第３２卷增刊２２０１０年８月岩Ｃｈｉｎｅｓｅ土工程学报Ｖ０１．３２Ａｕｇ．Ｓｕｐｐ．２２０１０ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａ］Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ上海中心大厦试验桩施工技术李耀良（上海市基础工程有限公司。上海２００４３３）摘要：上海中心大厦是在建的中国第一高楼，桩基施工工艺是确保这样超高层建筑工程施工质量的关键，特别在上海市软土地基条件下。介绍和研究在上海中心大厦采用的钻孔灌注试验桩施工工艺，该工艺为上海中心大厦工程的顺利实施提供了坚实的基础，取得了良好的效果，提出的施工技术对以后类似或相关工程有参考意义。关键词：钻孔灌注桩：试验桩；后注浆；软土地基；上海中心大厦中图分类号：ＴＵ４７３文献标识码：Ａ文章编号：１０００—４５４８（２０１０）￥２—０３７９—０４作者简介：李耀良（１９６２一），男，上海人，本科，教授级高级工程师，主要从事地基基础施工技术等方面研究。Ｅ．ｍａｉｌ：ｆｉｙａｏｌｉａｎｇ＠２６３．ｎｅｔ。ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｔｅｓｔｉｎｇｐｉｌｅｓｉｎＳｈａｎｇｈａｉＴｏｗｅｒＬＩＹａｏ—ｌｉａｎｇ（ＳｈａｎｇｈａｉＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００４３３。Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳｈａｎｇｈａｉＴｏｗｅｒｉｓｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｂｕｉｌｄｉｎｇｕｎｄｅｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａ．ＴｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｐｉｌｅｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｉｓｓｋｙｓｃｒａｐｅｒｉｎＳｈａｎｇｈａｉ’Ｓｓｏｆｔｃｌａｙｂａｓｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃａｓｔ－ｉｎ・ｐｌａｃｅＳｈａｎｇｈａｉＴｏｗｅｒ，ｆｕｔｕｒｅ．ｔｅｓｔｉｎｇｐｉｌｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｓｏｌｉｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆａｎｄｏｂｔａｉｎｓｇｏｏｄｅｆｆｅｃｔ．ＴｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｍａｙｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｏｒｒｅｌａｔｅｄｐｒｏｊｅｃｔｓｉｎｔｈｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｓｔ－ｉｎ—ｐｌａｃｅｐｉｌｅ；ｔｅｓｔｉｎｇｐｉｌｅ；ｐｏｓｔ－ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｓｏｆｔｓｏｉｌｂａｓｅ；ＳｈａｎｇｈａｉＴｏｗｅｒ０引言心区，基地总面积约３．