超高層建筑超深樁基水下高性能混凝土的研究與應用

李永慶 曹良桂 王世強 童 杰

云南建投綠色高性能混凝土股份有限公司 云南 昆明 650501

1 工程應用概況

1.1 工程簡介

“春之眼”商業中心工程項目位于昆明市盤龍區東風廣場，是集商場、辦公、酒店和城市公寓為一體的超高層綜合建筑體，建成后將成為昆明市第一高的地標性建筑。項目建筑主體由主塔、副塔、裙房以及地下室組成，其中主塔建筑高度407 m，副塔建筑高度308 m，項目總建筑面積約600 000 m2，基坑面積約為32 600 m2，深度達23 m。主塔、副塔樁基礎采用超深鉆孔灌注樁，總樁數818根，樁基單樁極限承載力設計為30 000 kN，混凝土設計為C50水下混凝土；主塔樁基的樁徑為1 000 mm，樁長達100 m，屬于典型的超深、超大長徑比、高承載力水下灌注樁。

1.2 超深樁基水下混凝土的技術要求

1）超深樁基混凝土在水下灌注成形，僅靠自身重力作用完成流動并達到自密實狀態，所以水下混凝土應具有良好的流動性、抗離析性能、黏性和保水性，以滿足水下100 m深度的自密實要求，防止發生夾渣、分層、堵管、斷樁等現象[1-2]。

2）水下混凝土在水下成形和凝結硬化，其強度、均勻性不可避免地會受到地下水及泥沙等影響。該樁基混凝土強度設計為水下C50，單樁極限承載力達30 000 kN，成樁后須進行超聲波檢測、低應變動測、鉆芯取樣等檢驗，故必須保證樁身混凝土質量及樁身完整性。

3）樁基礎不僅要承受建筑主體的荷載，還要長期承受服役環境中腐蝕介質的作用，工程樁基結構耐久性設計年限為100年，因此超深樁基混凝土必須加強耐久性能設計。

4）根據水下混凝土的工藝特點和質量控制要求，必須保證每根樁基混凝土一次性連續澆筑而成，以保證樁身混凝土不產生接縫、孔洞、夾渣和斷樁現象，而且單根澆筑時間較長，故要求混凝土初凝時間要大于澆筑時間的2倍。

2 C50水下高性能混凝土的配制

2.1 原材料

水泥選用華新東駿P·O 52.5普通硅酸鹽水泥，礦物摻合料選用F類Ⅱ級粉煤灰和S75級礦渣粉；骨料應要求是質地堅硬、級配合理、含泥量低且無堿的活性材料，細集料采用機制砂復合山砂的混合砂，機制砂為連續級配，細度模數2.5～2.9，MB值小于1.4；粗集料選用5～25 mm連續級配的碎石，壓碎指標7.8%，針片狀顆粒含量2.7%；外加劑選用固含量為15%的聚羧酸PCA-800型高性能減水劑，減水率大于25%，與膠凝材料適應性良好。

2.2 配合比設計

由于超深樁基混凝土水下施工條件的限制，為了保證樁身混凝土強度要求，本工程C50水下混凝土根據樁基相關施工標準提高至C60等級進行配制。設計的現場坍落度宜為220 mm±20 mm，坍落擴展度為600 mm±50 mm，拌和物流動性、抗離析性良好，黏度適中，其配合比參數按以下原則進行確定：

1）根據配制強度以及JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》、GB/T 50476—2008《混凝土結構耐久性設計規范》，計算試驗混凝土力學性能和耐久性指標，選定C50水下混凝土的水膠比為0.37，用水量175 kg/m3。

