广州塔工程基础施工研究

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1、!=!广东省第五次土木工程施工技术交流论文集广州塔工程基础施工研究朱骏(广州建筑股份有限公司)摘要：本文就超高层建筑的基础工程施工进行阐述，力证基础工程对于超高层建筑的重要性。通过剖 析广州塔工程基础采用桩一筏基础的形式，对克服大直径混凝土灌注桩在强裂隙水条件下施工所出现 的难题以及大体积筏板混凝土浇筑及裂缝控制所采取的技术措施。 关键词：超高层建筑；基础施工；桩一筏基础；混凝土灌注桩；筏板裂缝控制的发展。我国超高层建筑研究及工程应用起步晚，1导论但发展迅速。而随着社会生产力的发展和进步， 中国目前第一高的468m的东方明珠电视塔和世界11研究的背景第一高的加拿大553m的cN塔，就具有电视发

2、射、 超高层建筑是社会生产力发展的产物，也是餐饮和观光等功能。而目前世界各地不断涌现出 社会进步的象征，同时也是科技实力的体现和运越来越多的具有休闲、娱乐、商住等更多功能的 用。超高层建筑主要指40层以上，高度100米以超高层建筑，而这些从功能和形体上的变化，使 上的建筑物。得建造的难度也越来越高。而600m高的广州塔则 超高层建筑的兴建不但具有显著的经济效益把诸多的功能和特异的形体结合在一起，使建造和社会效益，而且可以极大地促进相关领域科技技术面临前所未有的挑战。图11世界电视塔高度排名广州塔工程位于广州市海珠区阅江西路222米的主塔体和一根高146米的天线桅杆构成。主 号，总建筑面积约12

3、9万平方米，建筑物高度为要分为五个功能区及两层地下室。满足城市观光、 600米，项目总投资294838万元。广州塔主体结商业旅游、电视发射及城市应急指挥等功能。 构为钢和混凝土组合结构。该工程由一座高达454对于一座超高层建筑施工而言，地基与基础一100广东省第五次土木工程施工技术交流论文集、部分施工至关重要。超高层建筑的基础不但要承 节，而且是设计和施工难度比较大的结构部位。 受很大的垂直荷载，还要承受强大的水平荷载作 超高层建筑结构超高，需承受巨大的侧向荷载作 用下产生的倾覆力矩及剪力。因此对地基及基础 用。所以，在确定超高层建筑的基础埋置深度时， 的要求高：其一，要求有承载力较大的、沉降

4、量除了应考虑建筑物由于的高度、体型、地质、抗 较小的、稳定的地基；其二，有稳定的、刚度大震设防烈度等因素外，还应满足抗倾覆和抗滑移 而变形小的基础；其三，既要能防止倾覆和滑移， 的要求。高层建筑筏形和箱形基础的埋置深度应 也要尽量避免由地基不均匀沉降引起的倾斜。 满足地基承载力、变形和稳定性要求。所以在超高广州塔工程基础施工主要采用桩一筏基础，层建筑施工中，基础工程已经成为影响建筑施工 即主塔外筒结构(24根塔柱)基础采用直径 总工期和总造价的重要因素，深基础工程施工技 3800ram混凝土灌注桩，桩扩大头直径5000mm。 术已经成为超高层建筑施工技术研究的重要内容。 外筒结构与核芯筒之间采

5、用筏板基础，筏板厚度为1500mm，环梁厚度为4350mm，混凝土强度等级2大直径混凝土灌注桩施工技术为C35。研究广州塔工程桩桩身混凝土强度等级为C35， 钢筋等级为HRB400，中风化岩层天然单轴抗压强 度标准值为6Nmm2，微风化岩层天然单轴抗压强 度标准值为10Nmm2。直径为38m的混凝土灌注桩开挖施工前，建 设单位委托地质勘探单位对桩位进行了超前钻施 工，共布置了54个钻孔，由于场地毗邻珠江，与 河道水力联系密切，地下水位受涨潮影响较大， 涨潮时，涌水量明显增大，且地下水从桩底涌出。 表明基岩裂隙水丰富，属承压裂隙水。受此影响， 加大了桩开挖的难度，成桩质量需采取有效措施 才能保证

