大體量一柱一樁施工的垂直度控制要點(diǎn)

顧俐格

上海市水務(wù)建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督中心站 上海 200237

1 工程概況

上海某全地下式污水廠集污水常規(guī)、深度處理、污泥干化濃縮于一體的350 m×350 m的箱體深14.3 m，局部深坑部分17.5 m。基坑采用逆作法施工，但在開挖前需先行施工支撐體系立柱。支撐體系立柱采用先插法，總數(shù)1 681根，鋼管柱截面尺寸為φ500 mm×16 mm，采用Q345B鋼材，垂直度要求為≤1/500。

2 難、特點(diǎn)分析

2.1 工期緊、體量大

本工程一柱一樁工期緊、體量大，對(duì)一柱一樁的控制管理是很大的挑戰(zhàn)。

2.2 精度要求高

本工程中的一柱一樁，既是逆作法施工過程中替代工程結(jié)構(gòu)柱的一種臨時(shí)結(jié)構(gòu)桿件，起到支撐已完成主體結(jié)構(gòu)和施工荷載的作用，鋼管柱內(nèi)灌混凝土后又是作為廠內(nèi)永久結(jié)構(gòu)的受力立柱[1]。鋼管柱長23.2 m，下部灌注樁樁徑1 000 mm，長42.0 m，鋼管插入灌注樁3.0 m，鋼筋籠安裝偏差要求在±100 mm以內(nèi)，柱與樁內(nèi)鋼筋籠的理論間隙約200 mm。傳統(tǒng)的成孔垂直度要求≤1/200，若垂直度偏差為116 mm，鋼筋籠安裝偏差為100 mm，則樁中心偏差可達(dá)216 mm，可能出現(xiàn)偏心、觸碰鋼筋籠或無法與鋼筋籠對(duì)接等情況，因此工程將垂直度控制指標(biāo)提高至≤1/500。

2.3 地質(zhì)條件不佳

該工程一柱一樁施工區(qū)域地質(zhì)除傳統(tǒng)軟黏土層外，還含有③t砂質(zhì)粉土層。該土層位于2.4～10.6 m之間，厚約4 m，在水動(dòng)力作用下，易產(chǎn)生流砂、管涌、坍塌等現(xiàn)象，在一柱一樁成孔過程中易造成坍孔，且影響后續(xù)的鋼管柱插入和高精度調(diào)垂效果[2]。

3 垂直度控制要點(diǎn)

3.1 制作樁機(jī)架設(shè)平臺(tái)

針對(duì)松軟地質(zhì)且無法硬化整個(gè)場地的情況，現(xiàn)場采用3.1 m×3.1 m（厚0.3 m）鋼筋混凝土平臺(tái)替代硬化場地，鋼筋混凝土平臺(tái)根據(jù)樁機(jī)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，中間預(yù)留鋼護(hù)筒埋設(shè)孔（圖1）。施工時(shí)先進(jìn)行樁中心定位，再放置混凝土平臺(tái)，然后將鉆機(jī)置于混凝土平臺(tái)上，確保鉆孔時(shí)的垂直度。

3.2 成孔垂直度控制

一柱一樁成孔垂直度影響著后續(xù)鋼管柱的吊放及調(diào)垂，其垂直度須滿足≤1/500的要求。因此，須加強(qiáng)設(shè)備選型、測量定位、孔壁穩(wěn)定、成孔檢測等的管理。針對(duì)該工程地質(zhì)情況及鉆孔深的特點(diǎn)，選用較為平穩(wěn)、適用于軟土地基且扭矩大的鉆進(jìn)成孔設(shè)備。成孔前用全站儀進(jìn)行樁中心定位，由監(jiān)理復(fù)測，鉆機(jī)就位后復(fù)核鉆盤中心位置是否對(duì)準(zhǔn)樁中心，并檢查鉆桿垂直度。鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格控制護(hù)壁泥漿性能，確保二次清孔后泥漿相對(duì)密度小于1.15，黏度小于28 s，含砂率不大于3%。成孔后對(duì)成孔垂直度進(jìn)行100%超聲檢測，避免成孔對(duì)后續(xù)成樁垂直度造成影響。

3.3 鋼管柱加工精度控制

鋼管柱本身的垂直度影響著一柱一樁施工成樁后的垂直度，若鋼管柱自身垂直度不滿足要求，則施工過程中存在不規(guī)則變形的可能性較大，進(jìn)而對(duì)垂直度造成影響，因此需控制鋼管柱垂直度。該工程要求鋼管柱垂直度在1/2 000以內(nèi)。施工前要求對(duì)鋼管制作廠家進(jìn)行技術(shù)交底，并在鋼管制作過程中配備駐場監(jiān)造人員，對(duì)廠內(nèi)鋼管進(jìn)行抽查。進(jìn)場鋼管需經(jīng)過驗(yàn)收，檢查外觀、尺寸并用紅外垂直度測量儀測量其垂直度，確保鋼管到場后的垂直度滿足要求。

