 摘要：摘要：高层建筑的地基处理是确保高层建筑施工中的重要环节，在地基处理过程中存在一些问题，如土壤不均匀、强度不足等。为了保证工程的顺利进行，高层建筑地基处理需要遵循一些技术要点。本文从前期准备工作、混凝土的配比、混凝土灌注过程几方面进行了探讨，最后分析了预应力管桩地基处理技术的技术要点。通过采取这些技术措施，可以有效地提高高层建筑地基的稳定性和承载能力，确保建筑物的顺利运行。关键词：关键词：高层建筑；地基处理；预应力管桩技术 中图分类号：中图分类号：TU753 1 概述 随着城市化进程的加速，高层建筑在城市中的数量不断增加，对地基处理技术提出了更高的要求。高层建筑地基的稳定性和承载能力直接关系到建筑物的可靠性。然而高层建筑的地基处理常常面临一系列的挑战，如复杂的土质条件、施工难度大、工期紧迫等。这些问题给地基处理带来了巨大的技术难题和风险挑战，科学合理地选择和应用高效的地基处理技术成为解决这些问题的关键。因此，对高层建筑地基处理技术进行深入研究和应用具有重要意义。2 高层建筑地基处理的特点和挑战 2.1 高层建筑地基处理的施工特点 高层建筑由于其重量巨大，地基处理需要充分考虑建筑物的荷载特性。地基必须能够承受和分散这些荷载，确保建筑物的稳定性。因此，在地基处理过程中，需要选择适当的材料和工艺，以满足高重量和荷载的要求。同时，高层建筑常常位于城市中心或繁忙区域，施工空间有限。这使得地基处理施工面临空间狭小、操作受限的情况。在有限的空间内进行施工，需要合理规划施工流程和施工设备，确保施工的顺利进行并最大程度减少对周围环境的干扰。除此之外，高层建筑的地基处理通常与整个建筑项目的进度紧密相关。地基处理需要在建筑结构施工之前完成，因此时间紧迫。并且对施工技术和材料也有较高的要求。2.2 地基处理过程中存在的问题 当前高层建筑的地基处理存在一些常见的问题，具体来说包括以下方面：第一，地基沉降。高层建筑的重量会给地基施加巨大荷载，导致地基沉降。特别是在软土地区，软弱土壤的承载能力有限，更容易引起沉降现象。建筑沉降可能会导致建筑结构变形、裂缝产生，对建筑物的使用寿命造成影响。较大的沉降可能导致建筑不平整或倾斜，甚至引发严重的结构破坏。第二，桩基竖向承载力不足。高层建筑的地基处理通常会采用桩基，但如果桩基的设计或施工不合理，可能导致桩基的竖向承载力不足。这将直接影响地基的承载能力和结构的稳定性。在荷载作用下，桩基可能发生沉没、滑移或破坏，进而使地基失去支撑能力，对建筑物造成严重威胁。第三，土壤干燥收缩。在地基处理过程中，水分可能从土壤中流失，导致土壤干燥收缩。这种情况尤其在干旱地区或施工过程中水分控制不当时更为突出。土壤干燥收缩会使土壤体积减小，产生收缩现象，进而降低地基的稳定性。如果土壤收缩过大，可能引起地基沉降、结构变形、裂缝以及地基不均匀沉降等问题。第四，地基液化。在某些地区，特别是软弱土和饱水层较多的地方，发生地震时可能引发地基液化现象。地基液化是指地震作用下土壤饱水层受震动影响失去强度，表现为土壤失去支撑能力，变得类似液体。这将导致地基失稳，地基下沉甚至沉降。对于高层建筑来说，地基液化是严重的风险，可能导致建筑物倾覆、坍塌或严重结构损坏。3 高层建筑工程地基处理的技术要点 中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 92 3.1 地基处理的前期准备工作 3.1.1 地基勘察和测试 在高层建筑地基处理之前，必须进行全面的勘察和测试来了解土壤的性质、组成和承载能力。这包括采取以下措施：第一，通过钻孔或挖掘方法获取土壤样本，并将这些样本送往实验室进行详细的测试和分析。这些测试包括土壤颗粒分析、含水量测定、压缩性试验等，从而了解土壤的物理特性、力学性质和工程行为。第二，使用静载试验或动力触探等测试方法来评估地基的承载能力。静载试验通过在地表施加荷载并测量沉降情况，以确定土壤的强度和变形性状。动力触探则利用冲击力和反弹速度等参数推断土壤的承载能力。第三，进行水文地质调查，研究地下水位和水文条件，了解地基受水分影响的情况。这包括钻井观测和水文地质分析等，以确定地下水对地基稳定性的影响。