1、538临临江江地地区区超超大大直直径径承承压压桩桩双双导导管管水水下下混混凝凝土土灌灌注注施施工工工工法法1 1前前言言重庆来福士项目塔楼桩采用超大直径扩底承压桩，桩径大，桩距离密，最大圆形扩底桩径达9.4m，最大椭圆桩扩底直径 6.4m,平直段 3m。项目直面长江与嘉陵江，工程临江距离仅 34m，基岩裂隙发育完整，地下水与江水贯通，渗透系数 K 达 31.3m/d，渗透半径达 187.4m，岩面标高以上地下水采用降水井方式进行控制，而桩底涌水及桩壁基岩渗水量大，采用大流量水泵无法将桩底积水完全抽干，且基岩裂隙渗水源源不断，采用常规混凝土浇方式无法保证桩基质量，需采用水下混凝土浇筑方式施工。然2、而，受水影响的最大椭圆桩扩底直径 6.4m，平直段长 2.5m，扩底面积达到 48，采用常规单导管+小料斗进行水下混凝土浇筑，无法保证建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008）规范中对水下混凝土导管底端距离桩底不小于 300mm、导管一次埋入混凝土灌注面以下不应少于 0.8m 的初灌量要求；此外，采用常规水下混凝土及单导管送料方式，混凝土性能无法保证初灌混凝土在短时间内扩展覆盖整个桩底的要求。结合现场场地情况，从提高水下混凝土性能、优化水下混凝土初灌技术，设计加工超大容量料斗三方面出发，进行超大直径承压桩双导管水下混凝土灌注及相关性能研究与应用，形成整套临江地区超大直径承压桩双导管水下混凝土灌3、注施工工法，与本工法相关的成果申请了技术专利，申请号 201611015796.3。2016 年重庆市城乡建设委员会组织对“临江地区超大直径承压桩双导管水下混凝土灌注施工技术”进行了科技成果鉴定，达到国际先进水平。2 2工工法法特特点点2.0.1 研发超高流态 C45 水下自密实混凝土综合考虑水下混凝土坍落度、扩展度性能要求，以及混凝土在运输、浇筑准备过程中（1.5h）性能损失，为确保混凝土能够在初灌短时间内扩展覆盖整个桩底，且在混凝土初凝时间内完成整个桩基混凝土的灌注，提前对水下混凝土进行研发，通过优化配合比、优化骨料、提高砂率，添加外加剂等手段，研发一种坍落度可达 280mm、扩展度可达 4、750mm（标准塌落度桶测试）、2h经时损失为零、初凝时间达 10h2h 的 C45 水下自密实混凝土；2.0.2 优化超大直径桩水下混凝土初灌方法减小规范中对水下混凝土导管底端距离桩底不小于 300mm、导管一次埋入混凝土灌注面以下不应少于0.8m的初灌量要求，按导管底端距离桩底250mm，导管一次埋入混凝土灌注面定为0.5m的原则，从理论分析及模拟浇筑试验两方面验证方案的可行性，将初灌量由规范要求的 51.35m减少到 36m；2.0.3 设计加工超大容量料斗及研发架设方法突破常规混凝土料斗容量限制，自主设计加工两个容量达 18m的大料斗，并研发料斗的架设方法，实现超大直径桩水下混凝土浇筑5、的初灌需求；2.0.4 总结优化超大扩底面积承压桩双导管水下混凝土浇筑工艺根据模拟浇筑试验，总结浇筑经验，参考规范要求，形成超大扩底面积承压桩双导管水下混凝土浇筑技术。5393 3适用范围适用范围本工法适用于地下水丰富、基岩裂隙发育完整，桩底积水深、扩底面积超过 40、初灌混凝土方量大的超大直径承压桩双导管水下混凝土浇筑施工。4 4工艺原理工艺原理4.0.1 水下自密实混凝土性能优化技术通过优化配合比，采用绝对体积法优化骨料体系、粉料体系，发挥各种材料特色，弥补其它材料缺陷；优选骨料，采用两种粒型较好的卵碎石，按一定比例搭配成连续级配使用，提高砂率，降低粗集料间的孔隙率，保证填充砂浆用量，提高6、混凝土流动性。