大直徑高精度后插法逆作柱施工垂直度控制

王丙輝

（北京城建集團有限責(zé)任公司，北京 100088）

0 引言

建筑工程逆作法施工主要應(yīng)用于周邊環(huán)境復(fù)雜、不具備明挖順做施工條件的工程，逆作結(jié)構(gòu)施工時，先施工豎向立柱，用以支撐逆作階段的各層水平結(jié)構(gòu)，豎向立柱可以是臨時立柱，也可以永臨結(jié)合。臨時立柱需在逆作結(jié)構(gòu)形成完整、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系后拆除；而永臨結(jié)合立柱，即是逆作結(jié)構(gòu)施工時各層水平結(jié)構(gòu)的支撐立柱，也是主體豎向結(jié)構(gòu)的一部分。根據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范JGJ 432－2018《建筑工程逆作法技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，豎向支撐立柱垂直度允許偏差為 1/300，施工精度比較容易實現(xiàn)，尤其是對于臨時立柱，即便出現(xiàn)較大施工偏差時，還可以采取其他補救措施，而本工程逆作柱為永臨結(jié)合立柱，為滿足國鐵列車限界要求，逆作柱垂直度設(shè)計允許偏差≤1/1 000，設(shè)計精度遠高于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，同時也高于一般逆作工程立柱的精度要求［1-6］。本文結(jié)合工程實例，在高精度逆作樁柱施工過程中不斷改進不足、總結(jié)經(jīng)驗，以期為類似工程提供可借鑒的成功經(jīng)驗。

1 工程概況

北京城市副中心站綜合交通樞紐工程位于通州區(qū)楊坨地區(qū)，北側(cè)緊鄰正在運營的京哈鐵路，其 02 標(biāo)段西咽喉區(qū)基坑長度為 358.09 m，寬度為 190.20 m，為地下三層結(jié)構(gòu)，其中 B3 層為國鐵軌行層，是鐵路列車進出站的咽喉區(qū)。

1.1 逆作樁柱設(shè)計概況

02 標(biāo)段西咽喉區(qū) B3 層頂板及以下采用蓋挖逆作法施工，B3 層頂板以上結(jié)構(gòu)采用順做法施工，該工程共設(shè)計有 283 顆逆作樁柱，均為一樁一柱結(jié)構(gòu)，采用后插法施工，其即是逆作結(jié)構(gòu)施工階段的臨時支撐立柱，也是主體結(jié)構(gòu)正式框架柱，逆作樁柱的設(shè)計參數(shù)如表1 所示。

表1 逆作樁柱設(shè)計參數(shù)

由于基礎(chǔ)底板整體由東向西有 17 ‰ 的坡度，使得樁頂標(biāo)高由東向西逐漸降低為 -37.96～-34.067 m 不等；逆作柱的柱頂標(biāo)高至 B2 層頂板結(jié)構(gòu)梁底，標(biāo)高為 -13.70～-13.10 m 不等，逆作柱長度為 26.85～30.89 m 不等，采用 40 mm 厚 Q345GJC 鋼板卷制焊接而成。逆作樁柱設(shè)計精度如表2 所示，典型結(jié)構(gòu)剖面如圖1 所示。