3.1.2 土体改良 根据地基勘察结果，如果发现地基存在问题，需要采取土体改良措施以增强地基的稳定性和承载能力。常见的土体改良方法包括深层加固和处理高含水量土壤。对于软土地基的加固，深层加固是一种有效的方法。其中包括灌注桩、橡胶振动桩和静压桩等方式。通过将混凝土或其他合适的材料灌注到地下，可以增加土壤的密实度和强度，提升地基的承载能力。另一种方法是进行土体置换，即挖掘除去软土，并用适宜的填料（如砾石、碎石等）进行填充，以提高地基的稳定性。而对于高含水量土壤则一般进行排水处理。通过设置排水系统，如排水管、井点等，降低土壤的含水量，从而减少土壤膨胀或液化的风险。另外，增加土体强度也是重要的方法。通过使用适当的加固材料（如水泥、石灰等）与高含水量的土壤混合，形成稳定的土体，提升土壤的强度和抗压能力。3.2 混凝土的配比 混凝土的配比需根据设计要求和地基特点来合理配制，以确保混凝土的强度和耐久性。配比的目标是获得具有适当工作性能、抗裂性能和持久性的混凝土。具体来说，需要根据设计要求确定混凝土的强度等级和抗压强度。这涉及到对建筑物的荷载要求、结构设计和设计寿命进行分析和评估。根据所需的强度等级，选择合适的水灰比（水与水泥重量之比），以确保混凝土的强度满足设计要求。同时，考虑地基的特点和环境条件，决定是否需要添加掺合料和化学添加剂。掺合料是将一些非活性材料加入混凝土中，如粉煤灰、硅灰、矿渣等，可以改善混凝土的工作性能、耐久性和抗裂性能。掺合料的使用可以降低水泥用量，减少热裂纹和收缩裂缝的产生，并提高混凝土的抗渗性和抗硫酸盐侵蚀能力。化学添加剂是指在混凝土中添加的具有特定功能的化学物质，如减水剂、增塑剂、缓凝剂和外加剂等，可以改善混凝土的流动性、减少水泥用量、控制凝结时间和提高混凝土的耐久性。减水剂可以降低混凝土的黏性，提高流动性；增塑剂可以改善混凝土的可塑性和变形性能；缓凝剂可以延缓混凝土的凝结时间，便于施工操作。配制混凝土时，需要通过实验室试验和配合比设计来确定最佳配比。这包括对水灰比、骨料配合比、掺合料含量和化学添加剂用量等进行精确控制。同时还需考虑施工条件和持久性要求，确保混凝土在浇筑、固化和使用过程中具有稳定的性能。3.3 混凝土灌注 混凝土的灌注是一个重要的施工过程，需要进行严格的技术把关，以提升地基的稳定性和承载能力。需要选择适当的灌注方法和设备，如泵送车、输送管道和振动棒等，以确保混凝土能够均匀填充地基空间。根据地基特点和施工条件，确定最佳的灌注方式，如从底部向上灌注或使用分层灌注法。在灌注过程中，要注意混凝土的均匀填充，并采取振实措施来消除空隙和气泡。使用振动棒或其他适当的振动设备，在混凝土灌注的同时进行振动，以确保混凝土与地基紧密结合，提高其密实度和强度。同时，控制混凝土的施工温度和湿度，以防止过早脱模和开裂。在高温季节，可以采取降温措施，如喷水、覆盖湿布或使用降温剂，以减少混凝土的温度。在低温季节，可以采取加热措施，如使用蒸汽加热或保温罩，以保持混凝土的适宜温度。根据混凝土的强度发展和地基的要求，确定合适的脱模时间。过早脱模可能导致混凝土表面开裂或变形，而延迟脱模可能影响施工进度。根据混凝土的强度发展曲线、环境条件和使用的脱模剂等因素，进行合理的判断和决策。中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 93 3.4 预应力管桩地基处理技术 预应力管桩是一种有效的地基处理技术，通过在地下钻孔中灌注混凝土，形成预应力管桩，增加地基的承载能力。这种技术可以用于软土地区，提供更好的稳定性和抗沉降能力。3.4.1 钻孔施工 在进行钻孔施工之前，需要进行地基勘测和设计。地基勘测包括对地质条件、土壤性质和地下水位等进行详细调查和分析，以确定钻孔的位置和布置方案。根据勘测结果，结合建筑物的要求和设计指标，制定合理的钻孔方案。根据设计要求和地基特点，选择适当的钻机进行施工。常见的钻机类型包括旋挖钻机、往复式钻机和回转钻机等。钻机的选择应考虑到钻孔的直径、深度和土层情况等因素。钻孔位置和布置也需根据设计要求来确定，在地面上选定钻孔的位置和布置方案。通常钻孔按照规则的网格间距进行布置，以覆盖整个地基区域并形成均匀的地基加固效果。确保钻孔位置准确，符合设计要求，并避免与其他地下设施或管线的冲突。