研发一种坍落度可达 280mm、扩展度可达 750mm、2h 经时损失为零、初凝时间达 10h2h 的 C45 水下自密实混凝土。4.0.2 超大直径桩水下混凝土初灌优化技术按导管底端距离桩底 250mm，导管一次埋入混凝土灌注面定为 0.5m 的原则，从理论分析及模拟浇筑试验两方面验证方案的可行性，将初灌量由规范要求的 51.35m减少到 36m。4.0.3 超大容量料斗设计加工及安装技术突破常规混凝土料斗容量限制，自主设计加工两个容量达 18m的大料斗，并研发料斗的架设方法，实现超大直径桩水下混凝土浇筑的初灌需求。5 5施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.1 施工7、工艺流程施工工艺流程双导管水下混凝土灌注工艺流程如图 5.1。图 5.1 双导管水下混凝土灌注工艺流程5405.2 操作要点操作要点5.2.1 混凝土性能研发为确保在高水压、直径为 300mm 的导管底端距离桩底仅 250mm 的情况下，混凝土能够达到短时间扩展覆盖整个桩底的要求，并在初凝时间内完成整个桩基混凝土的浇筑（按照混凝土运输及灌注准备 1.5h，据统计两台天泵每小时浇筑 106m，桩基总混凝土方量 655m计算，浇筑时间需 7.68h）。研发混凝土性能，通过优化配合比、优化骨料、提高砂率，添加外加剂等手段，研发一种坍落度可达 280mm、扩展度可达 750mm（标准塌落度桶测试）、28、h 经时损失为零、初凝时间达 10h2h 的 C45 水下自密实混凝土，如图 5.2.1-1。1 优化配合比，采用绝对体积法优化骨料体系、粉料体系，发挥各种材料特色，弥补其它材料缺陷，从而提高混凝土流动性、粘聚性和保水性。2 优选骨料，采用两种粒型较好的卵碎石，按一定比例搭配成连续级配使用，降低粗集料间的孔隙率，保证填充砂浆用量，提高混凝土流动性。3 提高砂率，保证混凝土拌合物的流动性。混凝土原料参数如下：1 胶凝材料：水泥采用 PO42.5R 水泥、粉煤灰采用级灰、矿粉采用 S95 级，技术指标满足相关标准要求；2 砂：采用中粗砂，技术指标满足相关标准要求；3 碎石：采用直径 5-20mm 9、的卵碎石，技术指标满足相关标准要求。图 5.2.1-1 研发混凝土塌落度及扩展度测量5.2.2 试验桩成孔以工程桩最大扩底尺寸为参照，开挖试验桩，如图 5.2.2-1。图 5.2.2-1 试验桩成孔实景图5.2.3 料斗加工以工程桩最大扩底面积 48 为例，按导管底部下端距离孔底 250mm 处，混凝土初灌埋过导541管 0.5m 的要求，同时考虑采用市面上常规 300mm 直径的导管浇筑情况下，料斗下料速度等多方面因素进行料斗的设计。两个料斗采用外加工制作而成，尺寸 3m4m2.5m，料斗容量 18m，如图 5.2.3-1。图 5.2.3-1 料斗加工平面图图 5.2.3-2 料斗加工剖面图10、图 5.2.3-3 料斗加工制作实景图5.2.4 料斗支架搭设在桩侧垫层区域铺垫 2cm 厚钢板，采用 12 根 36a 工字钢横向架与桩侧两端作为料斗主要承重梁，主梁工字钢长 9m，间距 60cm；36a 工字钢上纵向搭设 6 根 6m 的 16#工字钢及井口架，根据料斗立柱位置调节工字钢摆放位置，确保每个料斗立柱均落在主、次工字钢相交节点处。工字钢位置摆放正确后，对料斗外圈立柱对应的主、次工字钢相交节点处进行点焊，确保架体形成整体，如图 5.2.4-1。542图 5.2.4-1 料斗支架搭设示意图5.2.5 导管连接及料斗安装工字钢搭设完毕后，计算导管的连接总长度 L，确保导管底端距离桩底11、面 250mm。