张兴军
北京宝鸿建设项目管理有限公司100102
摘 要
随着中国经济的发展,土木建筑行业也正在不断向前发展。在当今的许多行业中,由于生产技术或产品范围的显着增加以及相关业务和技术要求的提高,管理人员需要严格管理土木建筑的施工。同时,还有必要使用适当的技术来促进土木项目的发展。
大型混凝土结构在土木建筑工作中起着十分重要的作用，本文结合实际案例工程的案例——深圳平安金融中心大厦项目，项目主塔楼桩基采用桩径5.7m超大直径桩16根、桩径8.0m 超大直径桩8根，距地铁1号线最近仅17m。超大直径桩桩径大，单桩桩身混凝土方量多，周边环境复杂，施工技术难度大，可供借鉴、参考的相关资料及施工经验缺乏。结合工程的实际情况，对超大直径桩混凝土浇筑平台进行了优化设计，并详细介绍了超大直径桩大体积混凝土的施工关键技术，如优化混凝土配合比、严控原材料质量、采取一系列施工控制及温度监测措施。检测结果表明，塔楼下24根超大直径桩均为I类桩，取得了良好的施工效果，对类似工程项目也具有一定的借鉴作用。
关键词：地下工程；人工挖孔桩；超大直径；大体积混凝土；温度监测
目 录
摘 要 II
目 录 III
绪 论 1
1. 工程概况 2
2. 浇筑前施工准备 3
2.1 孔内浇筑操作平台布设 3
2.2 浇筑设备准备及人员安排 4
2.3 浇筑前的地下水处理 5
2.4 封底混凝土与桩芯混凝土的接缝处理 5
3. 大体积混凝土施工关键技术 6
3.1 优化混凝土配合比 6
3.2 原材料的选择和控制 7
3.3 施工控制措施 8
3.4 温度监测措施 9
结 论 13
参考文献 14
附 录 15
绪 论
直径在3.0m以上的人工挖孔桩称为超大直径人工挖孔桩，人工挖孔作业整体的造价相对较低、但是水泥用量大，施工及养护过程中容易产生温度裂缝，工人劳动强度大、危险性
高，从目前国内的设备能力和施工技术来看，采用人工挖孔桩施工技术随着超高层建筑的涌现，在高承载能力的基础形式，超大直径桩不断出现的情况下，能够做到工期有保证、质量控制比较直观、环境保护可控、地层和环境适应性好，因此超大直径人工挖孔桩目前是成为超高层建筑优先考虑的基础形式之一。
1.工程概况
位于深圳市福田中心区的平安金融中心大厦，北侧紧邻已运营的地铁1号线，东侧为在建的广深港客运专线，西侧为大型购物广场，周边环境复杂，项目总占地面积18931.0m2，其中北塔塔楼高度600m，主塔地上共118层，5层地下室，桩基采用人工挖孔桩，设计总桩数167根，设计桩端持力层为中风化或微风化花岗岩，塔楼共计超大直径桩24根，其中桩径5.7m为16根，桩径8.0m为8根，其余各桩桩径为1.4～2.0m，其平面布置如图1所示。
该24根超大直径桩终孔深度20.4～30.8m，空桩长度约6m，有效桩长15～25m，桩身混凝土强度等级为C45，浇筑总方量达18494m3，其基本概况如表1所示。
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2.浇筑前施工准备
2.1 孔内浇筑操作平台布设
超大直径桩混凝土浇筑平台采用100×100木方并排搭设，垂直间距2m，木方与钢筋笼之间用8号铁丝绑扎固定。当混凝土浇筑面距离操作平台约500mm时，拆除下一级平台，浇筑工人上移至上一操作平台浇筑振捣施工。浇筑平台搭设示意图如图2、图3所示。
2.2 浇筑设备准备及人员安排
超大直径桩浇筑前，应根据基桩混凝土方量，平面位置及现场的实际情况，确定科学合理的浇筑施工方案。由于本项目基坑采用支护桩＋内支撑的支护形式，受坑底密集的立柱桩及挖孔桩上部空桩影响，混凝土罐车行车路线受到很大限制，根据现场情况，对于直径5.7m桩采用2个直卸、1个导管泵送进行浇筑，直径8.0m桩采用2个直卸、2个泵送导管进行浇筑。
由于部分超大直径桩混凝土浇灌方量大，浇灌时间最长达13h，为保证桩芯混凝土的浇筑质量，浇筑前需切实做好施工人 员、机械设备、混凝土供应、现场行车线路组织等准备工作。
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2.3 浇筑前的地下水处理
