1、天津117大厦高承载力超大长径比试验桩施工技术,前言,灌注桩以其承载力高、适应性强等优点，在当今土木与建筑工程中得到了广泛应用。为提高单桩承载力、控制沉降变形，在超高层建筑和大跨度桥梁结构中，采用超长、大直径的钻孔灌注桩已较为普遍，桩长径比一般不大于80，直径1m的单桩竖向极限承载力一般不超过30000kN，由于设计和施工的复杂性，超大长径比的钻孔灌注桩应用极少。,提纲,一、工程概况二、主要技术难点三、关键施工技术四、应用效果,一、工程概况,天津高新区软件和服务外包基地综合配套区-中央商务区一期工程（117大厦）由117塔楼、37层靠山楼以及2层裙楼组成，其下均设置4层地下室，建筑高度597m2、，总建筑面积约83.6万（117塔楼37万）。本项目将建成集办公、住宅、酒店、娱乐、休闲为一体的全新中央商务区。,一、工程概况,工程第一批4根试桩直径均为1m，其中2根试桩桩长120.6m、有效桩长95.5m，2根试桩桩长100m、有效桩长76m。混凝土设计强度等级C50，桩底、桩侧均采用后注浆。试桩设计单桩极限承载力42000kN，采用静载试验方法检测。场地为海相与陆相交互沉积地层，120.6m试桩穿越5个承压含水层。,一、工程概况,一、工程概况,试桩平面布置图,反力桩100m,试验桩100m,试验桩120m,一、工程概况,试桩配筋断面图,提纲,一、工程概况二、主要技术难点三、关键施工技术四3、应用效果,二、主要技术难点,1、深厚砂土超深钻孔泥浆控制 场区地层以粉砂、粉土和粉质粘土为主，试桩孔深达120.6m，设计要求桩底沉渣厚度控制在10cm内，钻孔持续时间长，成孔质量要求高，对泥浆配置、护壁与循环控制提出了特别的要求。2、超大长径比桩成孔垂直度控制 试桩设计要求成孔垂直度偏差不大于1/150，高于国家和行业标准中不大于1%的要求。而从施工角度分析，桩长超过100m而直径仅1m，桩孔垂直度偏差应不大于1/300，才能保证钢筋笼保护层厚度和混凝土正常浇灌。,二、主要技术难点,3、超长超重钢筋笼施工工艺 试桩钢筋笼全长设置，长达121.1m，设计拟采用内外双层钢筋笼，主筋共36根直径4、40mm的HRB400钢筋，笼内设有12根检测、注浆等管道，总重约50t。钢筋笼制作、安装及变形控制有一定的难度。4、超深水下浇灌混凝土质量控制 试桩采取水下浇灌工法，结合工程桩技术要求，按耐久年限100年的C55自密实混凝土进行配合比设计，工作性能应适应孔深120.6m灌注要求。此外，还需要关注与控制狭小空间内超长混凝土导管施工质量风险。,二、主要技术难点,5、后注浆深化设计与质量控制 类似场地超长桩后注浆缺乏成熟、可靠的经验，需要进行针对性的深化设计，确认具体的参数、工艺并严格实施。包括：桩侧注浆阀的布置，注浆管、注浆阀的连接与固定，水泥浆性能确定及配制，施工过程成品保护等。6、上部非摩擦5、段侧摩阻力的消除 试桩静载检测考虑在自然地面进行，上部25.1m为非有效桩长范围。鉴于采取预埋钢筋应力计测试换算等传统方法不能够提供直观、可靠的结果，因此从消除上部非有效桩长段侧摩阻力的角度，结合场地条件研究新的方法。,提纲,一、工程概况二、主要技术难点三、关键施工技术四、应用效果,三、关键施工技术,3.1 深厚砂土超深钻孔泥浆控制技术3.1.1泥浆研制,围绕护壁效果好、泥皮薄、沉渣少等主要目标，经研究分析，试桩钻孔泥浆选用PHP低固相膨润土泥浆。试桩泥浆循环采用反循环工艺。