导管总长计算公式如下：L=H-H1-H2其中：H导管附近上层工字钢上表面至桩底的高度，采用端部捆绑重锤的皮尺实地测量；H1料底端接头外漏长度，取 0.26m；H2导管底端距离桩底距离，取 0.25m。根据算得导管总长度进行导管的搭配，最下端一节导管采用短导管进行切割，确保导管底端距离桩底面 250mm，导管搭配成功后，在 36a 工字钢上、之间两 16#工字钢之间架设井口架，配合进行导管的连接，完成料斗的安装，如图 5.2.5-1。图 5.2.5-1 导管连接与料斗安装示意图5435.2.6 模拟试验组织两台汽车吊拔料斗堵塞，并向两个大容量料斗输送自密实水下混凝土，两料斗内均装12、满混凝土，初灌高度 0.5m。待料斗内均灌满混凝土后，两吊车同时拔出料斗堵塞，如图 5.2.6-1。图 5.2.6-1 同时拔出隔料塞施工注意事项：1 测量混凝土覆盖范围及各代表点覆盖厚度，以验证其扩展度；将坑内积水抽排完成，对桩内情况进行观测：混凝土铺满整个桩底，每个导管形成的混凝土面标高大面平整，导管底端被混凝土封实。下料快的导管所覆盖区域较下料慢的导管所覆盖区域的混凝土厚度略低，在相交面形成累痕。对距离导管中心最远处的混凝土厚度进行测量，距导管3.6m 的最远处，混凝土厚度约 30cm，如图 5.2.6-2。图 5.2.6-2 混凝土成型效果及扩展度测量2 14d 后，选取特征点在不同厚13、度处取样进行强度试验，验证混凝土有效强度范围和深度，计算浮浆厚度，验证工艺浇筑质量。3 对两导管涌出混凝土的交界面进行剔凿并取样进行强度试验，验证其混凝土强度。4 记录天泵送料至料斗的速度：每灌混凝土 12m输送时间为 13.5m，约合 53.3m/h；记录初灌时间，从拔料塞到料斗内混凝土初灌结束，共耗时为 3m。初灌的同时，若两台天泵连续向料斗内供料，初灌混凝土实际方量可由料斗容量的 36m增大到 36+53.323/60=41.3m。5.2.7 工程桩的浇筑544混凝土浇筑前准备工作同浇筑试验，根据模拟实验结果和暴露的问题，为防止两料斗下料速度不一造成混凝土无法买过导管足够高度，将每个料斗14、尺寸由 12m增加到 18m，优化浇筑方案，进行工程桩浇筑。1 沉渣厚度测量水下混凝土浇筑前，需选多个点位对孔底的沉渣厚度进行测量，第一次测绳悬挂尖长重物，第二次悬挂底端为平面的重物，两次长度相减值即为沉渣厚度，各点沉渣厚度均需小于 5cm，若不满足要求，需对孔底沉渣进行清除。2 混凝土初灌开始灌注时，先配制 0.20.3m流动性好的水泥砂浆，对天泵进行洗管。然后，将场内最后搅拌出罐的三车混凝土作为初灌混凝土，每车混凝土均均分输入两个料斗。第四车、第五车混凝土准备就绪后，汽车吊同时将隔料塞拔出，开始初灌，初灌的同时，两台天泵连续向两个料斗内输送混凝土。待桩底混凝土大面上升高度不小于 6m（混凝15、土方量 208m、浇筑时间约 2h）后，汽车吊将大料斗吊离桩口区域，换常规小型料斗（2m），进行混凝土的连续浇筑。水下混凝土一经开始灌注，须连续进行，任何中断时间不得超过 30m，以保证混凝土的灌注质量，为防止白天浇筑因交通造成断料的现象，水下混凝土浇筑均选择在晚上进行。3 混凝土面标高测量灌注水下混凝土过程中，孔内混凝土面连续不断上升，导管埋深也在不断增加，需要定时测量混凝土上升情况，适时测量混凝土面标高，记下罐入的混凝土量。测量混凝土面的标高需要用专业测绳及测锤。在测量时，在导管与钢筋笼的中间部位下放测锤，测 45 个点，分别记入灌注记录本，然后取平均值，以此确定导管拆卸的高度。4 拔管经16、测量，计算导管埋入混凝土面深度。当导管埋入混凝土面大于 6m（混凝土方量 208m、浇筑时间约 2h）时，提升导管进行拆除。正常浇筑过程中，导管埋入混凝土内深度一般为 36m，最小深度为 1.52.0m，最深不超过 8m。