０４万ｍ２。主楼建筑高度６３２积约５７３２２３ｍ２，建成后将为中国第一高楼。ｍ，上海中心大厦是在建的中国第一高楼，上海为沿海软土地带，地质条件差、地基承载力低：施工场地位于高层建筑密集的上海市浦东新区陆家嘴金融中心区，更是近接原来的中国第一高楼环球金融中心和金茂大厦施工，对周边环境影响控制要求极高。环球金融中心和金茂大厦等高层建筑桩基所采用的是打入型桩，该类桩在施工时会产生挤土、振动、噪声等危害，对周边环境影响较大。钻孔灌注桩能在复杂地质条件，不利环境条件下成桩，具有抗震性好、承载力大、施工噪音小、可以解决特殊地基沉载力等诸多优点。基于上述考虑，本工程桩基采用钻孔灌注桩。在进行钻孔灌注桩工程桩施工前，必须进行试验桩以确定桩基的选型是否合适，桩基的承载力和沉降是否满足要求。本文对上海中心大厦钻孔灌注桩试验桩施工技术进行研究，以期能在后续的钻孔灌注桩工程桩施工中起到指导作用，对今后类似工程旅工也具有参考作用。１地上共１２１层，地下５层，裙楼地上５层，总建筑面上海中心主楼，采用钻孔灌注桩作为承重桩基，主楼桩总数９５５根，桩径为①１０００ｍｍ。其中核心筒下Ａ型桩２４７根，成孔深度８６ｍ，有效桩长５６ｍ；核心简外Ｂ型桩７０８根，成孔深度８２ｍ，有效桩长５２ｍ；单桩承载力特征值均为１００００ｋＮ，单桩承载力极限值均为２６０００ｋＮ。桩身设计强度等级Ｃ４５，水下浇筑按照Ｃ５５配制。本工程场地属滨海平原地貌类型，位于黄浦江东岸陆家嘴区域。场地内②层褐黄～灰黄色粉质黏土层呈湿状、可塑、中压缩性，层厚较薄：第③层灰色淤泥质粉质黏土和第④层灰色淤泥质黏土均为饱和状，流塑、高压缩性土层；第⑤－。和⑤伯层为软塑～可塑，较软弱。内第⑥层暗绿色黏土为硬塑状中等压缩性土；第⑦层承压水含水层，又分为三个亚层，其中⑦ｌ层砂质粉土工程概况上海中心大厦地处上海市浦东新区陆家嘴金融中收稿日期：２０１０一０４—２０岩±Ｊ：栏学报２０ＩＯ＃士质较好，为中等压缩性士；⑦：层黄色糟砂属于中偏低等压缩性土；⑦，层灰色糟砂属于中等压缩性土：第＠层精质黏土层缺失，故⑦层与③层上连通：第＠一层灰色砂质耪土，第＠，层灰色粉砂，密实，夹多量中糨砂及砾砂。本次施工内容为承压桩试桩４组．包括４根试桩、９根锚桩，车次试桩均不用作工程桩。试桩瑷讣桩径Ｃ１）ｌＯＯＯ，桩底标高一８３７０ｍ，成孔深度约８８ｍ，桩端入＠：层１０ｍ．桩身在⑦层＠层两个砂性土层中的总长度约６０ｍ。２试验桩施工难点（１）粉砂质土层内成孔钻进试验桩桩端进入⑤ｚ层约１０ｍ．桩身在⑦层、＠层两个砂性土层中的总长度约６０ｎ１．整个有效桩长均处于砂层内。长达６０Ｉｌｌ的砂层钻进深度会给钻孔桩施工带来两个方面的问题：钻孔和清孔难度大；易发生缩颈或坍孔现象。砂性土层内的成孔质量是整个钻孔桩施工质量的关键，砂层内成孔时粉细砂的沉积和孔壁缩径问题是桩身质量的关键点。本工程中通过对钻机、钻具、成孔工艺的研究和改进，解决这一难题。（２）钢套筒安装、固定试桩采用钢制双套管膈离开挖面队上桩身与土体的接触，以直接测试有效桩长范围内的桩基承鼗力。需采取措施保障有效隔离。承压试桩外套管内径中１１８０，长度２５３ｍ：内套管内径（Ｉ）１０５０，长度３０３ｍ；壁厚均为１２ｎｕｎ，内外套管问每隔５ｍ设置环形的防失稳加劲肋。