深基坑工程明裝鋼管柱施工技術(shù)

摘 要：深基坑鋼管柱的吊裝，施工難度大，施工風(fēng)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(huán)境內(nèi)進(jìn)行了最為有效的鋼管柱安裝施工。與傳統(tǒng)的分節(jié)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(zhì)量高的優(yōu)點。所有大尺寸、大噸位鋼構(gòu)件均能夠在有限的場地條件內(nèi)實現(xiàn)一步吊裝就位。且避免了高空焊接等危險作業(yè)帶來的安全隱患，進(jìn)一步保證了現(xiàn)場作業(yè)人員的安全。同時在施工質(zhì)量與精度方面較傳統(tǒng)工藝有明顯提高。具有良好的經(jīng)濟效益與推廣價值。

關(guān)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(yōu)點，目前在建筑領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用與發(fā)展。通過在圓形鋼管內(nèi)灌注混凝土，將兩種不同性質(zhì)的材料進(jìn)行組合，發(fā)揮各自的優(yōu)點彌補彼此的缺點，具有良好的力學(xué)性能和經(jīng)濟效益。鋼管混凝土柱施工的首要關(guān)鍵是確保鋼管柱的施工質(zhì)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(xiàn)場作業(yè)條件的制約相應(yīng)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(qū)，場區(qū)地質(zhì)復(fù)雜，地下含水豐富。其中站房工程明挖一區(qū)有72根鋼管柱為結(jié)構(gòu)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(shè)計標(biāo)高后進(jìn)行鋼管柱安裝的施工工藝。技術(shù)團隊從工程的自身特點出發(fā)，經(jīng)過詳細(xì)認(rèn)真的討論和策劃，摸索總結(jié)出了一套行之有效的明裝鋼管柱施工技術(shù)。

3 施工操作要點

3.1 鋼管柱及預(yù)埋節(jié)點的加工制作

鋼管柱及預(yù)埋節(jié)點板的加工制作需提前進(jìn)行，避免因鋼管柱體量大、節(jié)點復(fù)雜加工時間過長影響總體施工進(jìn)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(jié)點位置加工繁瑣。在土方開挖至第二道支撐梁時即開始進(jìn)行鋼管柱及節(jié)點板的加工支座施工。

于家堡站房主體結(jié)構(gòu)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(chǔ)節(jié)點板的預(yù)埋

基礎(chǔ)節(jié)點的預(yù)埋安裝與基礎(chǔ)底板鋼筋綁扎同步進(jìn)行。基礎(chǔ)節(jié)點板作為后續(xù)明裝鋼管柱施工的第一步，其施工質(zhì)量直接影響了后續(xù)鋼管柱的施工效果。預(yù)埋安裝時應(yīng)特別注意以下操作要點：

3.2.1 基礎(chǔ)節(jié)點板進(jìn)場前應(yīng)對所用鋼材及高強螺栓進(jìn)行檢測復(fù)試，確保材料的合格。

3.2.2 基礎(chǔ)節(jié)點板的預(yù)埋應(yīng)嚴(yán)格控制安裝的垂直度和定位精度，安裝定位復(fù)測完畢后應(yīng)利用鋼筋或槽鋼進(jìn)行加固固定，避免在基礎(chǔ)底板的鋼筋綁扎及混凝土澆筑施工過程中，對其產(chǎn)生碰撞產(chǎn)生錯位和傾斜，影響后續(xù)施工質(zhì)量。

3.2.3 基礎(chǔ)節(jié)點板預(yù)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(yīng)對定位鋼板進(jìn)行復(fù)測校核，保證后續(xù)鋼管柱安放基座的水平。

