深基坑工程明裝鋼管柱施工技術

摘 要：深基坑鋼管柱的吊裝，施工難度大，施工風險高。京津城際延伸線于家堡站站房工程在施工過程中，因地制宜，在有限的條件和環境內進行了最為有效的鋼管柱安裝施工。與傳統的分節分段吊裝焊接的施工工藝相比，具有明顯的施工速度快，施工質量高的優點。所有大尺寸、大噸位鋼構件均能夠在有限的場地條件內實現一步吊裝就位。且避免了高空焊接等危險作業帶來的安全隱患，進一步保證了現場作業人員的安全。同時在施工質量與精度方面較傳統工藝有明顯提高。具有良好的經濟效益與推廣價值。

關鍵詞：深基坑；鋼管柱；吊裝

1 前言

鋼管混凝土柱具有承載力高、耐腐蝕等優點，目前在建筑領域得到了越來越多的應用與發展。通過在圓形鋼管內灌注混凝土，將兩種不同性質的材料進行組合，發揮各自的優點彌補彼此的缺點，具有良好的力學性能和經濟效益。鋼管混凝土柱施工的首要關鍵是確保鋼管柱的施工質量與精度。但是，隨著近年來大體量工程的不斷開展，鋼管混凝土柱的外觀尺寸也越來越大，鋼管柱的安裝因尺寸大、噸位重加之施工現場作業條件的制約相應的也變的越來越困難。特別是在深基坑工程中這種施工上的難度更為明顯。

2 工程概況

京津城際延伸線于家堡站站房工程位于天津市濱海新區，場區地質復雜，地下含水豐富。其中站房工程明挖一區有72根鋼管柱為結構中間柱，每根鋼管柱平均長15m，重26.5噸，施工過程中采用了明裝工藝，即先開挖基坑至設計標高后進行鋼管柱安裝的施工工藝。技術團隊從工程的自身特點出發，經過詳細認真的討論和策劃，摸索總結出了一套行之有效的明裝鋼管柱施工技術。

3 施工操作要點

3.1 鋼管柱及預埋節點的加工制作

鋼管柱及預埋節點板的加工制作需提前進行，避免因鋼管柱體量大、節點復雜加工時間過長影響總體施工進度。以于家堡站房為例，明裝鋼管柱共72根，直徑1.4m，壁厚分30mm和42mm兩種，每根重約26噸，且梁柱節點位置加工繁瑣。在土方開挖至第二道支撐梁時即開始進行鋼管柱及節點板的加工支座施工。

于家堡站房主體結構鋼管柱采用Q345B鋼，鋼管直徑1.4m，壁厚分30mm、42mm，其中壁厚大于42mm鋼板采用厚度方向性能鋼板。鋼管為直縫焊接管，焊接管必須采用對接熔透焊縫，焊縫強度不低于鋼管強度要求。

3.2 基礎節點板的預埋

基礎節點的預埋安裝與基礎底板鋼筋綁扎同步進行。基礎節點板作為后續明裝鋼管柱施工的第一步，其施工質量直接影響了后續鋼管柱的施工效果。預埋安裝時應特別注意以下操作要點：

3.2.1 基礎節點板進場前應對所用鋼材及高強螺栓進行檢測復試，確保材料的合格。

3.2.2 基礎節點板的預埋應嚴格控制安裝的垂直度和定位精度，安裝定位復測完畢后應利用鋼筋或槽鋼進行加固固定，避免在基礎底板的鋼筋綁扎及混凝土澆筑施工過程中，對其產生碰撞產生錯位和傾斜，影響后續施工質量。

3.2.3 基礎節點板預埋安裝時還需特別注意上部定位鋼板安放的水平度，安裝完畢后應對定位鋼板進行復測校核，保證后續鋼管柱安放基座的水平。

3.2.4 在基礎底板進行混凝土澆筑過程中，應加強對節點位置的混凝土振搗，保證該位置混凝土施工的質量。

3.3 第三、四道支撐梁的破除施工

在相應主體結構混凝土強度達到設計要求后，按施工工序對第三、四道支撐梁進行破除施工，以提供鋼管柱吊裝作業的空間。支撐梁破除施工作業過程中應特別注意加強對預埋好的基礎節點板的保護。避免破除機械碰撞節點柱產生彎曲，避免破除機械的碾壓破壞預埋高強螺栓的絲頭。

3.4 鋼管柱的吊裝

京津城際延伸線于家堡站站房工程明裝鋼管柱安裝施工區域主要集中于明挖一區和明挖二區。其中明挖一區基坑又與天津市政工程的地鐵B1線基坑相鄰，基坑深20.5m，基坑寬80m。鋼管柱安裝位置主要集中于站房工程的B軸和C軸位置，距離基坑邊的最短距離分別22m和42.5m。