套管在工厂内分两节制作，现场拼装。（３）泥浆除砂及清孔工艺由于⑦层、＠层粉砂的颗粒微小，以往常规工程中砂层内钻孔时极易因泥浆含砂率过高导致卡钻和孔底沉渣超过规范。车工程地处上海陆家嘴，砂层较厚且成孔深度大，这个问题将更加突出，需从制浆方式、除砂设备工艺、清孔工艺等方面综台处理，（４）超深桩成孔垂直度控制本工程桩径０ｉ０００，成孔深度８６ｍ，其长细比这８６：Ｊ。设计要求每根桩都满足成孔垂直度１／１５０的检测指标，必须从工艺本身着手进行改进和控制。（５）高标号水下混凝土配制及浇灌试桩桩身混凝土设计强度等级为Ｃ５０，按照钻孔桩施工规范要求．水下浇注需将混凝土强度等级相应提高。预计水下Ｃ５０混凝土的配制强度需达到Ｃ６０以上。目前国内水下浇注高等级混凝士的经验尚不成熟，本工程中将进行水下Ｃ５０混凝土的试配，在确保强度的同时还要调节好混凝土的和易性、坍落度、凝结时问等混凝＿十施工浇注的关键参数。（６）桩端、桩侧后注浆上海市以往工程和本工程桩型试验结果表明．砂质十层内的钻孔灌注桩承载力离散性较大，采取后注浆工艺后可有效稳定承载力。要确保每根桩都注浆成功，井研究实施一套可靠的保障应急措施。３试验桩施工工艺本工程进行了原位桩型试验．在项目场地内先行施工１３根＠１０００ｍｍ，深度８８ｍ的钻孔灌注桩用于试验桩基承载力和施工工艺可行性。试验结粜证明桩基承载力满足本工程要求．同时我们也探索出了一套满足本工程质量控制要求的桩基施工工艺。由于本工程的特殊性、质量标准等方面超越了现行规范，工程桩开工前．结台桩型试验结果和上海市以往的钻孔灌注桩施工经验，编写了一套《上海中心大厦主楼钻孔灌注桩施工工艺及质量控制要点》。该控制要点经专家委员会审议通过后，实质上作为了本工程桩基施工的实施和控制标准，井且在施工过程中根据施工反馈情况先后进行了两次修订升版。其施工工艺可概括如下：（１）成孔方式：上部黏土层（３０ｍ以上深度）正循环成孔，下部砂土层泵吸反循环成孔：（２）泥浆制备：采用专用膨润土和外加剂人工拌制：（３）泥浆除砂：ｚ×－２５０型泥浆净化装置（除砂机）除砂ｉ（４）清孔方式：泵吸反循环一清，气举反循环二清：（５）钢筋安装：预加工成型，主箭直螺纹接驳器连接；（６）浇灌方式：导管法水下混凝土浇灌；（７）注浆：桩端、桩侧后注浆。３１钻孔设备成孔设备：ＧＰＳ－２０或同等规格型号的工程钻机，配备流量１８０ｍ‰的６ＢＳ型反循环砂石泵。田ｉ＝一＆暴螬钻头ＦｉｇＴｈ眦‘ｗｉｎｇｅｄａｎｄｍｏｔｗａｌｓｌｅｄｄｒａｇｂｉｔ坩刊２孪耀自上潍中。大厦试验桩撼Ｉ技术３８Ｊ成扎钻头：设计其备良好导向性能扮三翼双腰箍钻头（圈Ｉ）．以满足成孔垂直度要求：钻头直径］０２０ｆｉｌｍ．略大于设计桩往，以戍对砂质地层的少量缩孔规象。由于本工程钻孔桩有拽桩身均处在５０ｍ以上的砂层中．钻头磨损镫大，困此须选用优质合金刀齿．每钻两个桩孔需更换一次钻头刀齿．每钻一十孔需进行一次钻头检修，同时需配备充足的备用钻头．以保证成孔效率和连续性。３２双套管制作安装（１）取套管制作内外套管壁厚均为１２ｍ１１％．外套管内径１１８００ｍｍ、妊２５３ｍ，内套管内径１０５０ｍｍ、长３０３ｍ，为便于套管上端与地面预埋件焊接固定．套管上端均高出地面３００ｍｎｌ。内外套管之间每蕊５ｍ设甓环形的支捧肋．支撑肋焊接于内套符外壁．支掉肋与外套管内晕问距３ｒＮｌ％％。套管分节加工完成后．在厂内完成内外套管的套插工作．套插前在盘掉肋和外套管内壁渌铢脱模荆．