两根导管同步提升，提升速度保持一致，导管提升不得过快过猛，以防拖带表层混凝土造成泥渣浮浆侵入，或挂动钢筋笼等。导管的拆装要干净利落，并防止工具、密封圈及螺栓掉入孔中。拆下的导管应立即用清水冲洗干净，集中堆放整齐。为避免因初灌时被水离析涌上表层的混凝土卷入桩中，采用双导管浇筑的桩，需保证两导管的送料速度一致，严禁在浇筑过程中因拆管、断料或其中一根导管未被混凝土封实等原因，出现只17、有一根导管浇筑的情况。5.2.8 混凝土养护桩基混凝土超灌 1000mm，通过实际测量复核超灌标高。浇筑完成后，水面上升，蓄水养护。浇筑前按照最新规范要求布设测温点，养护期间采用无线测温仪桩身混凝土温度进行无间断监测记录。5.2.9 混凝土检测桩身混凝土浇筑 28d，达到强度要求后，通过声波透射法和混凝土钻芯取样两种方式对桩身完整性进行检验，钻芯检验除按规范对竖直段范围桩身完整性及混凝土强度进行检验外，另增加桩底扩大头范围内桩身完整性及混凝土强度的检验，检验结果均属于类桩。6 6材料与设备材料与设备6.1 材料材料主要材料见表 6.1。表 6.1 主要材料序号序号名称名称规格规格备注备注1混凝18、土C45 水下自密实商品混凝土2混凝土C20桩口场地平整5453工字钢36a孔口架体搭设4工字钢16#孔口架体搭设5钢板Q235孔口架体搭设6料斗3m4m2.5m（定制）水下混凝土浇筑7导管300mm水下混凝土浇筑6.2 设备设备主要设备见表 6.2。表 6.2 主要设备序号序号机械名称机械名称型号型号单位单位数量数量备注备注1塔吊MCT200台2材料、设备吊装2汽车吊50t台2设备吊装、拔料塞3天泵ZLJ5411THBB（52m）台2混凝土运输4混凝土车12m辆25混凝土运输7 7质量控制质量控制7.0.1 质量控制执行标准建筑工程施工质量验收统一标准（GB 50300-2013）建筑地基基19、础工程施工质量验收规范（GB 50202-2002）建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008）建筑基桩检测技术规范（JGJ 106-2014）7.0.2 施工过程质量控制1 为保证在初灌混凝土初凝时间 8h 内完成灌注，按照混凝土运输及灌注准备 1.5h，每小时浇筑 106m，桩基总混凝土方量 655m计算，按混凝土最小初凝时间为 8h 计算，中途富裕时间仅8-1.5-655/106=0.32h。因此，必须保证灌注的连续性。对此，需与混凝土供应商做好部署配合，选择夜间浇筑，做好交通疏散，保证供料的连续性。2 初灌完成及过程中每次拆管完成后，采用重锤从导管内侧沉入底端，检验混凝土是否将导管密封严20、实。若未密封严实，需停止浇筑，若因混凝土沉淀泌出较少积水（20cm 高度以内），需采用小料斗装满混凝土后，拔开料斗底端料塞，再次进行冲灌。3 为避免因初灌时被水离析涌上表层的混凝土卷入桩中，采用双导管浇筑的桩，需保证两导管的送料速度一致，严禁在浇筑过程中因拆管、断料或其中一根导管未被混凝土封实等原因，出现只有一根导管浇筑的情况。4 因水下混凝土为自密型混凝土，为了保证桩顶混凝土的质量，超灌高度为 1000mm，下道工序施工时将其凿除即可。8 8安全措施安全措施8.0.1 对各施工、操作人员进行安全意识及操作规程教育。各施工操作人员未经安全培训教育不得上岗。8.0.2 严格遵守施工现场的有关安全21、规定。8.0.3 施工前，施工人员要根据具体的工序对施工班组进行安全技术交底，班组长每天上班对全班工人要进行上岗安全交底。8.0.4 建立安全设施检验制度。