6、。图1广州塔 i22课题研究的现状。I翘j孳目前超高层建筑中采用的基础型式主要有箱0童。扩 形基础、筏形基础、桩基及桩一筏基础、桩一箱e栽。一。巡堕氍巧。基础。箱形基础和筏形基础整体刚度比较大，结。构体系的适应性强，但是对地基的要求高，因此；一。*较适合于地表浅部地基承载力比较高的地区。桩一筏基础和桩一箱基础由于可以通过桩基将荷载传 递至地下深处，不但具有整体刚度比较大，结构 体系适应性强的优点，而且使用条件也比较宽松， 能适合各种地基条件的地区，因此在超高层建筑 工程中应用非常广泛。在超高层建筑基础工程中，桩基础占有相当 重要的地位，桩基不但是荷载传递非常重要的环一 101 一广东省第五次土

7、木工程施工技术交流论文集21大直径混凝土灌注桩施工顺序同时进行施工，通过及时排水有效降低地下水位， 按桩中引出十字墨线，用定位木桩标记。挖减少大直径桩内的涌水量，保证大直径桩的正甫桩一节，校核模板位置，捣第一节护壁，护壁高施工。 出原地150200ram，并在井口预留爬梯挂钩及护在桩外降水井排水减压同时将桩内部分确动 壁接驳钢筋。为漏水的破碎带位置进行凿除，涌水点埋设灌身挖孔桩成孔的施工顺序是，每挖1m深的岩 导管。在涌水量小、压力小的部位埋设金属导管， 土成孔，安装护壁钢筋，装一节定型组合的桩护 在涌水量大、压力大的部位埋设橡胶导管。x寸t 壁模板，捣一节护壁混凝土。隔天或混凝土强度 涌水量

8、少的部位埋设金属导管后，采用“折管”12MPa时可拆除护壁模板，重复上述的工序至的方法封堵涌水，减少涌水点。而涌水量大的音 设计指定的持力层，留取岩样后按设计要求进扩位埋设橡胶导管后，采用化学灌浆进行涌水点自 底，清渣及排干积水，及时浇灌封底混凝土。 封堵。该方案实施后，桩内涌水得到有效控制， 22裂隙水处理施工并为桩芯砼的浇筑提供了良好环境，保证了桩蔗24条直径38m混凝土灌注桩桩与桩外降水井混凝土的浇筑质量。图22桩内涌水图图2-3化学灌浆处理图图2-4破碎带凿除完成图图25金属导管埋设图一102广东省第五次土木工程施工技术交流论文集 最后几条直径38m大直径桩混凝士浇筑时，钢管，将降水井

9、形成封闭状态，形成了桩内降水、由于周边环境的变化，令周边区域地下水压力集 涌水引排。桩的涌水量由185m3h，降低至17in3 中在该几条桩内，使涌水量及承压水压力增大。h，符合了旋工要求为钢筋绑扎及混凝土浇筑提供 桩的底部也出现大量的涌水，并且涌水点更为分 了良好条件。 散，岩层更为疏松，难以实施桩内止水。针对这种情况，重新制定了“桩内降水、涌水引排”的3大体积筏板施工技术研究施工方案，即：将降水井钻进桩扩大头内，采用 直径为220ram、长1800mm的镀锌钢管将在扩大31筏板施工概况头内的降水井上端及下段连接起来，并采用速凝广州塔筏板基础板面相对标高为一10OOm，水泥将上下端头封堵，以

10、防地下水外漏。最后，几何形状呈椭圆形，长轴长97m，短轴长77m， 将降水井形成封闭状态，形成了桩内降水井。板厚度1500ram。24根钢管柱的基础环梁截面尺在处理桩底部涌水时，水量较大的涌水点先寸bh=4500mm x 4350mm，沿椭圆型筏板周边布 不予封补，对分散的涌水量少的点逐一封补。此置。环梁长236m，筏板和环梁相连，混凝土的设 时未封补涌水点的涌水量及永压力随之增大，我计强度等级C40，抗渗等级P8。混凝土浇筑量为 们凿除该部分水点周边的破碎岩层，对该部分的9445m3。浇筑时间为广州的秋季10月份。 岩层作换性处理。在封堵速凝水泥前预埋金属导由于环梁截面较大，钢筋密集，进行砼