圖1 典型結(jié)構(gòu)剖面圖

表2 逆作樁柱設(shè)計精度

1.2 地質(zhì)概況

該工程 02 標(biāo)段西咽喉區(qū)土層劃分為人工堆積層、新近沉積層及第四紀(jì)沉積層三大類。

人工堆積層:以雜填土為主，土質(zhì)不均、工程性質(zhì)差，厚度為 1.5～5.4 m。

新近沉積層及第四紀(jì)沉積層:細砂、中砂層與黏土層交替出現(xiàn)，以細砂、中砂層為主，局部夾雜有機質(zhì)黏土等不良地質(zhì)。

結(jié)構(gòu)底板主要位于細砂、中砂層，局部位于黏土層，樁底全部位于細砂、中砂層。

施工深度影響范圍內(nèi)有一層潛水，水位標(biāo)高約為-11.50 m；兩層承壓水，最高水頭標(biāo)高 -13.25 m。

2 施工工藝

后插法逆作樁柱施工工藝流程:樁孔測量定位→旋挖鉆機就位、引孔→埋設(shè)鋼護筒→成孔至設(shè)計標(biāo)高→鋼筋籠安裝→安裝導(dǎo)管→灌注樁身混凝土→復(fù)測放樁位中心→插柱機對中就位→鋼管柱吊裝、就位、插柱施工→柱身周圍空孔回填→切割工具節(jié)、移除插柱機→澆筑鋼管內(nèi)混凝土→封閉鋼管柱→柱頂標(biāo)高以上空孔回填。

該工程原始地坪標(biāo)高 -1.90～-1.00 m，由于表層雜填土工程性質(zhì)差，故先挖除表層土至標(biāo)高 -9.93 m，在此標(biāo)高施做逆作樁柱，同時可以減少空孔長度，有利于控制施工精度。

由于逆作樁柱施工所使用機械較多，且均為大型機械，同時逆作樁成孔采用泥漿護壁，為保證施工作業(yè)面穩(wěn)定，使用 200 mm 厚 C20 混凝土將作業(yè)面全部硬化。

2.1 逆作樁施工

逆作樁成孔機械為德國產(chǎn)旋挖鉆機 BG40，能滿足該工程對成孔深度、直徑以及垂直度等的要求，成孔后，采用超聲波檢測儀檢查成孔垂直度、直徑以及沉渣厚度，檢查合格后下放鋼筋籠。

由于逆作柱的吊裝、植入施工需要時間較長，無法在普通水下混凝土的初凝時間內(nèi)完成該施工過程，故樁身混凝土需采用超緩凝混凝土，混凝土的初凝時間為72 h。

2.2 逆作柱加工、拼裝

逆作柱由柱身和可周轉(zhuǎn)使用的工具柱兩部分組成，柱身及工具柱均在工廠加工，綜合考慮逆作柱的運輸及拼裝，柱身分兩段加工，工具柱按整柱加工，運至現(xiàn)場后再進行拼裝如圖2 所示。

圖2 柱身及工具柱拼裝示意圖

逆作柱柱頂標(biāo)高低于施工作業(yè)面標(biāo)高 3.0 m 左右，植柱機高度約為 5 m，為便于逆作柱植入施工需在柱頂以上加裝工具柱，工具柱長度 9 m，采用 35 mm 厚 Q235B 鋼板卷制而成。

工具柱外徑與柱身相同，通過內(nèi)襯管與柱身連接，如圖3 所示，逆作柱植入施工完成后，將內(nèi)襯管割斷，工具柱經(jīng)打磨修整后周轉(zhuǎn)至下一顆逆作柱使用。

圖3 工具柱與柱身連接示意圖

2.3 逆作柱植入施工

樁身混凝土澆筑完成后，將樁孔周圍清理干凈后，將插柱機吊裝就位、對中，然后采用雙機抬吊起吊拼裝好的逆作柱，逆作柱在完成空中轉(zhuǎn)體后由主吊將逆作柱運送至孔口、對中后，從孔口下放如圖4 所示。

圖4 逆作柱吊裝就位示意圖

逆作柱下放至柱底接近樁頂混凝土液面，由插柱機抱緊逆作柱，在插柱機自身調(diào)垂控制系統(tǒng)和全站儀或經(jīng)緯儀的雙重控制下進行逆作柱植入施工，逆作柱植入至設(shè)計標(biāo)高后，由插柱機抱緊逆作柱，插柱施工完成。

插柱完成 24 h 后用碎石回填柱周空孔至柱頂標(biāo)高以下 500 mm，72 h 后將工具柱切除，移除插柱機后，澆筑柱身內(nèi)自密實混凝土，采用鋼板封閉柱頂，防止異物落入柱內(nèi)，最后用回填柱頂標(biāo)高以上空孔至施工作業(yè)面標(biāo)高。

