逆作法深基坑工程中雙鋼管立柱應用

谷彥霖GU Yan-lin；王國梁WANG Guo-liang

（①中建七局總承包公司，鄭州 450000；②鄭州市工程質量監督站鄭州經濟技術開發區分站，鄭州 450000）

0 引言

常規的深基坑施工主要是采取敞開式方式進行，先要通過支護結構進行圍護之后垂直開挖，或者采取大放坡開挖到設計標高之后進行鋼筋混凝土澆筑，然后按照從下到上的順序進行結構施工，最后才能夠進行地上結構施工，此種施工方式需要消耗大量時間。而逆作法則先順著建筑物基坑軸線進行連續墻、支護樁等施工，同時按照設計支撐圖在建筑物內位置澆筑或者進行中間支撐樁施工。可以將首層的梁板作為地下連續墻的首道支撐，之后逐層向下開挖土方和施工地下各層結構，直至底板封底，能夠節省大量施工時間。對于逆作法深基坑工程來說，最主要的內容之一就是立柱樁的施工和控制。一般情況下立柱樁往往采用單鋼管立柱或者格構柱的方式，這些方式的安裝定位方式已較為成熟。但是在深基坑工程中對于鋼立柱進行精準定位始終是施工控制難點，具體應用中很難對其進行控制[1]。針對此，本文提出逆作法深基坑工程中雙鋼管立柱的施工方式。此種技術主要是通過雙鋼管立柱當作內支撐立柱和永久結構柱來應用，在灌注樁作業期間應當確保雙鋼管立柱同步下移，為此應當嚴控雙鋼管立柱作業。為保證雙鋼管立柱裝設的精準度，可依托“專業的激光傾斜儀、定位架”加以管控。此外，運用先插法、調控泥漿配制比的方法進行雙鋼管立柱裝設以確保雙鋼管作業效果。

1 案例工程概況

廣東省珠海市橫琴新區的IDG 中心項目是深基坑項目，整體而言，基坑周長大概在506m 左右，基坑的規模達到1.7328m2，挖掘深度處于17mm-20m 區間。此基坑項目使用逆作法作業，基坑主體架構采用的是“三道混凝土內撐板支護和鋼筋混凝土地下持續強融合”的方式，把基坑當做重要的1 級安全級別。此基坑工程位于塔樓內，把雙鋼管內支撐柱當做重要的永恒性架構柱。按照該工程的具體規模設定11 根雙鋼管立柱樁，雙鋼管的直徑分別為700mm、800mm，總體長度在22.75m。樁的長度在38-45m，樁徑在2400-2600mm 范圍內，雙鋼管立柱嵌入到樁內部約1.5m，成孔深度在70m 左右。施工區域存在著非常厚的塑狀淤泥，平均厚度即16m[2]。

2 雙鋼管立柱技術的創新點

2.1 制作雙鋼管立柱

為了確保現場的有效施工，在加工廠完成鋼管立柱的預制加工，要確保鋼管制作滿足設計以及施工標準規范。特別注意的是，在雙鋼管對接加工過程中一定要確保加工焊接平臺的水平度，避免引發對接之后鋼管發生偏斜。為了確保雙鋼管的穩定性，鋼管之間要通過Q345B 的鋼板將雙面進行連接，上下管口要通過同樣管徑的鋼板將其密封，可以通過內襯管對接鋼管接長。為了確保良好的垂直度，要確保鋼管立柱延長到立柱頂標高到地面之上3.5m的位置，可以在預制場將對接鋼管加工成整體，具體情況如圖1 所示。

圖1 雙鋼管立柱加工制作調節

2.2 雙鋼管立柱定位調節支架安裝與定位

為了提升雙鋼管立柱的精準性，還要求在混凝土平臺上對定位調控支架點位實施測量放樣，同時通過合適材料完成好標記工作。一旦標記完成后，就要把雙鋼管定位調節支架吊裝至混凝土平臺之上，確保其和測量放樣標志重合，之后對定位調節支架進行調節，通過水平尺對雙鋼管定位調節支架的平整性進行測量，要保證其偏差＜5mm，如果偏差過大就要應用鋼墊板對其予以調控，保證他們能夠達到平整度的既定標準。在調控完支架之后，相關人員還需要利用M20 膨脹螺栓對定位調控支架進行固定，確保其牢固安裝到混凝土平臺上，如圖2 所示。

圖2 定位平臺硬化處理情況

2.3 雙鋼管立柱的吊裝

如圖3 是雙鋼管立柱的吊裝施工現場圖，為方便精準吊裝，在工廠加工雙鋼管立柱的時候能夠在前端與后端配置接收板與激光調直儀，在進行吊裝施工以前先對立柱進行調整。在實操時，在1 根鋼管上安裝接收板和固定激光傾斜儀，應當確保兩者的中心位置重合，也就是讓雙鋼管中心線、激光對中線呈現平行狀態，借助激光對中線的傾斜水平能夠了解雙鋼管立柱是否豎直。在鋼管立柱進到孔中時，應當使用經緯儀、水平靠尺等儀器調節鋼管樁豎直度，避免其超差。完成鋼管立柱的安裝之后，要按照儀器所顯示的傾斜度來調整立柱的垂直度（確保偏差取值范圍＜3‰）。鋼管立柱樁吊裝過程中一定要確保定位的準確性，要控制樁位中線和鋼管立柱樁中線誤差＜5mm。