11、振捣 流管，再采用引水管将接驳管与导流管连通，顺时，振动棒难免会碰到环粱，影响砼的密实度。 利将桩底部地下水引流到降水井内，在不增加地 为此，考虑在环梁钢筋绑扎时，在两端钢筋密集处， 下水对护壁的压力情况下，又可以降低地下水，各预留一道lOOmm宽的振捣缝；在环梁中间预留 降水效果稳定。为紧接的工序，提供更多的施工200ram宽的浇筑缝以便混凝土导管能伸人环梁内 时间，成功解决桩底涌水问题。进行混凝土浇筑。图2-6桩底部涌水引排处理剖面图 23小结通过对桩一筏基础中的大直径混凝土灌注桩图31分仓浇筑顺序圈的施工分析，总结出在恶劣地质条件下，大直径桩的排水技术难点的施工方法。对日后同类超高32混

12、凝土浇筑施工部署 层建筑基础施工有极强的借鉴作用。筏板混凝土浇筑采用泵送混凝土施工技术。对治理桩内涌现的强裂隙水，采用桩外降水 在基坑周边同时布置L0台混凝土泵，并准备2台 及桩内止水联合方案，在止水效果、经济性、工 备用泵。其中6台为SY5120HBC90型车载式混 期等方面取得不错的效果。在实施中，大多数桩 凝土柴油泵，布置在基坑北面，正常泵送量每台 的排水状况都十分好，但是最后施工的几条桩成30m3h，共配16支书200高频振动棒；4台为车 了裂隙水的汇集区，原方案已经不满足其排水要载式带37m长布料杆柴油泵，先布置在基坑南面， 求。在此情况下，将降水井钻进桩内，连接镀锌 然后随浇筑进度

13、分别停放于基坑东、西两面。浇103广东省第五次土木工程旌工技术交流论文集筑时从东南角开始，沿长轴方向浇筑至西北角。333大体积混凝土养护措施 砼浇筑前24h提供混凝土的数量、供应速度、混凝混凝土浇筑后，在二次抹面压实后立即盖一 土强度等级、坍落度、骨料要求、浇灌方法、砼层不透水、气的塑料薄膜和一层湿麻包袋，防止 初凝时间等计划送给搅拌站，以满足施工的要求。表面蒸发失水产生干裂。混凝土表面进行二次压混凝土浇筑采用分段分层的方法进行。浇筑 光后采用覆盖一层塑料薄膜及二层麻包袋的方法 时先浇筑该段外框筒基础底板以下大型环梁，最 保温养护，覆盖工作必须严格认真贴实，塑料薄 后一同浇筑承台和底板。环梁混

14、凝土分五层进行 膜幅与幅之间接缝处应有50mm重迭，每只麻包袋 浇筑，其中第一四层浇筑厚度o7米(直至底板 之间应有lOOmm重迭，养护期间浇水视具体情况 底)，环梁最后一层混凝土连底板混凝土一同浇筑。 而定，以防砼产生干缩裂缝，并使水泥水化顺利 底板采用“斜面分层”的浇筑方法，确保避免出 进行；待砼终凝后，用灰砂砖沿混凝土表面周边 现施T冷缝。由于汽车泵水平浇筑距离约为37米， 砌成一个高200mm高的养护区，在养护区中注人 核心筒附近底板混凝土要利用地泵进行浇筑，拟 50mm高以上的水进行蓄水养护，养护时间一般不 采用两边向中间合拢的方法浇筑混凝土。少于7天。外侧墙派专人淋水养护不少于14

15、天。33混凝土裂缝控制措施34大体积混凝土工况监测331材料和混凝士配合比方面的措施根据大体积混凝土温度及应力的计算，理论 加强与混凝土供应单位的沟通，要求拌站在上得出：大体积混凝土浇筑后蓄水30mm养护7天， 配合比设计中，适量减少水泥用量，提高粉煤灰、基本上可满足不因水化热导致内外温差过大而产 矿粉含量，参加合适的减水剂、外加剂，减小水生裂缝。现拟在C区环形梁预埋测温点进行温度化热。采用425矿渣硅酸盐水泥或425普通硅酸监测，浇筑混凝土后，通过测温点进行温度监控，盐水泥、粗骨料选用粒径为525mm连续级配。 根据混凝土内外温差值采取相应有效的保温降温 细骨料选用细度模数250左右的中砂。

