逆作法施工中地下鋼管柱專項(xiàng)方案分析

蔣神龍 侯海泉 陳天宇

1. 江蘇中南建筑產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 海門 226124；2. 如東縣房屋征收管理辦公室 如東 226400

1 工程概況

天津富力中心工程位于天津市核心區(qū)，占地面積9 588.1 m2，總建筑面積18 萬m2，場地極度狹小，建筑邊緣距市政人行道最小距離不到1 000 mm。工程采用了筒體先施工，地下車庫后施工，地上主體同時順作的工藝，即完成基礎(chǔ)底板時，上部主體結(jié)構(gòu)施工至25層左右。作為主要豎向承載構(gòu)件，結(jié)構(gòu)柱為Φ1 200 mm鋼管柱共計(jì)88 根。工藝要求施工樁基時，同時完成地下室鋼管柱的施工，鋼管柱用來支撐地下室的結(jié)構(gòu)、作為結(jié)構(gòu)柱，才能保證向上正常的主體結(jié)構(gòu)施工。

2 專項(xiàng)施工工藝分析[1-7]

2.1 專項(xiàng)施工工藝介紹

分別對氣囊法、微型液壓頂法、“一點(diǎn)定位法”以及“兩點(diǎn)定位法” 等工藝進(jìn)行了方案比較，從其安全性、適用性、可靠性以及定位精度等多方位的比較，擬定采用“兩點(diǎn)定位法”，其施工節(jié)點(diǎn)作法見圖1。該工藝即工程樁施工時直接插鋼管柱的工藝，通過地面的調(diào)節(jié)設(shè)備調(diào)整鋼管的垂直度，使用科學(xué)的檢測手段進(jìn)行驗(yàn)收，進(jìn)行水下混凝土澆注，以滿足鋼管柱的設(shè)計(jì)要求。

2.2 工藝流程

樁定位平臺→柱位樁成孔→擠擴(kuò)支盤施工→定位鋼架安裝→下鋼筋籠→下鋼管柱→校正鋼管柱的軸線位置和垂直度→澆筑水下混凝土到鋼管樁頂

圖1 “兩點(diǎn)定位法”施工節(jié)點(diǎn)

2.3 樁定位平臺

樁定位平臺使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其主要作用是樁施工的平臺和鋼管柱校正的設(shè)施之一。平臺厚2 000 mm，C30混凝土，寬為樁徑外1 500 mm，平臺中心留設(shè)大于樁徑100 mm的圓孔，設(shè)置3 層雙向Φ18 mm鋼筋平臺上預(yù)埋定位埋件，混凝土澆筑后，分層夯實(shí)到地貌標(biāo)高，樁樁定位平臺如圖2所示。

2.4 定位施工

（a）混凝土樁定位平臺完成后，放出樁的中心線，在混凝土平面上彈出樁的十字線，在預(yù)留樁孔邊上抄設(shè)出標(biāo)高，作為樁柱施工過程中的定位和標(biāo)高控制的依據(jù)。

（b）為了確保鋼管柱的有限校正，在鋼管下放時，與鋼筋籠不能連接。

（c）鋼管下放到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，使用鋼架上下兩端的8 個調(diào)節(jié)裝置校正鋼管柱的位置和垂直度，確保鋼管柱滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

圖2 樁樁定位平臺示意

（d）按照設(shè)計(jì)要求，工程樁混凝土強(qiáng)度等級為C40，鋼管柱的混凝土強(qiáng)度等級為C70。使用泵車從操作平臺上向下澆筑水下混凝土，先C40后C70，連續(xù)一次澆筑到頂。

3 技術(shù)難題的分析與解決

3.1 大直徑鋼管下插小直徑樁的問題

本工程的工程樁Φ1 000 mm，結(jié)構(gòu)鋼管柱Φ1 200 mm。基礎(chǔ)底板完成后，該處有多根工程樁承臺，屬于群樁，但在逆施階段，鋼管所在的樁獨(dú)立承載，屬于單樁單柱。考慮結(jié)構(gòu)受力情況和樁柱施工垂直度要求的不同，通過樁頭擴(kuò)大的方式給予解決，即樁頂標(biāo)高向下6 000 mm范圍樁徑擴(kuò)大為1 650 mm，鋼管柱下插樁4 000 mm。施工時，擴(kuò)大頭向上成孔直徑為1 650 mm，成孔質(zhì)量要求為1/200，在柱底標(biāo)高處的垂直度小于130 mm，能滿足鋼管柱下插后自由的校正擺動。擴(kuò)大樁頭不但解決了大柱小樁的連接難題，同時解決了單樁樁頭承載力偏低的不足，使逆施階段結(jié)構(gòu)安全得到進(jìn)一步保證。

