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高层建筑桩基础抗震施工分析与应用李国辉

发表时间：2020/11/24 来源：《基层建设》2020年第22期作者：李国辉

[导读] 摘要：随着近代工程建筑规模不断扩大，结构形式不断变化更新，向高层建筑及复杂的方向发展的势头迅速，高层建筑越来越多。

        身份证号码：44078219831011xxxx
        摘要：随着近代工程建筑规模不断扩大，结构形式不断变化更新，向高层建筑及复杂的方向发展的势头迅速，高层建筑越来越多。因此施工中面临的难点、疑点等问题也不断的增多。高层建筑重心高，在风和地震水平荷载作用下会产生巨大的倾覆力矩，故其对基础的承载力、稳定性和差异沉降要求很高。工程现场实测和模型试验均已证明结构桩基础的地基反力，既不是直线型分布，也不符合弹性地基理论的计算结果。文章结合自身工作经验，对高层建筑桩基础抗震施工应用进行了深入分析。
        关键词：高层建筑；桩基础；施工应用；抗震
        引言
        一、桩基础高层建筑特点
        由于高层建筑随着其建筑高度的增加，会受到较大的垂直和水平载荷，由此而产生巨大的弯矩和剪力，大大增加了其颠覆力矩，且作用水平载荷作为控制设计的主要载荷由风载荷和地震载荷构成，是一种动力载荷。高层建筑基础的受力情况更复杂，就要求其具有更高的稳定性、强度以及刚度，能够提供更大的水平与垂直负载能力。因此，在高层建筑结构基础大多采用桩基础形式，或者桩与其他基础形式复合组成的基础形式。
        二、桩基础抗震基础研究
        1.桩基础抗震的实效
        据有关资料显示，桩基础在一定限度内能承受地震的考验，在土体不发生破坏的情况下，桩基础的抗震效果是最好的。但是一旦土体发生滑移而被破坏时，桩基础也会遭到不同程度的破坏，从而影响桩基础的抗震能力。桩基破坏一般表现为土体下滑、斜移、开裂等。在液化地基中，为了减轻震害，人们在设计时往往将桩穿透液化土层，以便使地基更加稳定。从工程结构来看，一般情况下，工业和民用建筑的桩基础很少受地震的破坏。因为它们的桩基础采用的是刚性的桩基础，桩基与上部结构形成一个统一的整体，提高了桩基的刚度，因此它的抗震能力较高。但是，在桥梁和水建筑中，桩基础属于刚性比较弱的弹性刚基础，容易发生问题，从而导致桩基震害的发生。
        2.桩的垂直承载力
        在桩基础抗震设计中，桩的承载力需要通过复杂的计算来确定。桩基础的垂直承载力主要受土层的结构性质、地震震级的大小、地震延续的时间长短等各方因素的影响。从总体上来说，它对硬层的支撑桩的承载力影响不是太明显，而对摩擦桩的承载力影响比较大。地震负载属于特殊负载，根据相关计算，一般桩的承载力采用的安全系数为2。虽然地震发生时，桩的承载力会有所下降，但是采用安全系数为2的桩基，对桥梁桩基承载力来说，已经基本满足其要求了。
        3.桩的水平地震力计算分析
        地震力是很难确定的，它的随机性比较大，所以人们很难确定桩的动力反映。根据桩基桥梁内力计算方法的基本假定条件，现在设计中，多采用近似的方法进行桩的水平力地震计算。一般情况下，为了使计算更简便、快捷，人们常常把动力学问题转化为静力学问题进行分析、解决。这种方法虽然方便、简捷，但是有一定的局限性，它在计算过程中往往忽略了桩的惯性及地基运动对桩的影响，桩基的承受力范围减小。计算的时候把桩基的上层结构水平惯性力简化为桩顶处的水平力，进而求出作用于桩顶处的力，这种计算方法比较简便，一般工程项目在桩基础的抗震设计都会运用这种计算方法。
        三、高层建筑桩基础抗震施工要求
        1.做好环境勘察工作
        高层建筑的施工建设较为复杂，需要综合性的考虑多种因素，在开始施工之前，需要对现场的施工环境进行勘察，监测周边环境中是否存在不利于施工的因素。例如在勘察高层建筑桩基础施工环境的过程中发现周边存在地下土层松软等问题，需要立即取样分析，如果土层坚实度不满足施工要求需要采用技术手段处理，如果处理不了，则需要更改设计方案。根据现场勘察的具体数据，对施工方案进行研究和制定，选择合理的桩柱工艺和机械设备，在正式开始施工之前，还要结合施工要求，对桩基础施工的技术资料以及图纸设计内容展开综合性的分析，严格按照图纸要求进行施工，对于桩基础施工现场的构筑物保护和地下管线，要采取相关措施进行积极的保护，并对技术人员和建筑材料等管控好，保证整个桩基础施工工作得到有序的开展。