PHP 泥浆循环系统由新泥浆池、钻渣沉淀池、泥浆循环池、废浆池及泥浆净化器等几部分组成。它具有泥浆比重、粘度、酸碱度(p6、H)值、含砂率可调节，泥浆可重复利用等优越性能。,三、关键施工技术,3.1 深厚砂土超深钻孔泥浆控制技术3.1.1泥浆研制 基浆由膨润土、纯碱（Na2CO3）和水拌制而成，其配合比根据水质、膨润土性质试验确定。在此基础上加入一定重量的由聚丙烯酰胺（PAM）在NaOH中水解形成的PHP胶体，即为新浆。,3.1 深厚砂土超深钻孔泥浆控制技术,表1 基浆性能指标,表2 新浆性能指标,3.1.2钻进过程中泥浆调整、控制（1）钻孔过程中根据土层调整钻进泥浆性能指标。排出的泥浆通过净化、调节后循环使用。,3.1 深厚砂土超深钻孔泥浆控制技术,表3 不同地层钻进泥浆性能指标,3.1 深厚砂土超深钻孔泥浆控制7、技术,（2）当钻进至设计标高时，将钻具提离孔底继续转动钻具，维持泥浆循环，并对泥浆性能进行调整。（3）该工程试桩吊放钢筋笼及混凝土导管需时较长，为控制孔底沉渣厚度，在混凝土浇灌前利用导管及反循环泵再次清孔。,表4 终孔后泥浆调整指标,表5 混凝土浇灌前泥浆调整指标,施工现场泥浆检测照片,含砂率检测,泥浆粘度检测,施工现场泥浆检测照片,泥浆PH值检测,泥浆比重检测,泥皮厚度检测,3.2 超大长径比桩孔垂直度控制技术,3.2.1钻机技术要求 经综合分析，选用ZSD2000型钻机。主要技术要求：（1）整套钻具的总重量不小于25t，增强钻机工作稳定性。,ZSD2000型气举反循环钻机,3.2 超大长径8、比桩孔垂直度控制技术,（2）采用笼式双腰带钻头，钻杆采用法兰连接，并加设导正器。,钻杆,双腰带钻头,3.2 超大长径比桩孔垂直度控制技术,（3）在钻头上设800kg配重加压，使钻具重心尽量下移至钻头部位。,正式钻孔前在桩孔中心进行超前钻，提取各个深度的土样并留存，以便准确了解和掌握各个桩孔位置的竖向土层分布状况。,3.2 超大长径比桩孔垂直度控制技术,超前钻的土样,3.2 超大长径比桩孔垂直度控制技术,3.2.2成孔钻进控制（1）开钻时慢速钻进，待导向部分或主动钻杆全部进入底层，方可加速。（2）采用减压钻进，使加在孔底的钻压小于粗径钻具总重（扣除泥浆浮力）的80%。（3）钻进速度根据不同地层进9、行调整，遇到软硬底层交界处，轻压慢钻。,表6 不同土层钻进参数,3.2 超大长径比桩孔垂直度控制技术,3.2.3垂直度控制辅助措施（1）对试桩区域地表建筑垃圾及杂填土进行换填处理并硬化，确保钻机底座平稳和作业期间稳定。地面上设置300mm厚C30的钢筋混凝土硬化平台，并预设桩孔及泥浆沟。,3.2 超大长径比桩孔垂直度控制技术,(2)定期复核钻进操作平台的水平度，确保机架滑车中心、磨盘中心、桩位中心“三点一线”。(3)成孔深度达到60%左右提起钻杆，检查钻杆连接及钻头磨损情况，采用井径仪检测桩孔垂直度，发现问题及时纠正。,复核钻杆垂直度,复核机台水平度,3.3超长超重钢筋笼制作安装技术,3.3.10、1钢筋笼设计优化 经设计单位认可，将原设计主筋36根直径40mm的内外双层钢筋笼改为23根直径50mm的单层钢筋笼，降低了钢筋笼和混凝土浇灌施工难度。,3.3超长超重钢筋笼制作安装技术,3.3.2钢筋笼制作、吊装 钢筋笼采取现场整体制作，预拼装后分节吊装。分节长度按25m左右控制，钢筋笼吊装采用双机抬吊，直立后由100t履带吊吊放入孔。,钢筋笼整体制作,通过法兰式圆盘定位胎架、“F”型限位钳、组合式吊具等机具研制使用，钢筋笼主筋定位和在转运、吊装过程中的变形得到了有效控制。