蓋挖逆作法下的后起鋼管柱分節定位安裝技術

中國建筑第八工程局有限公司天津分公司 天津 300452

0 引言

當今，蓋挖逆作工藝已經是地鐵車站施工中的首選方案，特別是在超大超深及富水軟土地區中深基坑工程的應用更為廣泛[1-5]。在蓋挖逆作施工過程中，首先施工圍護結構，然后施工中間工程樁和鋼管柱，其中大部分鋼管柱直接抱插錨入工程樁基中形成中間樁柱一體化[6-9]。但在天津濱海國際機場擴建配套交通中心工程中有部分鋼管柱依坐于結構底板梁上，因其下無工程樁而無法先行抱插施工，在蓋挖逆作施工工藝中此種后起鋼管柱的安裝施工一直是難以解決的技術難題。

通過研究分析，我們創新性地提出了鋼管柱分節定位安裝技術，即把鋼管柱分為上中下3 節，在蓋挖逆作頂板結構施工時先行施工鋼管柱上節，然后在底板結構施工時對應安裝施工鋼管柱下節，復核鋼管柱上下節后再定位安裝鋼管柱中間節部分，最后從頂板預留澆筑管澆筑鋼管柱內混凝土。天津濱海國際機場擴建配套交通中心工程深基坑采用這種方法，較好地完成了蓋挖逆作工藝下后起鋼管柱的安裝施工，經過復核所有鋼管柱施工質量均滿足設計和規范要求。

1 工程概況

天津濱海國際機場擴建配套機場交通中心工程位于天津濱海國際機場航站樓北側進出港區域及其東側的空地下，主要由軌交2號線機場站、京津城際鐵路機場站、地下停車場工程、換乘通道工程與正在運營的T1航站樓連接通道工程以及和T2航站樓連接的集散大廳工程組成。工程分為4 個標段，其中第3合同段為地下2 層框架結構，采用樁筏板基礎，豎向結構為鋼管柱及混凝土側墻，橫向結構為鋼筋混凝土梁板。該合同段的結構剖面如圖1所示。

圖1 標段車站結構剖面

工程采用蓋挖逆作工藝施工，106 根中間樁柱采用HPE工法施工。其中，D軸有10 根鋼管柱坐落在地下連續墻上而無法先行抱插施工，針對現場情況采用了鋼管柱分節定位安裝方案。分節定位安裝的鋼管柱Φ1.2 m、高8.95 m、壁厚25 mm、質重約15 t。

2 鋼管柱施工技術要求

2.1 鋼管柱施工工藝流程

鋼管柱施工工藝流程如圖2所示。

圖2 鋼管柱施工工藝流程

2.2 鋼管柱設計加工

鋼管柱的加工要根據土方開挖深度、吊裝難易程度、焊接難易程度等因素合理確定上中下3 節鋼管柱的尺寸。經過研究，本工程采用上節鋼管柱長2 m，下節鋼管柱長2 m，中間節鋼管柱根據上下節安裝完成后測得的凈高合理確定加工尺寸。

2.3 鋼管柱安裝施工操作要點

2.3.1 上節鋼管柱的安裝

（a）第一步土方開挖后澆注C25混凝土墊層，厚250 mm，再進行放線澆筑混凝土底座，埋設鋼管柱導向器。待混凝土底座達到設計強度后，用全站儀重新校核導向器中心位置。鋼管柱導向器的安裝方式見圖3。

（b）塔吊將鋼管柱首節吊運至底座周邊，使用吊車將鋼管柱抬起端放至混凝土底座上300 mm處，對準導向器位置后緩慢下放至底座上。調整位置后使鋼管柱與底座間保證密實（圖4）。

圖3 鋼管柱導向器安裝示意

圖4 上節鋼管柱安裝示意

（c）上節鋼管柱內填厚300 mm沙，埋設混凝土澆筑管深入沙50 mm，澆筑管Φ250 mm。鋼管柱頂板托板焊接6 根錨入筋，與頂板結構相連。最后綁扎頂板及頂板下梁鋼筋并支模板澆筑混凝土。