3.2 鋼管下插垂直度控制和調(diào)整

鋼管下插后，通過安裝在地面鋼架上的調(diào)節(jié)千斤頂，調(diào)節(jié)延伸地面3 000 mm的鋼管柱，使之伸出的鋼管中心位置和垂直度滿足規(guī)范要求。利用“兩點(diǎn)確定一條直線和誤差遞增”的原理，推算出樁底垂直位移情況。垂直度控制值與設(shè)計(jì)允許值之間的差值（2 mm）作為其他不定因素的預(yù)留。通過進(jìn)行理論分析，在鋼管柱上端可校正段的高度為+3 m的情況下，在±0.00 m標(biāo)高處的初始偏差逐漸增大，偏差值與其成正比增加。

3.3 鋼管垂直度的檢測

這是本工藝的關(guān)鍵點(diǎn)之一，鋼管柱混凝土澆筑前，必須對地下鋼管柱的垂直度進(jìn)行檢測和矯正。結(jié)合水下檢測和鋼管的特點(diǎn)，利用超聲波發(fā)射的原理，選用DM-604系列鉆孔監(jiān)測儀，來實(shí)現(xiàn)精確測量需要。DM-604提供清晰的鉆孔記錄，甚至在高密度泥漿的惡劣應(yīng)用中，也一樣清晰，且X-X’和Y-Y’的測量可以同時進(jìn)行。

為了得到清晰的邊界圖像，滿足測量精度要求，泥漿比重應(yīng)小于1.10，有固定的操作平臺，不小于3 000 mm×3 000 mm。施工時，若檢測結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求后，固定鋼管柱，進(jìn)行水下混凝土的澆筑；若滿足不了設(shè)計(jì)要求，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)的偏移方向和偏移量進(jìn)行矯正鋼管，直至滿足規(guī)定值。根據(jù)工程的情況，在地面上進(jìn)行了一次模擬檢測試驗(yàn)，選用同條件長25 m、Φ1 200 mm的鋼管，內(nèi)注滿相對密度為1.20的泥漿，進(jìn)行了垂直度的檢測，其檢測值與全站儀檢測結(jié)果進(jìn)行比較，基本吻合。

3.4 不同強(qiáng)度等級水下混凝土一次澆筑的質(zhì)量控制

地下的工程樁混凝土強(qiáng)度等級為C40，鋼管柱混凝土強(qiáng)度等級為C70，均采取水下混凝土澆筑，連續(xù)一次到頂?shù)氖┕すに嚒?/p>

根據(jù)水下混凝土澆筑時第一次下灌料在上泛過程中保持部分到頂?shù)奶匦裕约翱紤]到兩種混凝土截面的轉(zhuǎn)變問題，確定首灌5～6 m3混凝土采用C70。C40混凝土的充盈系數(shù)考慮為1，兩種混凝土的交接面確定在擴(kuò)大頭處，擴(kuò)大頭部分的混凝土考慮為C70混凝土。

3.5 高強(qiáng)度自密實(shí)水下混凝土施工技術(shù)

由于本工程對混凝土技術(shù)性能及混凝土與管壁的粘接密實(shí)性要求比較嚴(yán)，為驗(yàn)證配合比，進(jìn)行了C70混凝土施工性能的實(shí)體驗(yàn)證，確定配比如表1所示。

表1 混凝土配比

4 結(jié)語

本著節(jié)約成本、控制造價、技術(shù)創(chuàng)新、安全可靠、施工可行的原則對本工程鋼管柱施工工藝進(jìn)行確定。通過各種模擬驗(yàn)證，對比各種工藝，參照成熟經(jīng)驗(yàn)，借鑒專家意見，調(diào)整設(shè)計(jì)，雖然對施工工藝進(jìn)行優(yōu)化、確定，但仍需要在施工過程中不斷完善，對逆作法中的各種工藝進(jìn)行進(jìn)一步探索。