可控刚度桩筏基础桩土共同作用的施工应用

可控刚度桩筏基础桩土共同作用的施工应用

傅琳镔 郑清鹏 黄斌

中建八局东南建设有限公司，福建省厦门市361000

摘要：随着高层与超高层建筑的快速发展，传统桩筏基础在复杂地质条件下的应用面临诸多挑战。本文深入探讨了可控刚度桩筏基础（Controlled Stiffness Piled Raft Foundation,CSPRF）的创新概念及其在桩土共同作用中的施工应用。通过介绍可控刚度桩筏基础的设计原理、施工技术及工程实践，本文分析了其在提升基础承载力、控制沉降、节约成本和缩短工期等方面的显著优势。最后，结合具体工程案例，总结了可控刚度桩筏基础在高层与超高层建筑中的广泛应用前景和经济效益。

关键词：可控刚度；桩筏基础；桩土共同作用；施工应用

1基本概念

可控刚度桩筏基础是在传统桩筏基础的基础上，通过在桩顶与筏板之间设置刚度调节装置，实现对桩基支承刚度的主动干预和调节。该装置能够分离承载力和变形的耦合关系，使桩基支承刚度的大小与分布可控可调，从而实现桩土共同作用的优化。

2可控刚度桩筏基础的施工技术

2.1施工流程

可控刚度桩筏基础的施工流程是一个精细且高度系统化的过程，每一步都至关重要，直接影响着最终基础的质量和性能。具体而言，该流程可细分为以下几个关键步骤：

桩基施工：作为整个施工流程的基础，桩基施工的首要任务是确保每根桩都能精确地按照设计要求进行定位和施工。这一过程包括精确的桩位放样，确保桩的平面位置准确无误；随后进行成孔作业，利用专业的成孔设备（如旋挖钻机、冲击钻机等）在预定位置形成符合设计要求的桩孔；之后是钢筋笼的安装，钢筋笼的制作需严格遵循设计图纸，安装时需保证其与桩孔同心且垂直度符合要求；最后进行混凝土浇筑，确保混凝土充盈整个桩孔，并振捣密实，形成高强度、高稳定性的桩基。

刚度调节装置安装：在桩基施工完成后，接下来的关键步骤是在桩顶安装刚度调节装置。这一步骤要求极高的精确度和安装技术，因为刚度调节装置的性能直接影响到桩土共同作用的效果和基础的沉降控制。安装过程中，需确保刚度调节装置与桩顶紧密接触，并采用专用的固定装置进行牢固固定，以避免在使用过程中产生松动或脱落。同时，还需对安装完成的刚度调节装置进行必要的调试和检测，确保其工作性能满足设计要求。

筏板浇筑：在刚度调节装置安装完毕后，即可进行筏板的浇筑施工。筏板作为连接各桩顶刚度调节装置并承受上部结构荷载的重要构件，其浇筑质量直接关系到基础的整体稳定性和承载力。浇筑前需对筏板模板进行仔细检查和校正，确保其尺寸、位置和平整度符合设计要求；浇筑过程中需严格控制混凝土的配合比、浇筑速度和振捣工艺，确保混凝土密实、无缺陷；浇筑完成后还需进行必要的养护措施，以提高混凝土的强度和耐久性。

后期调整：施工完成后并非一劳永逸，还需根据基础沉降监测结果对刚度调节装置进行必要的后期调整。这一步骤是整个施工流程中不可或缺的一环，它通过实时监测基础沉降数据并据此调整刚度调节装置的参数（如刚度、位置等），以实现桩土支承刚度的动态匹配和协调优化。这不仅可以有效控制基础的沉降量，还能提高基础的承载力和稳定性。

2.2关键技术

刚度调节装置的精确安装：刚度调节装置的精确安装是实现桩土共同作用和优化基础性能的关键。在安装过程中需采用先进的测量和定位技术（如全站仪、激光测距仪等）对装置进行精确放样和定位；同时需采用专业的安装工具和固定装置确保装置与桩顶和筏板之间的连接紧密可靠且位置准确无误。此外还需对安装完成的装置进行严格的检测和验收以确保其工作性能满足设计要求。

基础沉降监测：基础沉降监测是施工过程中必不可少的一环。通过采用先进的监测技术（如高精度水准仪、GPS监测系统等）对基础沉降进行实时监测和数据分析可以及时发现和处理施工中可能出现的问题并为刚度调节提供依据。监测数据需进行定期汇总和分析以评估基础的稳定性和沉降趋势并根据监测结果对刚度调节装置进行必要的调整和优化。