圖3 雙鋼管立柱吊裝施工現場

2.4 雙鋼管立柱的調節和固定

第一，完成雙鋼管下放之后要利用傾斜設備的顯示儀來展現雙鋼管各個方向的垂直性，同時也要在定位調節支架測放點位利用十字線來對樁位的情況進行復檢。要對鋼管立柱的狀態進行實時監測，一旦立柱產生偏斜，便會出現角度方面的問題。

第二，如果雙鋼管出現較大的偏斜，此時就需要予以調控。在調節期間，一般要使用定位調節支架上的千斤頂進行多個角度的調節，保證千斤頂頂實。實際上，還應當依據工況的現實狀況、反饋數據判斷偏差位置，將此作為前提，以此為基礎來調節支架千斤頂，一定要確保激光傾斜儀，實時控制位移讀數x、y 軸偏差，保證其契合工程規范。

第三，雙鋼管充分調整以后有關人員可利用四塊規格為200cm×200cm×20cm 的三角板，將雙鋼管牢固固定在定位調節架上。

3 施工工藝流程與操作要點

3.1 工藝流程分析

不同工程中逆作法深基坑工程雙鋼管立柱的施工工藝有所差異，但是總體工藝按照如下流程實施：

測量放樣—埋設鋼護筒—硬化定位平臺混凝土—鉆機成孔—清孔—進行鋼筋籠的制作—鋼筋籠的吊裝—裝配定位架—制作和吊裝雙鋼管的—雙鋼管的定位調節和穩固—二次清孔—澆筑水下混凝土—定位復測。

3.2 施工具體操作

第一，測量定位。現場施工過程中一定要根據施工圖的要求進行控制點導線的測放，先要通過全站儀對立柱樁位點進行精準測量，之后通過木樁或者短鋼筋對其進行定位，并且通過復測來避免超差。最后要利用十字交叉法將其引到護筒周邊并做好樁點保護，控制樁位誤差＜100mm。

第二，護筒安裝施工。應當依照樁位點位要求實施護筒作業，所使用護筒的直徑長于20cm，并且要確保護筒高度超過3m。護筒放入之后要對坑內樁位點實施再次測量，特別是對于護筒的位置度、垂直度要重點檢測，合格后對其進行固定，最后通過黏性土將護筒和孔壁的縫隙填充密實，從而保證護筒位置的準確性[3]。

第三，平臺硬化。鋼護筒的精準設置完畢以后，應當利用磚渣替換護筒周圍地面以上50cm 的土層，之后利用標號為C30 混凝土對周圍場所加以硬化處置。為了保證平臺具有足夠的硬度，要在混凝土內部設置雙層φ12@250×250 的鋼筋網，同時控制混凝土的厚度在400mm，要控制施工完成后硬化場地平整度偏差＜10mm。

第四，超厚淤泥地質成孔作業。這一項目所在地中出現了較為明顯的超厚流塑狀淤泥，為了確保樁施工的質量要控制成孔深度在65m 以上，施工過程中要重點關注如下幾方面：

①針對泥漿指標予以調配。對于較厚的淤泥地質，此時就要設置一定的泥漿，從而確保孔壁的穩定性。按照本工程的具體情況，經過試驗之后確定泥漿指標即密度1.15-1.30g/m3，黏度25-35s，含砂率5%，pH 值8-9。

②充分利用沖挖結合技術。這一項目所采取的雙鋼管立柱相對比較大，并且樁的分布密度較高，同時需要深入到巖層當中，若僅僅是利用沖樁機，那么成孔的效率很低。而倘若采用旋挖鉆機成孔，那么就要繼續加長鉆桿，同時也要增加其他的機械設備。按照工程的具體情況綜合兩種成孔機械進行施工，對于上部土層采用旋挖鉆機施工，下部巖層采用沖樁機施工，通過此種方式不但能夠減小成孔時間、減少設備投入，同時也能夠減小淤泥區域孔壁縮頸以及坍塌的可能性，提升成孔的質量。

鉆進時要特別關注土層和巖層的變化情況，一旦發生變化則要在土層變化位置取樣進行檢驗，參照前期的勘察報告確定土層情況，將其完整地登記進現場記錄表內，然后再對比地質剖面圖。在實際鉆孔過程中，相關人員還需要及時監控各個流程，尤其是要在實施過程中開始進行動態監控，特別是要對泥漿比例、黏度、砂率等數據進行判定，一旦出現異樣，就要求在第一時間內予以調控。