确保内外套管自由滑动。为防Ｉｔ混凝十浇筑时水泥浆液进八套管壁间，颁在内外套管底部之阃设置。道防水橡胶圈，以完全填充套管问隙。（２）双套管安装套管分两节加工完毕后，运抵现场，在现场的拼接平台上完成两节套管的拼接。拼接采用铁板帮条焊加接口堆焊的形式．接头位置需错开支捧肋标高．连接时先滑开外套简焊接内套筒．然后滑回外筒套焊接外套筒。两节套筒连接后垂直度偏差不得大于１／４００。内外套管的单根质量均在ｌｏｔ左右，内外套管同时安装时质量２０ｔ，施工过程中蔫将套管安装至设计杯商并有效固定．同时需确保套管的垂直度和相对滑动。吊放先将内外套管上口焊接同定．检８９ｅ．ｆ将焊接件割断即可。安装采用先０ｌ孔，后吊放，再固定∞方式安装。引孔深度３０ｍ（内套管底），引孔直径＠１３００ｍｍ，之后采用吊车将内井套管同时吊放至引好的孔内，吊放到值后将套管与地面的预埋铁件焊接周定。３３泥浆除砂桩基有效桩长均处于砂质地层内，成孔泥浆须具备良好的擤砂性能和护壁能力，选用优质钠基膨润土进行人工遗浆。施工过程中对新浆配置指标、循环泥浆施工指标、清孔后泥装指标严格规定和控制。（１）泥浆除砂在太厚度的砂质地层内，要成功完成钻进．除采坩槐砂性能怠好的泥浆外．还必须要求可拄的方法将泥浆内的砂及时分离。本Ｔ程选用ｚｘ－２５０型泥浆？争化装置（睬砂机）对循环泥浆进行除砂．除砂机睬砂砂粒颗粒等级００７５ｍｒ／％．处理能力２５０ｒ／％Ｊ，ｈ～。ＺＸ－２５０型泥浆净化装置见罔２所示，单桩成孔方量约７０ｒｆｌ’．根据土层颗粒级配计算ｔ平均每孔除砂约３０ｒｆｌ３（除砂宰约４５％）．计算结果与实际施工情况相符。固２ｚｘ－２５０ｉ＊裴净＊苇重Ｆｉｇ２ＺＸ２５０ｍｕｄｄｅｗｉｎｇｄｅｙｔｃｏ（２）泥浆循环系统由于粟用萨、反循环结合的成孔方式，园此泥浆池及泥浆循环系统设置时按新装池、循环池、沉淀池和泥砂池分离设置，满足人工拌浆和除砂机除砂工作要求。甲均每台桩机应配蔷不小于１５０ｍ’的泥浆池。４清孔工艺靖孔应分二次进行。第一敬清孔在成孔完毕后进行．第二次清孔在钢筋笼和导管安放完毕后进行．为有效清除孔底淤砂，采用泵吸反循环清，泵吸反循环二清，清时麻将钻头提离孔底Ｏ５～０８ｍ，清孔时，输入孔内的泥浆量币应小于砂石泵排量．保证补量充足，同时应台理控制泵景，避免吸塌孔聩。气举反循环：清气管下放深度４１５ｍ．配备０．６ｍ’或ｏ．９ｍ’的守雎机．清孔ｊ＝七程中根据流量调节气担，防止吸力过大扰动孔壁。３５钢筋笼制作安装钢筋笼分节制作，分节长度９ｍ或１２ｍ，主筋均采用直螺纹接驳器的方式连接．钢筋笼制作时应进行接驳器的预拼接。班便分节下放时孔口顺利对接。钢筋笼预拼接漉程见幽３。采用直螺纹接驳器连接方式主要有如下优点：（Ｉ）孔ｕ连接速度快，钳筋笼下放时间缩短，有利于孔壁稳定和Ｔ效提高：（２）机械连接的钢筋笼牡体垂直度较好，易于Ｆ艘，减少锕筋燕卡在孔壁上的风险：（３）机械连接接受便１。笼内各种检￥惜、注絮管的安装和保护：（４）机槭连接接头可精确控￥Ｉ钢筋笼总长，提高３岩Ｊ：Ｉ狸学报２０１０４季冒罨荤．．…——’■＝－Ｈ＊＃■＃■＝ｔ■■Ａ９ＩＩＬ＝－Ｉ＊■２■＃Ⅱ＊－ｍｔ■一＇■■ｔ蚕署藿目３钢筋笼臻拼接瀛％田Ｆ培３Ｆ１０ｗｃｂ哪ｏｆｓ啤ｌｍＪｎｂ…ｎＩｃ４ｐＰ”ｈ嘶ｃｍＩｏｎ∞ｄｊｏｉｎＩＯｇｅｍｅｒ注浆管底标高的下放精度：（５）机械接头便于施工质量控制和检查。３６高标号水下混凝土配制与浇灌桩基设训强度等级为Ｃ４５，水下提高二级，按Ｃ５５配制．