,3.3超长超重钢筋笼制作安装技术,3.3.3钢筋笼孔口连接 钢筋笼上下节间23根主筋在孔口处采用分体式直螺纹套筒连接，111、2根预埋管道在孔口处采用套管连接，均可在一定偏差范围内调整就位，实现了钢筋笼孔口快速、可靠连接。,分体直螺纹连接,3.3超长超重钢筋笼制作安装技术,预埋管套管连接,3.3超长超重钢筋笼制作安装技术,3.4 超深水下浇注高性能自密实混凝土技术,3.4.1混凝土原材料选择（1）选用质地坚硬、无碱活性、级配合理、空隙小、粒形良好的优质粗细骨料；（2）选用优质减水剂降低混凝土的单方用水量；（3）掺加优质磨细矿物粉细掺合料，改善混凝土的工作性能和内部结构；（4）控制骨料、粉料和水的温度，以保证混凝土入模温度控制在1030之间。（5）响应绿色建筑技术要求，尽可能就地就近选材。,3.4 超深水下浇注高性能自12、密实混凝土技术,3.4.2混凝土配合比设计 混凝土按强度等级C55、耐久年限100年、自密实设计。经过持续试配、调整优化后，选定施工配合比。混凝土拌合物实测主要性能指标：塌落扩展度610640mm；L形仪间歇通过性及抗离析性试验H2/H10.82；初凝时间约10h，终凝时间约16h；抗压强度7d为55.2MPa，28d为65.7MPa；氯离子扩散系数3.7m2/s，56d电通量380C。,氯离子扩散实验,3.4 超深水下浇注高性能自密实混凝土技术,表7 混凝土施工配合比,混凝土出机情况,3.4 超深水下浇注高性能自密实混凝土技术,1h后混凝土坍落度和扩展度,3.4 超深水下浇注高性能自密实混凝13、土技术,3.4.3混凝土浇灌 通过计算分析，确定浇灌数量、时间和标高的对应关系，以指导混凝土供应、浇灌和导管提升作业控制。导管下放前进行密闭性检验，确认接头顺直、通畅、严密。混凝土浇灌保持连续进行，初灌保证导管一次埋入混凝土顶面不少于1m，过程中持续探测混凝土顶面高度，适时提升和逐级拆卸导管，保持导管在混凝土内埋深在26m范围内。,3.4 超深水下浇注高性能自密实混凝土技术,3.4 超深水下浇注高性能自密实混凝土技术,3.4 超深水下浇注高性能自密实混凝土技术,3.5可硬塑土层竖向高密度点位环形注浆技术,3.5.1主要技术参数 注浆管数量及位置通过注浆作用机理分析，综合考虑钢筋笼净空、保护层等14、影响因素确定。120m长试验桩桩侧注浆管设置5根，桩端注浆管设3根兼超声波检测用，均沿桩周对称布置。注浆阀为单向注浆阀，其逆向抗压桩端不小于1.5MPa，桩侧不小于1.2MPa。桩侧注浆阀环形布置，第一道设置在有效桩顶以下20m，最下一道距桩端15m，中间均匀设置3道。,3.5可硬塑土层竖向高密度点位环形注浆技术,3.5可硬塑土层竖向高密度点位环形注浆技术,3.5.2注浆管安装 注浆管均采用镀锌钢管，桩端注浆管设置在钢筋笼的内侧，桩侧竖向注浆管安放在钢筋笼的外侧，与钢筋笼主筋绑扎固定，随钢筋笼分节采用套管焊接连接。桩侧注浆阀随钢笼下放过程中绑扎安装，注浆阀与竖向注浆管采用三通连接。,3.5可硬15、塑土层竖向高密度点位环形注浆技术,3.5可硬塑土层竖向高密度点位环形注浆技术,3.5.3开塞与注浆 针对该土层特点，为防止单向注浆阀开塞后泥水回流沉淀、固结而堵塞，没有采用通常的清水开塞工艺，直接利用注浆开塞。为保证开塞与注浆效果，重点控制桩孔垂直度和孔底、钢筋笼底标高，使钢筋笼侧、底注浆阀不被混凝土包裹。