由于超大直径桩施工前，已在坑底四周设置高压旋喷桩＋基岩裂隙灌浆，在强风化中形成了第一道止水帷幕；同时超大直径桩护壁采用C45早强混凝土，护壁厚度大（表1），形成了第二道止水帷幕，大大降低了强风化层的渗透性。桩孔内渗水量极少，混凝土浇筑前桩孔内采用抽水明排，根据现场情况，先将孔内积水引至低洼处，通过1-2台30m3潜水泵抽至孔外，抽水完成且清底干净后，浇筑封底混凝土。
2.4 封底混凝土与桩芯混凝土的接缝处理
为了防止桩底持力层基岩软化，超大直径桩终孔验收后，随即浇筑C60水下高强混凝土进行封底，封底混凝土的具体处理措施如下：
为了保证封底混凝土与桩身混凝土接缝处的施工质量，须将封底混凝土凿毛，使接缝处粗糙，清除凿出的混凝土碎块。
3.大体积混凝土施工关键技术
超大直径桩桩身混凝土采用C45商品混凝土，浇筑总方量约18494m3，单根桩最大混凝土用量达1268m3。由于主塔楼下桩基直径大，单桩混凝土方量多，在桩基工程施工中实属罕见，属于大体积混凝土施工，桩身混凝土在水化过程中将释放出大量的热量，同时受到桩周岩土体及护壁的约束作用，混凝土在水化升温过程中，因其体积会膨胀而产生压应力；在后续降温过程中，因其体积收缩会产生拉应力。当温度应力大于混凝土早期强度时，会致使桩身开裂，因此采取相应措施防止桩身混凝土产生有害裂缝是施工重点及难点。
3.1 优化混凝土配合比
从混凝土配合比方面看，主要是采取有效措施降低混凝土水化温升、减小芯表温差，合理减小混凝土降温时收缩变形引起的应力。另外，通过采取较小的施工塌落度，尽量减小砂率，采用低水灰比的配合比，以此来保证桩身混凝土的均匀性。采取的具体措施如下：
（1）优化配合比，减少水泥用量；
（2）选用优质的矿渣粉和粉煤灰来代替部分胶凝材料，可以提高混凝土的和易性和可泵性，延缓峰值温度出现的时间，并有助于提高混凝土密实性和强度；
（3）使用深圳安托山公司生产的超缓凝高效减水剂，降低混凝土配合比中单方用水量，减少混凝土收缩变形，凝结时间得到适当延长，初期强度增长速度得到有效控制；
（4）混凝土拌和之前，骨料尽可能堆放在有遮阳棚的堆场内，否则采用遮阳网覆盖，同时配合洒水降温等措施降低拌和物的温度；
（5）根据专家会审意见，应控制混凝土的入模温度不超过30℃，在混凝土搅拌时采用加冰屑的方案来降低拌和物的温度；
（6）严控砂、碎石的含泥量，并尽量采用大石生产，因为其比表面积较小，胶凝材料的用量相对较低；
（7）在满足施工性能的情况下，尽量降低砂率，以保证桩身均匀性。
通过对不同配合比进行优化设计，最终确定的配合比如表2所示。
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3.2 原材料的选择和控制
（1）胶凝材料采用日本小野田P.O.42．5水泥，该水泥质量稳定可靠，对减少混凝土的早期水化热有显著效果。
（2）采用柳钢生产的S95级矿粉和深圳妈湾生产的Ⅱ级以上粉煤灰作为矿物活性掺合料，降低混凝土的早期水化热。
（3）为了降低混凝土配合比中的单方用水量，减少拌和物中的游离水及毛细孔隙，提高混凝土强度和密实性，选用ATS－SP1超缓凝高效减水剂。
（4）采用安托山石场生产的5～25碎石作为粗骨料，其颗粒级配良好，石粉含量低，且含泥量为零。
（5）为了严格控制细骨料的氯离子含量和含泥量，采用深圳安托山生产的河砂与人工砂比例为7：3的人工混合砂，该混合砂含有部分的石粉，有利于改善混凝土和易性、密实性。
3.3 施工控制措施
本项目桩基施工正值深圳全年温度最高的7月份，主要通过采取如下施工措施降低混凝土的水化热及绝热温升。
（1）采用初凝时间达10～12h的缓凝型混凝土。
（2）浇筑之前严格测量每车混凝土的坍落度及入模温度，控制坍落度120～140mm，入模温度 ≤30℃，不符合要求的一律退场处理。
（3）在混凝土罐车的罐体覆盖遮阳布、洒水降低运输过程中产生的温升。
（4）在泵管上铺设麻袋、草袋，并持续洒水降低混凝土泵送过程中产生的温升。
（5）由于基桩周边为护壁及岩土层，周边环境温度变化不大，是天然的保温材料，对控制混凝土内外温差十分有利。因此，仅需做好基桩顶部范围内混凝土的养护工作。混凝土浇筑完成达到初凝后，开始向桩顶蓄水，水深不小于0.3m。
（6）混凝土浇筑完成后，为了避免桩顶被太阳直接暴晒，在孔口采用黑色遮阳布遮盖，如图4所示。
