超高層建筑超深樁基水下高性能混凝土的應用與研究

劉偉娟

【摘要】超高層建筑可以有效緩解當今建筑工程建設迅速發展、建筑用地資源緊缺之間的矛盾，已經成為建筑行業的主要發展方向。超高層建筑有著高度高、層數多、重量大的特征，這就對基礎提出了較高的要求。為保障超高層建筑的穩定性，應加大對新技術、新材料的研究與應用。現對超高層建筑及樁基礎進行了分析，并探討了水下高性能混凝土的制作與應用要點。

【關鍵詞】超高層建筑;樁基;水下高性能混凝土

近年來，我國基礎設施建設進程不斷加快，建筑工程作為基礎設施建設中的重要組成部分，其數量也不斷增多、規模也不斷擴大。但是，建筑用地資源是有限的，為了實現對有限建筑用地資源的高效利用，高層、超高層建筑應運而生。伴隨科技的發展，超高層建筑施工工藝技術不斷改進、優化，為實現超高層建筑建設質量的提高奠定了良好的基礎。由于超高層建筑的高度較高，如何確保其穩定性已經成為制約超高層建筑持續發展的一個重要因素。

1、超高層建筑及其樁基

超高層建筑指的是高度在100米以上、層數在40層以上的建筑物。超高層建筑的高度較高，其重心也相對較高，承受著較大的豎向荷載，對傾斜比較敏感，一旦受到地震荷載、風荷載的作用，便容易出現較大的傾覆力矩，影響超高層建筑的穩定性。因此，超高層建筑的基礎、地基應具備良好的承載性能，確保超高層建筑在地震荷載、風荷載的作用下仍保持足夠穩定。目前，樁基是超高層建筑最為常用的一種基礎形式。樁基主要是由設置在土中的樁與承接建筑上部結構的承臺組成。樁基可以將上部建筑的荷載傳遞給具有較大承載力的土層中，或使軟弱土層相互擠壓，提高土壤的密實度與承載力，進而預防地基沉降，保障建筑物的安全性與穩定性。

2、超高層建筑超深樁基水下高性能混凝土

2.1工程概況

某超高層建筑工程項目，為綜合體建筑，集辦公、商場、公寓、酒店于一體，總建筑面積600000平方米，項目主體是由主塔、副塔、裙房、地下室、地下車庫等組成，主塔407米，副塔308米，基坑面積32600平方米，深度23米。主塔、副塔采取樁基，為超深鉆孔灌注樁，樁數818根，單樁設計極限承載力為30 000千牛，采用C50水下混凝土。

2.2水下高性能混凝土的制作

水下混凝土主要由水泥、骨料、外加劑組成。水泥采用的是P·O 52.5普通硅酸鹽水泥，礦物摻合料采用S75級礦渣粉、F類Ⅱ級粉煤灰。選擇骨料時，選擇級配合理、質地堅硬、無堿、含泥量低的活性材料，粗集料為5～25毫米連續級配的碎石，針片狀顆粒占比2.7%，壓碎指標7.8%;細集料為山砂+機制砂的混合砂，機制砂為連續級配，MB值<1.4，細度模數為2.5～2.9。外加劑選擇PCA-800型聚羧酸高性能減水劑，與膠凝材料有著良好的適應性，減水率>25%，固含量15%。

水下混凝土的配合比設計。本工程中，考慮到水下施工條件，為確保水下高性能混凝土可以滿足樁基設計要求，將C50水下混凝土的強度等級提高至C60進行配制。現場坍落度設計為220毫米±20毫米，坍落擴展度600毫米±50毫米。應確保拌合物的黏度適中及抗離析性能、流動性良好，為達到這一要點，其配合比設計中，需遵循如下原則：第一，根據GB/T50476-2008、JGJ55-2011及配制強度，對試驗混凝土的耐久性指標、力學性能進行計算，確定C50水下混凝土的用水量175千克/立方米、水膠比0.37;第二，通過添加細磨礦物粉，實現混凝土性能的優化，礦物粉的摻量為20%～30%，根據以往經驗、前期試配結果，確定礦渣粉摻量10%、粉煤灰摻量12%;第三，若是水下混凝土的砂率不合適，則可能引起離析、泵性不佳的問題，因此，確定砂率為47%～52%;第四，為確保拌和物的保坍性、黏聚性、流動性符合要求，采取高效能減水劑，來對配方進行優化，混凝土凝結時間控制在10～12小時，并科學設計減水劑摻量。經過多次試驗后，水下高性能混凝土的最終配合比：水泥：水：粗骨料：細骨料：粉煤灰：礦渣：外加劑=413：180：868：833：63：53：7.9，水膠比0.34，砂率49%，設計密度2 410千克/立方米。經多次驗證，并進行試生產后，該配合比的水下混凝土的保坍性、黏聚性、流動性良好，3天抗壓強度、28天抗壓強度分別為42.6、69.8兆帕，28天抗氯離子滲透性能、抗滲性能良好，符合設計要求。

2.3水下高性能混凝土澆筑

超高層建筑超深樁基施工中，應用水下高性能混凝土的時候，采取導管法來進行水下澆筑。所使用的導管，確保其內壁光滑平整、管道平直，管徑應當和樁徑相匹配，以避免澆筑時間增加或者是出現頂管問題，對φ800毫米～1500毫米的樁，在選擇導管的時候，應選擇內徑250毫米、壁厚不小于5毫米的導管，且底管長度應不小于4米，采取絲扣連接的方式，導管安裝完成后，應確保其底部與孔底的距離為300～500毫米。使用導管前，應開展水密承壓試驗，確保導管質量合格。

在二次清孔，且確保各指標符合要求后，立即進行混凝土澆筑施工。超深樁基水下混凝土澆筑施工質量，在很大程度上受到初灌量的影響。混凝土澆筑之前，應按照適當的富裕系數，對首批混凝土的使用量進行科學計算。水下混凝土初灌量，應符合導管埋入混凝土深度>0.8米的要求，從而確保混凝土可以將導管中的泥漿完全排出，完成水下封底。

水下混凝土澆筑過程中，如果導管埋入混凝土之中的深度較深，則會加大頂升阻力，導致局部夾泥現象的產生，或者是由于混凝土泛出阻力較大，導致上部混凝土無法順利澆筑。如果導管埋入混凝土之中的深度過淺，則容易導致新澆筑的混凝土沖翻頂面，產生斷樁、夾泥等質量問題。因此，應當對提拔導管的速度進行嚴格控制，確保導管始終埋于混凝土之中，導管埋入混凝土之中的深度為2～6米，不可將導管提出混凝土澆筑面。與此同時，還要安排專人負責測量混凝土澆筑面的上升情況、導管埋深，并做好記錄。

水下混凝土澆筑過程中，也要對最后一次澆筑量進行嚴格控制，超灌高度應當高于設計樁頂標高1.0米以上，避免樁身出現頸縮問題，并嚴格控制混凝土充盈系數，確保其不超出1.0～1.2，從而保障水下混凝土澆筑施工質量。

2.4施工效果

本工程中，混凝土澆筑總量約為51500平方米，采取超聲波、鉆芯取樣、低應變動檢測等方法對成樁樁基的質量進行檢測發現，樁身完整、密實，靜載強度符合設計要求，應用效果良好。

結語：

綜上所述，實際應用水下高性能混凝土的時候，應根據超高層建筑的實際情況，合理確定水下混凝土的配合比，并要加強對水下混凝土澆筑的質量控制，以確保超高層建筑樁基施工質量。

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