根据超深钻孔灌注桩的施Ｔ要求，混凝土必须具备良好的流动性和较太的坍落度．且必须严格控制水灰比。为此，专门进行了试验配制，其试配强度达到Ｃ６０（水下Ｃ５５），超声波桩身检测和取芯检测结果良好．充分验证了高标号水下混凝土的可行性。采用导管法进行水下混凝土浇灌，导管直径０３００ｒａｍ。导管采用丝扣连接。导管埋入混凝土面的深度宣为３～１０ｍ．最小埋＾深度不应小于２ｍ。混凝土实际灌注高度应超出设计桩顶标高，其高度不宜小于桩长的３％，且不小于２ｉｌｌ。３７桩端、桩删后注浆桩基需进行后注浆施工．注浆终止标准应采用注浆量与注浆压力双控的原则．以注浆量（水泥用量）控制为主，注浆压力控制为辅。当注燕量达到要求时．可终止注浆：当洼浆压力）３ＭＰａ并持荷３ｍｉｎ．也可终止注浆。（１）桩端注浆注浆要求试桩进行桩端注浆，注浆最为２．５１水泥辟Ｅ，水泥标号采用Ｐ４２５．水泥浆水灰比Ｏ５５。注浆管安装：利用２根内径０５０唧的超声波检测管作为注浆管．底端安装单向注浆闷，伸出笼底３０ｃｍ．滓浆忤绑扎固定十指定编号的圭筋Ｊ二。（２）桩侧注浆注浆要求：试桩进行桩侧后注浆，每根桩设置４道注浆断面，每道断面水泥用量５００ｋｇ。水泥标号采用Ｐ４２５．水泥浆水灰比０５５。注浆管安装：根据注浆断面标高安装４根内径ｍ２５ｍｍ壁厚３２５ｍｍ的钢管作为桩埘注浆怪管，在注浆断面上连接有高压复合软管加下成的环形单向注浆阀．环彤注浆阿上开设６个注浆孔，注浆管绑扎固定于指定编号的主筋上，４结善试桩施工过程结束后．对整个试桩过程的施工功效、质量赦果进行比较和分析。本次试桩静载试验站｛Ｉ｝和超声波检测结果显示试验桩垂直度、桩身强度、承载力及沉雠等均满足设计要求．确定了所选桩型是满足使用要求的，井确定了旖工方面的可行性．归纳总结出一套成功的可指导奉项目工程桩施工的标准化工艺。通过试桩赭工，己基本确定了一套可用于夸后工程桩施工的指导工艺。随着沿海地带新一轮建设热潮的并起和城市建设用地日趋紧张，将兴建越来越多的超高层建筑。上海中心大厦钻孔灌注桩试验桩工程的顺利实施井取得良好的效果．为后续该工程钻孔灌注桩工程桩的施工提供了坚实的基础．且说明在软土地基超高层建筑中，钻孔灌注桩可成为一种环保、经济、实用、可靠的桩型。参考文献：【１ｌ※《．刘☆被桩基手册ＩＭＩ北京中羽建筑Ｉｎｍ版＃２００９：６５６—６６ｌ口ＨＡＮＧＹ∞ＬⅡＪＪｉｎｂｏＰｉｋｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｈ¨ｄ啪ｋ｛ＭｌＢｅｌｊｌｎｇ：ＣｈｉｎａＡｒｃｈｉｌｅｃｔｕｒｅａｎｄＢｕｉｔｄｉｎｇＰｒｅｓｓ．２００９：６５６６６１（ｉｎＣｈｉｎｃ螂）［２】建筑施Ｉ手册（第四版）编写蛆建筑施Ｉ手ｍ【Ｍ】第４版北京：中田建筑Ｉ业ｍ版＆２００３：１０６Ｓ—１０９９ｅｄｉｌｉｏｎ）ｎ…ｆｏｒｒＥｄｉｔｏｒｉａｌＣｏｎｎｎｈ唬ｏｆＦｏ…ｆｏｒＣｏｎｓｌｌｕｃｔｉ帅（ｔｈｅｆｏｕｒｔｈＡｒｃｈｉｌ—ｃｏｎｓｍ＂６∞ＭｍｅｄＢｅｒｉｎｇ：ｃｈｈａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＰ嘣２００３：１０６８’１０９９“ｎＣｈ●一¨上海中心大厦试验桩施工技术
作者：作者单位：
李耀良
上海市基础工程有限公司，上海 200433
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