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        2.处理好施工障碍物
        高层建筑的桩基础施工属于建筑的基础形式，但是这种基础形式在建筑工程领域中的应用具有适用范围广和承载能力高的特点，在高层建筑施工中，对于桩基础部分的抗震施工设计，要求集中做好前期的准备工作，对桩基的类型、施工工艺、承载力计算方法、抗震理论依据主要的应用范围等均要展开系统化的分析。桩基础施工前要对场地进行平整，做好定位放线工作，同时还要仔细的检查桩轴，控制桩轴的情况下要反复审核，防止轴线受到桩基施工的影响。定位放线之前，要结合网格控制放线位置，对桩位实施编号，设置样桩时则要结合桩轴线和桩尺寸合理计算、设置，否则桩基定位难以保证准确性。此外，相关人员在排除施工障碍后还要重新审核桩位，这是为了防止出现错位问题。高层建筑桩基础施工做好排障等基础工作，对于工程质量具有可靠保证。
        四、高层建筑桩基础抗震施工应用
        高层建筑桩基础抗震施工处理要求较高，为了较好满足整个高层建筑桩基础的抗震效果，往往还需要重点把握好不同地基类型的针对性处理，尤其是对于非液化土以及液化土，更是需要针对性地采取适宜桩基础抗震施工方案。
        1.非液化土中桩基础抗震施工
        在非液化土中，桩基震害问题需要予以高度重视，比如从桩顶部来看，随着地震灾害的发生，桩头以及相关连接区域是最为容易出现震害的重要区域，也容易形成严重的剪坏、裂缝、拔脱等事故。如果该类地基结构中的土壤在刚度方面相差较为明显，则很容易致使软硬衔接区域存在较为明显的破坏机制，影响同样不容忽视，弯曲裂缝以及剪坏现象较为常见。如果在高层建筑施工建设中遇到软土地基，更是会进一步加大桩基础抗震难度，容易在该区域形成较为严重的不均匀沉降等灾害问题，相应基础结构的桩摩阻力明显降低。基于此，在非液化土中进行桩基础施工处理除了要重点把握好桩基础的合理设计和规范处理外，还需要切实围绕着土壤成分进行详细探究，确保桩基础施工方案具备较强的可行性效果，并且综合考虑到桩基础结构的经济性，在保障整体基础结构稳定性的基础上，最大程度上优化桩基础稳定性。如果该区域内不存在明显的软土地基，则可以按照非抗震地区的操作要求进行处理。
        2.液化土中桩基础抗震施工
        液化土中应用桩基础施工处理同样也是比较重要的一个手段，在液化土中进行桩基础施工建设同样也面临着相对较高的抗震压力，虽然液化土自身存在着一定程度上的减震效果，但是如果桩基础处理不合理，无法和相应基础结构有效匹配，也会产生重要灾害，需要重点结合液化土的作用特点和作用机制进行详细分析，确保桩基础抗震能力得到明显优化。针对液化土中桩基础的震害问题进行分析，如果相应土壤中不存在侧向扩展问题，则可能导致桩顶区域存在较为严重的弯剪裂缝，容易出现较为严重的不均匀沉降现象。如果液化土存在明显的侧向扩展问题，则需要重点考虑到该方面产生的明显推力，对于该方面带来的不均匀沉降问题进行详细明确，尤其是在塑性铰的分析和掌控上，更是需要引起高度重视。基于此，在液化土中进行桩基础抗震施工建设同样也需要重点考虑到桩基施工处理的具体要求，尤其是在桩基类型的选择上，更是需要结合具体土体状况恰当选择。一般而言，在液化土中进行桩基础施工处理应该优先采用钢混灌注桩进行操作，确保相应桩体结构自身具备理想的稳定性和强度；在桩基础自身的长度方面同样也需要进行严格把关，结合原基础性能以及层次布置状况，确保桩体长度较为适宜合理；针对具体桩基础的布置，应该采用竖直桩进行施工，保障整个桩结构的施工不存在较为严重的偏斜问题，能够促使稳定性和力学作用更为理想；在整个基础结构区域内，相应桩体结构的类型应该得到较好控制，避免采用不同类型的桩结构进行施工处理，应该统一应用端承桩或者是摩擦桩施工操作。
        结语
        桩基础施工实现了承载力从软弱地层向坚实地层的传递，增大了高层建筑在地面的稳固性，一旦发生地震可以有效抵抗和削弱地震对建筑的破坏力，起到良好的抗震效果。因此，高层建筑桩基础在施工建设中重点关注其抗震性能。同时相关人员应该结合不同高层建筑地基类型，选择较为适宜的桩基础施工处理方式，最终确保桩基础可以更好维系整个高层建筑的稳定性。
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