3.4 鋼管柱吊裝測量

鋼管柱吊裝過程中的垂直度是保證垂直精度的重要因素之一，通過與檢測專家一同探討及現(xiàn)場測試后確定具體的吊裝測量方案[3]。起吊前在鋼管柱上安裝高精度的雙軸激光管樁測斜儀（圖2），每根鋼管柱安裝2個(gè)測斜儀并呈180°布置，測斜過程中對(duì)比數(shù)據(jù)，起到互相校正的作用。

圖1 預(yù)制鋼筋混凝土平臺(tái)

圖2 測斜儀安裝

用履帶吊通過吊裝孔將鋼管柱起吊至空中，使鋼管柱中心對(duì)準(zhǔn)孔口板中心，靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行測斜儀初始值的讀取，同時(shí)采用水平尺復(fù)測，確定鋼管柱是否處于近似垂直狀態(tài)。為保證起吊后的鋼管柱處于垂直狀態(tài)，吊裝時(shí)選用的2根鋼絲繩必須長短一致，吊裝孔在鋼管制作時(shí)預(yù)制，確保將鋼管柱吊起后對(duì)垂直度的影響降到最低。之后將鋼管柱沿孔口板徐徐下放至孔洞內(nèi)，如未觸碰孔口板，則表明鋼管柱垂直度及中心在可控范圍內(nèi)。待鋼管柱下放至設(shè)計(jì)位置后，由測斜儀進(jìn)行測斜，根據(jù)得出數(shù)據(jù)采用調(diào)垂裝置進(jìn)行微調(diào)，直至鋼管柱符合設(shè)計(jì)要求后將抱夾進(jìn)行固定。

3.5 調(diào)垂架設(shè)置

為更好地控制垂直度精度，選用22#H型鋼自主研發(fā)了2.2 m×2.3 m的調(diào)垂校準(zhǔn)架（簡稱調(diào)垂架），極限高度45 m，其內(nèi)部構(gòu)造由螺栓、鐵板等組成，每個(gè)預(yù)留孔均通過高精度車床加工。調(diào)垂架4個(gè)腳使用鋼管螺桿形式，確保調(diào)垂架放置后可以調(diào)節(jié)至水平狀態(tài)。在東、西、南、北方向共設(shè)4個(gè)螺桿抱夾作為調(diào)垂裝置，其中2個(gè)抱夾位于上方，抱夾上設(shè)置螺栓孔，用于固定鋼管柱一個(gè)方向的位移；另外2個(gè)抱夾設(shè)置于下方，用于固定鋼管柱另一個(gè)方向的位移。調(diào)垂架頂部增加φ530 mm孔口板，略大于鋼管柱，可在下放鋼管柱的過程中對(duì)鋼立柱垂直度進(jìn)行判斷（圖3）。

圖3 調(diào)垂架示意

鋼管柱起吊前，利用履帶吊配合安裝調(diào)垂架，調(diào)垂架先安置在鋼筋混凝土平臺(tái)上，進(jìn)行調(diào)平并采用水平尺進(jìn)行檢測，同時(shí)利用經(jīng)緯儀進(jìn)行雙向控制，確保調(diào)垂架中心與樁位軸線重合。調(diào)整好位置后，在調(diào)垂架柱腳位置硬地坪上鉆孔，安裝φ20 mm鋼膨脹螺栓將調(diào)垂架固定在硬地坪上，抱夾與鋼管柱四周接觸牢靠。調(diào)垂時(shí)不宜采用單向抱夾調(diào)垂，否則會(huì)造成鋼管柱擺動(dòng)幅度過大、中心跑偏等問題，給垂直度調(diào)節(jié)帶來困難。調(diào)垂完成后將4個(gè)方向的抱夾夾緊，調(diào)垂架與混凝土平臺(tái)用螺栓進(jìn)行固定，確保固定作業(yè)完成后，由現(xiàn)場管理人員進(jìn)行最終驗(yàn)收。

3.6 施工管理

一柱一樁的精度控制需要每道環(huán)節(jié)都嚴(yán)格把控，而如此大量的一柱一樁，更需要現(xiàn)場配備強(qiáng)大的管理力量。高峰時(shí)期現(xiàn)場有54臺(tái)樁機(jī)，現(xiàn)場將70余名一線管理人員，分成雙班制，24 h不斷地對(duì)樁位放樣、成孔施工、成孔檢測、鋼筋籠吊放、鋼管柱下放、鋼管柱調(diào)垂、混凝土澆筑等環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查，確保一柱一樁的垂直度滿足要求。

4 結(jié)語

根據(jù)該工程開挖后一柱一樁的檢測情況，1 681根一柱一樁垂直度≤1/500的比例達(dá)98%，垂直度控制達(dá)到了較好的效果。一柱一樁作為逆作法結(jié)構(gòu)關(guān)鍵的豎向支承系統(tǒng)，其鋼管柱的垂直度控制一直是施工中質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文通過實(shí)例闡述了大體量一柱一樁的垂直度控制要點(diǎn)，可為今后類似工程施工提供參考和借鑒。