在确定钻孔位置后，开始进行钻孔操作。根据设计要求和土壤的特点，选择合适的钻头类型和钻具进行施工。钻孔的直径和深度根据设计要求进行控制，并严格按照设计深度逐步进行钻孔。在钻孔过程中，应及时清理孔内的岩屑、泥浆和水等杂质，以确保钻孔效果。3.4.2 管桩安装 在完成钻孔后，需要对钻孔进行清理和准备工作。清理钻孔内的岩屑、泥浆和水等杂质，确保钻孔内表面光滑，并清除可能影响管桩安装的障碍物。选用适当的管材进行安装。通常使用的管材为钢管或塑料管，其选择取决于设计要求和地基特点。管材应具有足够的强度和刚度来承受地基荷载，并能耐受地下环境的腐蚀和侵蚀。在插入管桩前，可以先在管材底部安装预制的锥形钢套或导引器，以便更好地引导和定位管桩。插入管桩时，可以使用专用的推进装置或施工机械进行推动，确保管桩顺利插入并达到设计要求的深度。相邻的管桩之间应保持适当的间距，以确保整个地基得到均匀的加固。间距的确定需要根据设计要求、土层特性和建筑物荷载等因素综合考虑。通常情况下，管桩之间的距离应该足够使其共同工作，并能够有效分担荷载。在管桩安装过程中，要特别关注排水和灌浆。确保钻孔底部排水畅通，避免地下水积聚对管桩安装造成影响。同时，在安装管桩的同时进行灌浆，将混凝土或其他适用材料注入管桩内，以填充管桩与钻孔之间的空隙，提高管桩与周围土壤的结合力和承载能力。之后就可进行混凝土的灌注。3.4.3 预应力施工 混凝土灌注完成后，对管桩进行预应力加固。根据设计要求和预应力计算，将预应力钢缆或钢筋布置在管桩内部。预应力元素通常采用高强度的钢材，如钢缆或钢筋。布置钢缆或钢筋时，需要考虑应力传递的路径和受力分布，确保其合理布置并与管桩充分粘结。之后在管桩顶部和底部设置锚固装置，用于固定预应力元素。锚固装置通常由锚具和套筒组成，能够有效地传递预应力力到管桩中，并保证力的稳定和持久。通过液压或机械设备，施加预定的预应力力。根据设计要求和地基特性，控制预应力力的大小和施加方式。预应力力可以采用单向或双向施加，以增强管桩的抗弯和抗剪承载能力。在施加预应力力后，进行预应力调整和锚固。对于钢缆预应力，通过调节张拉设备，使钢缆达到设计要求的预应力力值，并在达到要求后进行锚固处理。对于钢筋预应力，通过机械装置或螺栓等方式实现预应力调整和锚固。3.4.4 后续处理 在完成预应力施工后，需要对管桩周围的土壤进行回填和加固。回填土的选择应考虑土壤性质、排水条件和工程要求等因素。回填土的密实度和排水性能要满足设计要求，以提供更好的支撑力和稳定性。而为了验证管桩的承载能力和地基处理效果，可以进行静载试验。静载试验是通过施加垂直荷载到管桩上，并测量沉降和应变等参数来评估其承载性能。试验结果可用于验证设计假设和调整设计参数，进一步提高管桩的可靠性。4 结语 高层建筑地基处理技术的研究与应用对于确保建筑物的可靠性至关重要。通过对施工特点、问题以及技术要点的综合分析，可以得出以下结论：高层建筑地基处理需要考虑土质条件、施工难度和工期等因素，采取科学合理的处理措施；前期准备工作包括地基勘察和测试以及土体改良是提高地基稳定性的关键；合中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 94 理配比和灌注混凝土可以确保地基的强度和稳定性；预应力管桩地基处理技术是有效的增强地基承载能力和抗震性能的方法。未来，应该继续努力在高层建筑地基处理技术领域进行研究和创新，通过持续的研究和创新，可以进一步完善高层建筑地基处理技术，并为未来的高层建筑提供更可靠的地基支撑，实现城市化进程的健康可持续发展。参考文献 1张俊,邓灯亮.高层建筑岩土勘察分析及地基处理技术应用研究J.江西建材,2015(22):12.2呈辉.高层建筑岩土勘察分析及地基处理技术应用研究J.工程技术:引文版,2016(2):88-89.3郑志强,刁明龙,艾克拉木加帕尔.高层建筑的地基处理技术研究J.住宅与房地产,2016(1):12.4马佳.基于高层建筑地基处理技术研究J.建筑建材装饰,2019,40(2):81-118.5苏冬瑜.简述高层建筑地基处理的常见问题及处理技术J.建筑工程技术与设计,2018(7):45.