16、严格控制 措施。 粗细骨料的含泥昔，石子含泥量控制在1以下，采用热电偶法进行测温。测温选取截面尺寸 砂含泥量控制在2以下。在保证混凝土强度的前 较大的c区环形承台梁进行测温。为了监测每仓 提下，使用合适的缓凝减水剂，减少水泥用量， 砼内外温差，在每仓混凝土中预埋2组电子测温 延缓水泥水化放热速率，以减少水化热。掺加粉点，分别布置在梁边(错开分内边和外边)和梁 煤灰和矿渣粉活性昆合材料，替代部分水泥，能 中心部位，每组设上=、中、下、表面各四个测点； 在保证混凝土强度的前提下，有效地减小水化热， 大环形梁共设置8组测温点，32根电子测温导线， 延迟峰温出现的时间。凝结时间要求初凝为910 测温点

17、在环梁中均匀分布。小时，终凝为1213小时。在高温季度，预冷却骨料， 使混凝土拌合物保持较低的入模温度。332施工技术措施混凝土由大斜面分层下料，分层振捣，每层 厚度为500ram左右，采用“分段定点、一个坡 度、薄层浇筑、循序推进、一次到顶”的方法确 保避免出现施工冷缝。每台泵车进料量要及时反 映到调度室，按浇捣总量及时平衡搅拌车进入各 泵位，基本做到浇捣速度相同，齐头并进。每台 泵车供应的混凝土浇筑范围内应布置46台振动 机进行振捣，每台泵车浇捣速度平均每小时不少 于30m3，要求不出现夹心层及冷施工缝，并应特 别重视每个浇筑带坡顶和坡脚两道振动器振动，确保上、下部钢筋密集部位混凝土振实。

18、图3-2测温点平面示意图一104一广东省第五次土木工程施工技术交流论文集35小结部之间温差就比较大，在今后类似工程施工时可 广州塔工程筏板与环粱大体积昆凝土于2006 区别对待。年10月1日7：30开始施工2006年10月2 13而根据浇筑三天后应力监测发现，筏板应力 17：30施工完成，共浇筑时间34h，浇筑混凝土处于正常状态，环梁处应力稍大。应力在浇筑120 量9445m3，单泵平均浇筑混凝土量278m3h，最个小时后，也就是浇筑五天后，应力值最大，但 高浇筑量46m3h。整个浇筑过程模拟计算与实际 随后应力逐步较少，并趋于稳定。 浇筑工况极为相似。对大体积筏板出现的结构裂缝的产生原因进4

19、结论与展望行分析，本工程整个底板浇筑厚度超过15m，环梁位置甚至达到了435m厚，浇筑面积超过广州塔作为目前为止世界上最高的电视塔建 4000m2，总浇筑量超过9000m3，属大体积混凝土 筑，其设计及施工过程中应用了大量建筑业新科 施工；且由于长轴达到80m，属超长混凝土结构 新工艺、新技术以及新材料，建设难度之高，建 施工。通过对混凝土配合比的控制，很好的控制 筑物形态之美令世人惊叹与瞩目。其地基与基础 了化学收缩以及干收缩的现象；通过塑料薄膜加施工更令人关注。本文通过对该建筑物基础 麻包袋的方法保温养护，很好地解决内外温差的 桩一筏基础施工介绍，论述了大直径混凝土灌注 情况。 桩在不利地

20、质条件桩内止水降水的有效措施；以 根据测温结果分析，环梁中心部位实际最高及大体积筏板混凝土施工工艺，初步得出了温度 温度841，发生在混凝土浇筑后64h左右。筏控制的理论时间和多项控制混凝土结构裂缝技术 板中心部位实际最高温度787发生在混凝土 措施。经检测所有大直径混凝土灌注桩检测均为 浇筑后2432h之间。内外温差均没有超过25，一类桩，大体积筏板没出现有害裂缝。广州塔工 证明采用一层塑料薄膜加麻包袋覆盖养护能有效 程基础施工经验，特别是大直径桩的降排水、大 保温。15m厚筏板底部与中部之问温差实际比较 体积筏板的裂缝控制及基础施工质量管理可给同小，基本上在10左右，而435m环梁底部与中类工程提供参考。一105