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图4超大直径桩大体积混凝土蓄水养护示意图
3.4 温度监测措施
超大直径桩桩径5.7～8.0m，单桩混凝土用量大，为大体积混凝土施工，无可借鉴的施工经验及资料参考。当混凝土受到桩周岩土体及护壁的约束作用时，水化升温阶段会因体积膨胀产生压应力；在后续降温阶段会因体积收缩产生拉应力。因此，充分了解桩身混凝土的温度变化规律，可为后续超大直径桩混凝土浇筑施工提供指导依据，防止桩身混凝土产生裂缝。
本项目24根超大直径桩（编号分别为N01、N02、…24）均进行了温度监测，每根桩布置5个水平面15支温度计。5个水平面的高程位置如图5所示，各水平面温度计的布置如图6所示。
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根据混凝土桩体结构的特点和施工方法，温度测点分布宜径向布置，温度监测断面（水平面）从混凝土浇筑层的上表面开始依次编号为：1、2、3、4、5。
1号监测断面距离表层混凝土50～100mm；2号监测断面距离表层混凝土3000mm；3号监测断面为桩长的中心点；4号监测断面距离封底混凝土3000mm；5号监测断面为下表面温度监测点，距离封底混凝土约50～100mm。桩身的5个水平观测面3个测点的编号分别为A、B、C，布置在桩身平面半条对称轴线上。A 点为平面中部测区取在桩孔中心处，B点取在桩半径方向中心处，C点为桩半径方向距离护壁0.5m处。如N01＃桩顶部1号水平观测断面3个测点的编号依次为N01D1A、N01D1B、N01D1C。
选取最先浇筑完成的N21＃（桩径8.0m）、N15＃（桩径5.7m）桩身混凝土温度监测结果进行分析。桩身混凝土浇筑完成后即开始数据采集，该桩监测时间长达45天，单桩监测数据多达140个，本文仅选取部分数据进行绘图分析，温度监测结果如图7、图8所示。
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从监测结果可知：
（1）在温度上升阶段，混凝土浇筑完成2d左右，超大直径桩内部温度急剧升高，2d后缓慢上升至最高温度；进入温度下降阶段后，桩身内部温度呈缓变下降。
（2）桩身内部最高温度71～74℃，其中N21＃桩中心最高温度出现在2号水平断面，N15＃桩中心最高温度出现在４号水平断面，而非位于桩长中点的3号水平断面。
（3）同一水平断面，N21＃桩中心温度与桩边缘温度最大温差19.3℃，N15＃桩中心温度与桩边缘温度最大温差15.2℃，里表温差均小于25℃。
（4）15个温度监测点中，仅位于桩顶边缘处的1C测点在第5至第8天内降温速率大于2℃／ｄ，最大降幅达4℃／ｄ，其余14个测点降温速率均小于2℃／ｄ，随着时间逐渐增长，降温速率进一步变缓，且桩芯混凝土降温速率明显缓于桩边速率。
结 论
随着经济的日益发展，越来越多的超高层建筑拔地而起，从而要求基底能承受更大的荷载，所以桩基向大直径、超大直径方向发展。通过详细介绍深圳平安金融中心大厦超大直径人工挖孔桩大体积混凝土施工关键技术，并对桩身混凝土内部温度进行实时监测，实测结果表明，针对本项目所采取的一系列施工技术措施是安全可行的。同时也为同类工程提供如下参考建议：
对于超大直径挖孔桩大体积混凝土施工，通过优选、严控原材料，合理设计混凝土配合比，并采用一系列的科学施工控制措施，可以有效降低混凝土水化温升。
桩身混凝土周边的护壁及岩土层，是良好的天然保温材料，同时在桩顶采用蓄水养护措施，混凝土芯表温差和降温速率得到很好的控制，桩身混凝土未产生温度裂缝。
通过对桩身混凝土进行实时温度监测，准确掌握桩身内部温度变化情况，可充分降低超大直径桩大体积混凝土施工的相关风险，施工质量得到保证。
参考文献
［1］周赞良，李永辉，史新鹏，等．深圳平安金融中心巨型挖孔桩施工技术［J］．施工技术，2017，41（374）：12－15．
［2］胡可，周赞良，易恒．深圳平安金融中心巨型桩混凝土温度试验与反分析［J］．施工技术，2018，42（7）：5－8．
［3］莫莉．超大直径超深人工挖孔桩混凝土施工技术［Ｊ］．施工技术，2016，42（1）：40-43．
附 录