施工质量控制：施工质量控制是确保可控刚度桩筏基础整体性能和质量的重要保障。在施工过程中需对各个环节进行严格的质量控制包括原材料的质量检验、施工工艺的监督检查以及成品的检测和验收等。通过实施全面的质量管理措施和严格的质量控制标准可以确保每个施工环节都符合设计要求和质量标准从而保证基础的整体性能和质量达到最优状态。

3工程实践案例分析

3.1工程概况

本案例聚焦于一座位于繁华都市中心的超高层建筑，其巍峨身姿高达155米，不仅是城市天际线的新地标，更是现代建筑技术的集大成者。该建筑的设计初衷在于融合现代美学与高效功能，而其基础设计则直接决定了这一宏伟愿景能否安全、稳定地实现。鉴于项目所在地地基条件复杂，主要由中风化泥质粉砂岩构成，且局部区域夹杂着软弱夹层，对基础的承载力和沉降控制提出了极高要求。设计团队明确指出，基础沉降量需严格控制在50mm以内，差异沉降不得超过1/400，以确保上部结构的长期稳定性和使用安全。

3.2设计方案

面对复杂的地质挑战，设计团队创新性地采用了可控刚度桩筏基础（CSPRF）方案。首先，通过详尽的地质勘察报告，结合上部结构的详细荷载分析，确定了采用直径1.2米的钻孔灌注桩作为核心支撑结构，桩长则依据实际持力层深度精心计算，以确保每根桩都能深入稳定岩层，提供坚实的支撑。尤为关键的是，在桩顶创新性地引入了主动式刚度调节装置，这一装置利用先进的液压系统，实现了对桩基支承刚度的动态调整，从而确保了桩土之间的相互作用更加和谐，既充分利用了地基土的承载潜力，又有效避免了因刚度不匹配导致的应力集中和沉降问题。此外，筏板设计厚度达1.5米，采用高强度C40混凝土浇筑，进一步增强了基础的整体性和抗变形能力。

3.3施工过程

施工环节是可控刚度桩筏基础从理论走向实践的关键步骤。项目团队严格按照既定设计方案和施工技术要求，分阶段、有计划地推进各项施工任务。桩基施工阶段，采用了先进的钻孔灌注技术，确保了桩身质量和垂直度；刚度调节装置的安装则要求极高的精度和稳定性，通过精密的测量和调试，确保了每个装置都能准确就位并正常工作；筏板浇筑过程中，严格控制混凝土配合比和浇筑工艺，确保筏板质量满足设计要求。同时，为了实时监控基础沉降情况，项目配备了高精度沉降监测设备，对基础沉降进行全天候、不间断的监测和数据采集。根据监测结果，施工团队及时调整刚度调节装置，确保基础在施工过程中始终处于最优工作状态。

3.4效果评估

经过紧张而有序的施工和后期精细的调整，该超高层建筑的基础沉降控制取得了显著成效。最终检测结果显示，基础沉降量被成功控制在45mm以内，远低于设计要求的50mm，差异沉降更是小于1/500，远远优于设计标准。这一成果不仅验证了可控刚度桩筏基础在复杂地质条件下的卓越性能，也充分展示了其在提升基础承载力、控制沉降方面的显著优势。此外，与采用传统桩筏基础相比，本工程通过减少桩基使用数量（约30%）和缩短施工周期（约20%），实现了显著的经济效益。这不仅为项目节省了宝贵的建设成本和时间，更为后续类似工程提供了宝贵的经验和参考。综上所述，可控刚度桩筏基础在高层与超高层建筑中的应用前景广阔，值得在更多工程实践中推广和应用。

4结论

可控刚度桩筏基础作为一种创新的基础形式，在高层与超高层建筑中的应用具有显著优势。通过刚度调节装置实现对桩基支承刚度的主动干预和调节，实现了桩土共同作用的优化，提高了基础的承载力和稳定性，降低了工程造价和施工周期。本文的研究为可控刚度桩筏基础的推广应用提供了理论依据和实践参考。

参考文献

[1]徐松.高层建筑桩基础静压桩施工技术探讨[J].门窗,2023(4):79-81.

[2]唐咏泉.高层建筑桩基础静压桩施工技术分析[J].城市情报,2023(7):0131-0133.