在該作業環境下進行鋼管柱安裝施工具有以下困難：①場地狹窄，作業空間不足。B軸線鋼管柱可在基坑西側利用大噸位汽車吊進行一步吊裝作業。但是C軸線位置距離基坑邊線過遠達42.5m，汽車吊作業半徑過大，起重量不足，直接影響了鋼管柱起吊施工作業的安全。②若利用設置在基坑中間（B、C軸中間）的三臺塔吊進行分節吊裝后定位焊接的傳統施工工藝則存在分節過多，焊接工作量大，影響總體施工進度。且因分節多，造成鋼管柱拼裝焊接過程中垂直度難以進行精確控制和削弱鋼管柱承載能力的問題。

針對施工現場的有限作業條件和工程的特殊性，經過認真討論和研究，決定將移動起重機械和水平運輸機械下放基坑在基礎底板上進行吊裝作業。施工作業工序：

①首先利用400噸汽車吊將130噸汽車吊和1輛12m長半掛車從明挖I區與II區交界位置空間較大處放入基坑內。②利用前期支撐梁破除的渣土在坑內設置循環道路作為平板車的施工通道。③將鋼柱進場下放基坑，利用平板車將鋼管柱運至安裝位置。④利用坑內的130噸汽車吊對鋼管柱進行吊裝安放，完成鋼管柱的安裝施工。

3.5 鋼管柱的起吊驗算

鋼管柱平均重量約26.5噸，起吊驗算時取壁厚最厚42mm的鋼管柱（重35噸）進行驗算，加之吊裝索具等總計算重量取40噸。主吊選用130噸履汽車吊，主臂長度選用21.8m。

①鋼絲繩強度驗算：鋼絲繩采用6×37+1，公稱強度為1700MPa，破斷拉力換算系數取0.82，鋼絲繩安全系數K取6。鋼絲繩允許拉力[Fg]=0.82×Fg/6。

鋼管柱總重35t，計算時取40t，主吊鋼絲繩在鋼管柱立起時受力最大。

鋼絲繩直徑：52mm，[T]=23.78t （兩根同時穿卡扣）

鋼絲繩：T=P/2sin69.5°=35/2sin69.5°=18.68t<2[T]=47.56t，滿足要求。

②吊機吊臂長度驗算：主吊吊臂長度51m，起吊角度80°（回轉半徑10m）；鋼管柱長15m；上方鋼絲繩高度2m；吊車自身高度取2m（非工作狀態吊車全高3.8m）

吊裝高度需要超過基礎節垂直1m，因此，吊裝高度為2.5m；

21.8×sin80°+2=23.5m>15+2+2.5=19.5m，滿足要求。

③主吊卸扣計算：卸扣的選擇按鋼絲繩最大受力選擇。卸扣最大受力在鋼管柱完全豎起。

P1=35/2sin69.5°=18.68t<55t 主吊鋼管柱卸扣2只55T，滿足要求。

4 安全環保措施

4.1 設備必須保養良好，運行正常，所選起吊用工具和鋼絲繩必須有足夠的安全系數，一般不得小于5～6倍。

4.2 索具不得與尖銳物體直接接觸。吊裝大件之前，按照下表進行全面檢查，一旦有任何項目超標，鋼絲繩不得使用。

4.3 嚴禁超負荷吊裝，嚴格執行起重機械“十不吊”規定。

4.4 起重指揮、吊車司機等各相關人員必須持證上崗。

4.5 吊裝作業時必須保證信號暢通、清晰，起重指揮所發出的指令準確、明確。

4.6 構件高空就位后，不連接牢靠不能松鉤。當天要盡可能實現所吊裝的鋼梁與鋼柱連接成比較穩定的體系。

4.7 對于焊接工作量大的構件，保證軸向焊接固定，側向采用纜風繩或剛性支撐臨時固定。

5 效益分析

該技術最大的特點是因地制宜，在有限的條件和環境內進行最為有效的鋼管柱安裝施工。與傳統的分節分段吊裝焊接的施工工藝相比，具有明顯的施工速度快，施工質量高的優點。所有大尺寸、大噸位鋼構件均能夠在有限的場地條件內實現一步吊裝就位。且避免了高空焊接等危險作業帶來的安全隱患，進一步保證了現場作業人員的安全。同時在施工質量與精度方面較傳統工藝有明顯提高。具有良好的經濟效益與推廣價值。