第五，清孔。立柱樁施工要完成兩次清孔，其一就是在成孔之后完成清孔，接著就是在安裝雙鋼管樁之后完成清孔工作。實際操作時要利用泥漿置換的方式完成清孔，把導管下滲至間隔孔底80-100mm 的方位，接著再繼續往孔內部輸入循環泥漿，利用泥漿獎樁孔內部懸浮的泥渣替換出來，直到孔底沉渣全部清理完成[4]。

第六，加工和安裝鋼筋籠。為加快項目建設進度，另外在作業現場進行鋼筋籠的加工。加工鋼筋籠過程中應當嚴格遵守設計標準和有關規則、章程，同時對鋼筋尺寸、焊接程度、數目等進行嚴控，保證加工偏差控制在可接收范圍。在制作完鋼筋籠以后，應當對其分節安裝，并且在孔口位置進行焊接，最后的一節鋼筋籠中軸位置的2 根對稱主筋的上半部分和吊筋相連，應當依據樁頂高度、孔口高度對吊筋直徑進行估計，安裝工作完畢后，應當對吊筋進行固定[5]。

第七，鋼管立柱吊裝、定位、調控及穩固。

①雙鋼管立柱吊裝轉場。要將雙鋼管立柱吊點設定在鋼管立柱上部和兩邊，在雙鋼管吊點處套好鋼絲繩進行吊裝轉場，為了保證吊裝的穩定性，相關人員還需要通過兩點起吊的方法，依托吊車將雙鋼管立柱移動到樁孔臨近位置。

②吊裝入孔。把位于雙鋼管尾部的激光接收板移走，有效運用吊車，將雙鋼管下放到孔口位置，有關人員應當在將其和定位調節架口對準以后逐漸下放，在下放期間，還需要充分調動水平靠尺、全站儀等設備監測點位、垂直度等指標，確保其始終控制在標準范圍內，一直到雙鋼管下降到指定高度后為止。應參考裸露長度大概在1m 的雙鋼管進行位置、豎直度的判斷，下放到既定位置之后，有效使用三角板，以焊接的方式將雙鋼管固定于支架恰當位置。

第八，先插法管外澆筑水下混凝土。上述工序已經對雙鋼管的兩端進行了密封，所以管體內部屬于空洞情況。為此，有關人員應當在雙鋼管立柱下降施工過程中，增強關注度。下降期間樁孔內的泥漿便對鋼管形成一定的承載力，這種承載力不可小覷，嚴重情況下容易引發鋼管上浮。根據既定測驗表明，在泥漿含量保持在每立方厘米1.15-1.20g 的情況下，一般不會出現雙鋼管上浮的問題，如果每立方厘米的泥漿含量高于1.20g，會增大雙鋼管向上浮起的概率[6]。所以在二次清孔的過程中，相關人員還需要將泥漿含量控制在每立方厘米1.15-1.20g 之間，這種情況下便可以確保水下混凝土澆灌活動順暢進行。

對于雙鋼管樁，施工人員應該運用先插法進行混凝土澆灌作業，重點使用規格為φ300mm 的混凝土導管實施導入操作，混凝土型號為C40，具體而言，坍落度管控在18到22cm 之間。動工之前應當認真核查孔的深度、沉渣厚度、導管封閉性，應當把導管設立在和孔底存在30 到50cm 范圍內。在前期灌注的過程中，相關人員要及時把控灌注量，防止出現泥漿回流的問題。在混凝土澆筑期間，相關人員要把導管埋入至混凝土內部2-8m 的深度，在混凝土澆筑到鋼筋籠底部時需要減緩混凝土入管速度，從而降低混凝土對于鋼筋籠的影響，避免鋼筋籠發生上浮的情況[7]。

4 結束語

綜上所述，逆作法施工技術作為保護基坑和周邊建筑物安全的重要方法之一，與傳統的正作法施工工藝存在很大差異。隨著城市化進程不斷加快，城市內可以利用的土地資源日漸稀少，基坑開挖時也逐漸呈現出深度大、規模大，對環境要求高的特點。在核心城區進行深基坑開挖工程時，需要考慮到工程影響范圍內的地下建筑及管線等，導致資金成本壓力大、工期緊張。而逆作法對周邊環境影響小，工藝先進、原理簡單，同時經濟和社會效益明顯，因其能夠相對輕松地解決對位移十分敏感的地下結構帶來的問題，近年來得到了廣泛的應用。

為了進一步明確雙鋼管立柱，裝配垂直度，采用高精度裝配技術，將垂直度把控在2.5‰中。在完成基坑掘進以后，應當再次測量所有的雙鋼管立柱，確定鋼管立柱豎直度差值位于1.5%-2.8%之間，滿足施工標準規范。通過此技術的應用有效解決了逆作法深基坑工程施工難題，大大縮短了施工工期，節約了建筑結構空間，能夠為此類工程提供相應的參考，具有較好的經濟和社會效益。