,3.5可硬塑土层竖向高密度点位环形注浆技术,注浆采用压力与注浆量双控，水泥采用P.O42.5，水灰比0.60.7，注浆流量75L/min。注浆施工设备选用3SNS型高压注浆泵，额定压力不小于8MPa，额定流量不小于75L/min。液浆搅拌机为与注浆泵相匹配的YJ-340型液浆搅拌机，容积为16、0.34m3。,注浆泵,液浆搅拌机,3.5可硬塑土层竖向高密度点位环形注浆技术,3.6超长双护筒设计与施工技术,经研究分析，提出和设计了一种钢制双护筒，以解决试桩上部非有效桩长段的侧摩阻力消除问题。,25.1m,95.5m(76m),非有效段,有效桩长,地面,坑底,桩底,3.6超长双护筒设计与施工技术,护筒分内外两层，内护筒内径1200mm、壁厚14mm、长26.5m，外护筒内径1288mm、壁厚12mm、长23.6m，两护筒之间留30mm空隙。内护筒上口出地面0.4m，高于外护筒1.9m。,3.6超长双护筒设计与施工技术,内护筒外壁焊接一定数量的纵、环向加劲板以增大刚度，内、外护筒下口采用密17、封胶柔性粘结，外护筒上口用钢板与内护筒筒身环焊连接。试桩静载荷试验前，将外护筒上口封板割除，内外护筒可实现分离。,3.6超长双护筒设计与施工技术,3.6.2双护筒施工 在试桩桩位扩大钻孔，直径1.5m，深度至有效桩顶以下0.5m。重约21t的双护筒在钢结构加工厂内加工成型，运至现场后采用50t履带吊整体吊装入孔，重点控制双护筒的垂直度和平面定位。双护筒下放至孔底后，利用护筒自重和震动锤缓慢压入土体，直至内护筒下口进入土体0.5m。护筒就位固定后，用高质量粘土球填充外护筒与孔壁之间的空隙，保证外护筒与土体接触紧密。,3.6超长双护筒设计与施工技术,双护筒加工,双护筒拼接,成品双护筒,3.6超长双18、护筒设计与施工技术,双护筒吊装,双护筒固定,提纲,一、工程概况二、主要技术难点三、关键施工技术四、应用效果,四、应用效果,该批超大长径比工程试验桩已于2009年施工完成。经成孔质量检测，试验桩孔垂直度偏差均小于1/300，其中最大仅为1/360。,四、应用效果,锚桩成孔质量检测结果垂直度,四、应用效果,超声波侧壁检测仪现场检测,四、应用效果,超声波侧壁检测仪检测结果,四、应用效果,JJC-1D型灌注桩孔径检测系统检测孔径、垂直度和孔底沉渣,四、应用效果,孔径仪检测结果,四、应用效果,桩孔沉渣厚度5784mm，符合设计要求的100mm。泥皮厚度0.52mm左右，从静载试验的结果看，试桩的沉降量和19、锚桩的上拔量来看，都在允许的合理范围内。,泥皮厚度检测,四、应用效果,经超声波检测，桩身完整，混凝土密实，无明显缺陷，均为类桩。,四、应用效果,经静载试验和监测，4根试验桩全部加载至极限荷载42000kN，桩身未发生破坏。,静载试验,四、应用效果,四、应用效果,桩沉降位移为50.458.9mm。,四、应用效果,桩帽沉降50.5458.92mm，而外护筒最大沉降2.85mm，外护筒沉降远小于桩帽的沉降，说明双护筒在本次试桩有效消除了上部非有效段侧摩阻力。,现场钻芯检测。,120米整桩全长芯样照片,钻芯取样,四、应用效果,120m桩底芯样,四、应用效果,混凝土试块及抽芯检测，强度均满足要求。,四、应用效果,检测结果表明，主要质量控制指标均达到了研究预期目的和设计要求。117大厦的试桩关键施工技术，已在117工程桩、武汉中心（高438m）的试桩以及武汉绿地中心（高606m）的试桩中得到应用，取得了良好的社会效益。,四、应用效果,117大厦工程桩施工现场,谢谢！,