（d）施工完成后，對上節鋼管柱內混凝土進行剔鑿處理，剔鑿成倒鍋形，在倒鍋形最下邊邊緣處鋼管柱預留Φ15 mm混凝土澆筑觀測口，便于后期混凝土澆筑排氣。

2.3.2 下節鋼管柱的安裝

（a）在底板開挖至設計標高后，剔鑿地下連續墻墻頭部分混凝土，施工厚500 mm墊層并找平。測量放線后將鋼柱定位器安裝到相應位置，并利用施工墊層時預留的定位筋、底板元寶筋共同定位鋼柱定位器的水平及豎直位置，經過焊接使之固定，確保鋼柱定位器穩固。

（b）預先綁扎梁底鋼筋，其位置于定位器2 個法蘭盤之間，綁扎過程中盡量不觸碰鋼柱定位器。梁底鋼筋綁扎完畢后，再次復核鋼柱定位器是否移動并與設計中心重合。澆注鋼柱定位器混凝土底座，并保持鋼柱定位器上高強螺栓與設計位置重合。梁底鋼筋、定位器、混凝土底座位置如圖5所示。

（c）待混凝土底座滿足設計強度后，再次復核鋼柱定位器位置。符合要求后，利用汽車吊安裝鋼管柱柱腳部分，并使用高強螺栓緊固（圖6）。鋼管柱柱腳與混凝土底座間的縫隙用比底座混凝土高一標號的自流平砂漿填充。

（d）梁頂鋼筋共計2 排，第1排17 根，第2排12 根，綁扎梁頂鋼筋時，第1排兩側12 根主筋及第2排鋼筋加工成幾字形，兩側各6 根分別繞過鋼管柱，第1排中間5 根鋼筋雙面焊接于鋼管柱法蘭盤上，焊縫長度大于5d，底梁及底板鋼筋綁扎完成后，澆筑底板混凝土。梁頂鋼筋布置見圖7。

圖5 下節鋼管柱底部示意

圖6 高強螺栓固定下節鋼管柱

圖7 梁頂鋼筋布置示意

2.3.3 中間節鋼管柱的安裝

（a）綜合考慮安裝及焊接難易程度，待下段鋼管柱安裝完畢后，測量下段與上段鋼管柱間的凈距，根據實際測量得到的尺寸重新核定中段鋼管柱的長度，加工時中段的長度較實際空間垂直距離小10 mm，并對中段鋼管柱進行坡口切割處理。

（b）在中段鋼管柱兩側焊接吊車端運牛腿并在鋼管柱上下兩端焊接限位鋼筋，采用叉車將中段鋼管柱運至指定位置，因中間段預留空間較小，在進行安裝時要求1 名測量工及1 名信號工輔助叉車司機進行定位移動。

（c）通過經緯儀和靠尺保證3 段鋼管柱的垂直度和平整度，先用電弧焊點焊固定，再撤除叉車進行滿焊，焊接質量經探傷檢測滿足規范要求。

2.4 鋼管柱內混凝土的澆筑

（a）鋼管柱混凝土采用C50自密實混凝土，選擇高位拋落無振搗法，利用混凝土自由下落所得的重力加速度沖擊能量，使混凝土擠密，這兩者的雙重效果可以保證混凝土的密實性[9]。為減少收縮量，混凝土需加入適量的微膨脹劑。

（b）澆筑混凝土從頂板預留的空洞進行高位拋落混凝土，每根鋼管柱澆灌混凝土前先在其底部澆灌厚100～200 mm的C50水泥砂漿，以避免初灌混凝土落下時粗骨料產生彈跳現象。

（c）鋼管柱內混凝土澆灌要連續進行，間歇時間不應超過混凝土終凝時間。

3 結語

天津濱海國際機場擴建配套交通中心工程作為天津地區的超大超深基坑工程，在后起鋼管柱的施工中首次采用分節定位安裝技術，質量驗收全部通過且取得了較好的經濟效益，充分說明了此工藝在蓋挖逆作施工中的適用性。當前我國基礎設施建設，特別是城市軌道交通工程建設正大規模興起，大部分城市因地質原因綜合考慮下，首選蓋挖逆作施工方案，在主體結構設計中遇到后起鋼管柱的施工，分節定位安裝技術以其極強的優勢得以體現。