施工前及施工中要对本工程的各种安全设施如机械设备、起重用具、支架、用电设施、安全防护用品等，实行检查验收制度，符合规定要求并办理验收手续后546方得投入施工。8.0.5 严格执行施工现场临时用电安全技术规范（JGJ 4688）的有关规定，现场采用“三相五线”制供电，执行“一机一闸一漏电保护开关”制度。按规定架设电缆、电线，严禁拖地和乱拉、乱接。8.0.6 汽车吊、汽车泵架设完毕后需通过安全部、工程部、技术部等相关部门验收合格后方可进行使用。22、8.0.7 起吊材料及构件时，吊索必须绑扎牢固，绳扣必须在吊钩内锁牢，并指定专人指挥。起吊物件下严禁人员通行与停留。8.0.8 雨天不得露天电焊。在潮湿地带作业时，操作人员应站在铺有绝缘物品的地方并穿好绝缘鞋。8.0.9 加强施工过程中的监测。9 9环保措施环保措施9.0.1 严格按照施工平面布置图堆放原材料、施工机具及料具并挂牌堆放整齐。9.0.2 现场做到工完场清，余料要堆放整齐。9.0.3 机械设备应洁净，标识明确；离开现场的混凝土车辆要冲洗干净后才能除去，在自卸车行走的范围内，安排人员清扫落地泥土，浇筑完成后用洒水车对路面进行清洗。9.0.4 组织专人对于施工所用场地及道路应定期维护、23、清扫、洒水，降低灰尘对环境的污染。9.0.5 建立严格门卫制度，项目人员出入要佩带统一发放的胸卡，核对无误后予以放行。9.0.6 夜间施工，需提前向重庆相应的建设行政主管部门提出申请，经审查批准后到环保部门备案；未经批准，禁止在此段时间进行超过国家标准噪声限值的施工作业。9.0.7 夜间施工前，张贴安民告示公布连续施工时间，并向工程周围居民作好解释工作。1010 效益分析效益分析10.0.1 经济效益1 在蓄水期高水位情况下完成了塔楼桩混凝土的浇筑，避免了枯水期水位下降后再浇筑桩基混凝土所造成的工期延误，推动塔楼施工，节省两个多月工期，带来可观的经济效益；2 水下混凝土浇筑无需抽排桩底积水，一24、定程度上节约了时间及财力。10.0.2 社会效益临江地区超大直径承压桩双导管水下混凝土灌注施工工法在重庆市新地标重庆朝天门来福士广场项目等工程的成功应用，有效解决了大直径扩底桩高水压条件下混凝土扩展度要求、水下混凝土初灌量、温度变化对水下大体积混凝土影响等技术难题，推动现场施工，保证施工质量；此外，桩底面积大达 40 的层压桩双导管水下混凝土浇筑目前尚无工程典例，该工法的成功应用，积累了丰富的经验，可为今后类似工程施工做参考。1111 应用案例应用案例11.1 重庆来福士广场项目工程重庆来福士广场项目工程11.1.1 工程概况重庆来福士广场项目位于长江与嘉陵江交汇处,项目总占地面积 9 万 m25、2，总建筑面积约 113万 m2，其中地下室总建筑面积 9.8 万 m2。地东西两侧与江水联系密切，场内基岩上部覆土层及砂卵石层厚度大、透水性好且分布不均，为含水层，江水透过卵石层侧向补给场地中地下水，连通性好，水量大，地下水位与江水位基本一致。11.1.2 实施情况547临江地区超大直径承压桩双导管水下混凝土灌注施工工法成功应用于重庆来福士广场项目，在工程施工过程中，水下混凝土初灌、导管埋深、高水压条件下混凝土扩展度、双导管交界面混凝土成型质量、温度变化对水下大体积混凝土影响等技术难题得到很好解决，塔楼受裂隙水影响超大直径桩基成功浇筑完成，施工质量良好，确保了塔楼底板施工的顺利进行，取得了较好的综合效益。11.1.3 实施效果临江地区超大直径承压桩双导管水下混凝土灌注施工工法在重庆市新地标重庆朝天门来福士广场项目等工程的应用，顺利完成塔楼超大直径桩在蓄水期高水位情况下的混凝土浇筑，推动塔楼施工进度，在社会、经济及环保等方面均具取得了良好的效益，得到了业主的充分肯定，见图 11.1-1。图 11.1-1 重庆来福士广场项目应用