2）利用細磨礦物粉改善混凝土性能，礦物摻合料摻量控制在20%～30%范圍，經過前期試配結果和以往生產經驗，最終確定粉煤灰摻量為12%、礦渣粉摻量為10%。

3）根據以往經驗，水下混凝土砂率過大或過小均會引起易泵性不佳或離析的問題，故本工程超深樁基C50水下混凝土的砂率控制在47%～52%。

4）利用高性能減水劑技術，優化調整配方，保證拌和物流動性、黏聚性和保坍性，控制混凝土凝結時間為10～12 h，并確定減水劑的摻量。

經多次試驗和優化調整，最終確定了C50水下高性能混凝土施工配合比：水∶水泥∶礦渣粉∶粉煤灰∶細骨料∶粗骨料∶外加劑= 180∶413∶53∶63∶ 833∶868∶7.9，砂率為49%，水膠比為0.34，設計密度2 410 kg/m3。

根據對設計配合比多次驗證和試生產，結果表明C50水下混凝土流動性、黏聚性和保坍性能良好，混凝土強度發展良好，3 d抗壓強度為42.6 MPa，28 d抗壓強度為69.8 MPa，28 d齡期混凝土抗滲性能和抗氯離子滲透性能強，滿足超深樁基工程對混凝土強度、工作性能和耐久性的設計要求。

3 水下高性能混凝土的生產與施工

3.1 水下高性能混凝土生產質量控制

1）原材料控制。生產前檢驗原材料質量及穩定性，加強砂石的含水率檢測及外加劑適應性驗證，控制原材料中影響強度、耐久性和工作性的關鍵指標。

2）生產過程控制。生產中根據原材料檢測結果調整配合比，考慮到運輸途中有一定的坍落度損失，故須嚴格控制混凝土出廠工作性能，每一車混凝土都要檢測和易性，對不滿足超深水下澆筑施工要求的混凝土嚴禁出廠。

3）調度運輸控制。超深水下樁基項目應制訂規劃混凝土供應和運輸方案，根據澆筑進度合理調配車輛和發料速度，以保證水下混凝土澆筑的連續性。

4）現場質量控制。混凝土運到工地后，現場技術員應先檢驗混凝土狀態，合格后才能進行澆筑施工。

3.2 水下混凝土澆筑施工質量控制

1）水下混凝土采用導管法水下澆筑。導管應平直且內壁光滑平整，導管管徑應與樁徑匹配，以免出現頂管現象或增加澆筑時間，對于φ800～1 500 mm的樁，導管內徑宜為250 mm、壁厚不宜小于5 mm，底管長度不宜小于4 m，導管采用絲扣連接，導管安裝后底部距離孔底宜為300～500 mm，導管在使用前應進行水密承壓試驗。

2）在二次清孔并檢驗各項指標合格后，應立即澆筑混凝土。初灌量是超深樁基水下澆筑施工的關鍵，澆筑前須按一定的富裕系數計算首批混凝土用量。混凝土初灌量應滿足導管埋入混凝土深度大于0.8 m的要求，以保證混凝土將導管內泥漿排出，實現水下封底。

3）澆筑過程應控制好提拔導管速度，必須保證導管始終埋在混凝土內，嚴禁將導管提出混凝土澆筑面，導管埋入混凝土深度宜為2～6 m。若導管埋入較深，會因頂升阻力加大而產生局部夾泥，或因混凝土泛出阻力較大，致上部混凝土澆筑不暢；若埋入過淺，則新澆筑的混凝土容易沖翻頂面，造成夾泥、斷樁等事故。

4）澆筑過程應有專人負責測量導管埋深及混凝土澆筑面上升情況，并填寫水下混凝土澆筑記錄。水下混凝土應控制最后一次澆筑量，超灌高度宜高于設計樁頂標高1.0 m以上，樁身不得有頸縮現象，混凝土充盈系數應控制在1.0～1.2之間。

4 結語

本文針對超高層建筑鉆孔灌注樁的結構特點和施工要求，通過采取針對性的控制措施，最終保障了施工效率和質量。工程中共計澆筑C50水下混凝土約51 500 m3，工程成樁樁基經超聲波檢測、低應變動測和鉆芯取樣等質量檢測，表明樁身完整密實，無明顯結構缺陷，靜載強度等均達到設計要求，工程應用質量效果良好。