超高层建筑超深桩基水下高性能混凝土的应用与研究

刘伟娟

【摘要】超高层建筑可以有效缓解当今建筑工程建设迅速发展、建筑用地资源紧缺之间的矛盾，已经成为建筑行业的主要发展方向。超高层建筑有着高度高、层数多、重量大的特征，这就对基础提出了较高的要求。为保障超高层建筑的稳定性，应加大对新技术、新材料的研究与应用。现对超高层建筑及桩基础进行了分析，并探讨了水下高性能混凝土的制作与应用要点。

【关键词】超高层建筑;桩基;水下高性能混凝土

近年来，我国基础设施建设进程不断加快，建筑工程作为基础设施建设中的重要组成部分，其数量也不断增多、规模也不断扩大。但是，建筑用地资源是有限的，为了实现对有限建筑用地资源的高效利用，高层、超高层建筑应运而生。伴随科技的发展，超高层建筑施工工艺技术不断改进、优化，为实现超高层建筑建设质量的提高奠定了良好的基础。由于超高层建筑的高度较高，如何确保其稳定性已经成为制约超高层建筑持续发展的一个重要因素。

1、超高层建筑及其桩基

超高层建筑指的是高度在100米以上、层数在40层以上的建筑物。超高层建筑的高度较高，其重心也相对较高，承受着较大的竖向荷载，对倾斜比较敏感，一旦受到地震荷载、风荷载的作用，便容易出现较大的倾覆力矩，影响超高层建筑的稳定性。因此，超高层建筑的基础、地基应具备良好的承载性能，确保超高层建筑在地震荷载、风荷载的作用下仍保持足够稳定。目前，桩基是超高层建筑最为常用的一种基础形式。桩基主要是由设置在土中的桩与承接建筑上部结构的承台组成。桩基可以将上部建筑的荷载传递给具有较大承载力的土层中，或使软弱土层相互挤压，提高土壤的密实度与承载力，进而预防地基沉降，保障建筑物的安全性与稳定性。

2、超高层建筑超深桩基水下高性能混凝土

2.1工程概况

某超高层建筑工程项目，为综合体建筑，集办公、商场、公寓、酒店于一体，总建筑面积600000平方米，项目主体是由主塔、副塔、裙房、地下室、地下车库等组成，主塔407米，副塔308米，基坑面积32600平方米，深度23米。主塔、副塔采取桩基，为超深钻孔灌注桩，桩数818根，单桩设计极限承载力为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、外加剂组成。水泥采用的是P·O 52.5普通硅酸盐水泥，矿物掺合料采用S75级矿渣粉、F类Ⅱ级粉煤灰。选择骨料时，选择级配合理、质地坚硬、无碱、含泥量低的活性材料，粗集料为5～25毫米连续级配的碎石，针片状颗粒占比2.7%，压碎指标7.8%;细集料为山砂+机制砂的混合砂，机制砂为连续级配，MB值<1.4，细度模数为2.5～2.9。外加剂选择PCA-800型聚羧酸高性能减水剂，与胶凝材料有着良好的适应性，减水率>25%，固含量15%。

水下混凝土的配合比设计。本工程中，考虑到水下施工条件，为确保水下高性能混凝土可以满足桩基设计要求，将C50水下混凝土的强度等级提高至C60进行配制。现场坍落度设计为220毫米±20毫米，坍落扩展度600毫米±50毫米。应确保拌合物的黏度适中及抗离析性能、流动性良好，为达到这一要点，其配合比设计中，需遵循如下原则：第一，根据GB/T50476-2008、JGJ55-2011及配制强度，对试验混凝土的耐久性指标、力学性能进行计算，确定C50水下混凝土的用水量175千克/立方米、水胶比0.37;第二，通过添加细磨矿物粉，实现混凝土性能的优化，矿物粉的掺量为20%～30%，根据以往经验、前期试配结果，确定矿渣粉掺量10%、粉煤灰掺量12%;第三，若是水下混凝土的砂率不合适，则可能引起离析、泵性不佳的问题，因此，确定砂率为47%～52%;第四，为确保拌和物的保坍性、黏聚性、流动性符合要求，采取高效能减水剂，来对配方进行优化，混凝土凝结时间控制在10～12小时，并科学设计减水剂掺量。经过多次试验后，水下高性能混凝土的最终配合比：水泥：水：粗骨料：细骨料：粉煤灰：矿渣：外加剂=413：180：868：833：63：53：7.9，水胶比0.34，砂率49%，设计密度2 410千克/立方米。经多次验证，并进行试生产后，该配合比的水下混凝土的保坍性、黏聚性、流动性良好，3天抗压强度、28天抗压强度分别为42.6、69.8兆帕，28天抗氯离子渗透性能、抗渗性能良好，符合设计要求。

2.3水下高性能混凝土浇筑

超高层建筑超深桩基施工中，应用水下高性能混凝土的时候，采取导管法来进行水下浇筑。所使用的导管，确保其内壁光滑平整、管道平直，管径应当和桩径相匹配，以避免浇筑时间增加或者是出现顶管问题，对φ800毫米～1500毫米的桩，在选择导管的时候，应选择内径250毫米、壁厚不小于5毫米的导管，且底管长度应不小于4米，采取丝扣连接的方式，导管安装完成后，应确保其底部与孔底的距离为300～500毫米。使用导管前，应开展水密承压试验，确保导管质量合格。

在二次清孔，且确保各指标符合要求后，立即进行混凝土浇筑施工。超深桩基水下混凝土浇筑施工质量，在很大程度上受到初灌量的影响。混凝土浇筑之前，应按照适当的富裕系数，对首批混凝土的使用量进行科学计算。水下混凝土初灌量，应符合导管埋入混凝土深度>0.8米的要求，从而确保混凝土可以将导管中的泥浆完全排出，完成水下封底。

水下混凝土浇筑过程中，如果导管埋入混凝土之中的深度较深，则会加大顶升阻力，导致局部夹泥现象的产生，或者是由于混凝土泛出阻力较大，导致上部混凝土无法顺利浇筑。如果导管埋入混凝土之中的深度过浅，则容易导致新浇筑的混凝土冲翻顶面，产生断桩、夹泥等质量问题。因此，应当对提拔导管的速度进行严格控制，确保导管始终埋于混凝土之中，导管埋入混凝土之中的深度为2～6米，不可将导管提出混凝土浇筑面。与此同时，还要安排专人负责测量混凝土浇筑面的上升情况、导管埋深，并做好记录。

水下混凝土浇筑过程中，也要对最后一次浇筑量进行严格控制，超灌高度应当高于设计桩顶标高1.0米以上，避免桩身出现颈缩问题，并严格控制混凝土充盈系数，确保其不超出1.0～1.2，从而保障水下混凝土浇筑施工质量。

2.4施工效果

本工程中，混凝土浇筑总量约为51500平方米，采取超声波、钻芯取样、低应变动检测等方法对成桩桩基的质量进行检测发现，桩身完整、密实，静载强度符合设计要求，应用效果良好。

结语：

综上所述，实际应用水下高性能混凝土的时候，应根据超高层建筑的实际情况，合理确定水下混凝土的配合比，并要加强对水下混凝土浇筑的质量控制，以確保超高层建筑桩基施工质量。

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