3.2.4 在基礎(chǔ)底板進(jìn)行混凝土澆筑過程中，應(yīng)加強對節(jié)點位置的混凝土振搗，保證該位置混凝土施工的質(zhì)量。

3.3 第三、四道支撐梁的破除施工

在相應(yīng)主體結(jié)構(gòu)混凝土強度達(dá)到設(shè)計要求后，按施工工序?qū)Φ谌⑺牡乐瘟哼M(jìn)行破除施工，以提供鋼管柱吊裝作業(yè)的空間。支撐梁破除施工作業(yè)過程中應(yīng)特別注意加強對預(yù)埋好的基礎(chǔ)節(jié)點板的保護。避免破除機械碰撞節(jié)點柱產(chǎn)生彎曲，避免破除機械的碾壓破壞預(yù)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(qū)域主要集中于明挖一區(qū)和明挖二區(qū)。其中明挖一區(qū)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(yè)環(huán)境下進(jìn)行鋼管柱安裝施工具有以下困難：①場地狹窄，作業(yè)空間不足。B軸線鋼管柱可在基坑西側(cè)利用大噸位汽車吊進(jìn)行一步吊裝作業(yè)。但是C軸線位置距離基坑邊線過遠(yuǎn)達(dá)42.5m，汽車吊作業(yè)半徑過大，起重量不足，直接影響了鋼管柱起吊施工作業(yè)的安全。②若利用設(shè)置在基坑中間（B、C軸中間）的三臺塔吊進(jìn)行分節(jié)吊裝后定位焊接的傳統(tǒng)施工工藝則存在分節(jié)過多，焊接工作量大，影響總體施工進(jìn)度。且因分節(jié)多，造成鋼管柱拼裝焊接過程中垂直度難以進(jìn)行精確控制和削弱鋼管柱承載能力的問題。

針對施工現(xiàn)場的有限作業(yè)條件和工程的特殊性，經(jīng)過認(rèn)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(chǔ)底板上進(jìn)行吊裝作業(yè)。施工作業(yè)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(qū)與II區(qū)交界位置空間較大處放入基坑內(nèi)。②利用前期支撐梁破除的渣土在坑內(nèi)設(shè)置循環(huán)道路作為平板車的施工通道。③將鋼柱進(jìn)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(nèi)的130噸汽車吊對鋼管柱進(jìn)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(jìn)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(shù)取0.82，鋼絲繩安全系數(shù)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(zhuǎn)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(tài)吊車全高3.8m）

吊裝高度需要超過基礎(chǔ)節(jié)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(huán)保措施

4.1 設(shè)備必須保養(yǎng)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(shù)，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(jìn)行全面檢查，一旦有任何項目超標(biāo)，鋼絲繩不得使用。

4.3 嚴(yán)禁超負(fù)荷吊裝，嚴(yán)格執(zhí)行起重機械“十不吊”規(guī)定。

4.4 起重指揮、吊車司機等各相關(guān)人員必須持證上崗。

4.5 吊裝作業(yè)時必須保證信號暢通、清晰，起重指揮所發(fā)出的指令準(zhǔn)確、明確。

4.6 構(gòu)件高空就位后，不連接牢靠不能松鉤。當(dāng)天要盡可能實現(xiàn)所吊裝的鋼梁與鋼柱連接成比較穩(wěn)定的體系。

4.7 對于焊接工作量大的構(gòu)件，保證軸向焊接固定，側(cè)向采用纜風(fēng)繩或剛性支撐臨時固定。

5 效益分析

該技術(shù)最大的特點是因地制宜，在有限的條件和環(huán)境內(nèi)進(jìn)行最為有效的鋼管柱安裝施工。與傳統(tǒng)的分節(jié)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(zhì)量高的優(yōu)點。所有大尺寸、大噸位鋼構(gòu)件均能夠在有限的場地條件內(nèi)實現(xiàn)一步吊裝就位。且避免了高空焊接等危險作業(yè)帶來的安全隱患，進(jìn)一步保證了現(xiàn)場作業(yè)人員的安全。同時在施工質(zhì)量與精度方面較傳統(tǒng)工藝有明顯提高。具有良好的經(jīng)濟效益與推廣價值。