3 施工精度控制措施

通過對逆作樁柱施工工藝分析可知，測量工作貫穿于逆作樁柱施工全過程，是能否保證逆作柱施工精度的決定性因素；逆作樁的成孔垂直度，是能否保證逆作柱施工精度的前提條件之一；鋼管的加工、拼裝精度是能否保證逆作柱施工精度的另一個前提條件；而鋼管柱插入施工的過程控制是保證逆作柱施工精度的最后一步。樁身混凝土澆筑基本不影響逆作樁柱施工精度，但應(yīng)注意控制混凝土量，做到不欠缺不浪費。

3.1 測量控制

逆作樁柱定位測量采用全站儀進行三維坐標(biāo)放樣法，標(biāo)高采用水準(zhǔn)儀進行抄測。逆作樁柱正式施工前應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，并制定切實可行的測量管控程序。逆作樁柱施工全過程，采取科學(xué)的測控方法，嚴(yán)控測量控制程序，并通過多重校核的方法，保證測量精度。

施工前準(zhǔn)備。主要工作為提取樁柱坐標(biāo)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計樁長、計算樁頂標(biāo)高、柱頂標(biāo)高、柱長等相關(guān)數(shù)據(jù)，此階段由參建的專業(yè)分包及總承包各自獨立提取或計算，然后各方校核無誤后簽字確認(rèn)。同時將所用到的測量儀器送有資質(zhì)的檢測單位進行鑒定，鑒定合格才能使用，并確保儀器始終處于鑒定有效期內(nèi)。

測量程序。孔中心采用全站儀進行定位放樣和復(fù)核，先由專業(yè)分包單位進行放樣，再由總包單位測量人員復(fù)核，復(fù)核合格后報監(jiān)理測量人員驗收，監(jiān)理驗收合格后進入下一道工序。放樣和復(fù)核時使用不同的全站儀，在驗收的同時對儀器進行校驗。

逆作樁柱施工全過程測量控制可分為樁孔測量控制、鋼管柱拼裝測量控制、插柱前測量準(zhǔn)備以及插柱過程測量控制（見圖5）。

圖5 逆作樁柱測量控制

樁孔定位測量、鋼管柱拼裝測量控制、插柱前測量準(zhǔn)備、插柱過程測量控制均根據(jù)施工前由各方簽字確認(rèn)的相關(guān)數(shù)據(jù)進行測量控制，并通過嚴(yán)格執(zhí)行施工前制定的測量程序杜絕人為失誤和測量儀器誤差。

3.2 樁孔垂直度控制

本工程一體化樁柱施工的逆作樁為泥漿護壁灌注樁，其成孔垂直度允許偏差僅為 1/600，插柱時鋼管柱是在樁孔內(nèi)調(diào)節(jié)位置及垂直度，故逆作樁成孔垂直度不但會影響逆作柱的垂直度控制，還決定了逆作柱能否精確定位。

灌注樁成孔作業(yè)采用全回轉(zhuǎn)套桿鉆機，機械和司機對成孔精度有決定性的影響，故應(yīng)選用工況良好的機械、經(jīng)驗豐富的駕駛員，并在開鉆前對駕駛員進行交底、培訓(xùn)。鉆機就位后，利用鉆機自身的水平、垂直調(diào)整裝置，調(diào)整鉆機水平度和鉆桿的垂直度，然后利用經(jīng)緯儀或全站儀調(diào)校鉆桿垂直度，保證鉆桿垂直度＜1/600。將鉆桿中心與樁位中心對齊，偏差＜20 mm。然后由駕駛員在操作室內(nèi)對鉆機的水平度、垂直度、中心位置進行鎖定。在鉆機達到最佳狀態(tài)后，開始引孔作業(yè)。

護筒埋設(shè)完成除復(fù)測樁孔中心位置外，還應(yīng)檢測護筒埋設(shè)垂直度是否符合要求，因為樁孔頂部的護筒不只有防止孔口上部土體坍塌的作用，還在鉆機成孔掘進過程中起到導(dǎo)向作用。

在成孔掘進過程中隨時檢測成孔垂直度，檢測次數(shù)不少于 3 次，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，隨時調(diào)整鉆機的掘進速度、鉆機液壓系統(tǒng)對鉆桿施加的應(yīng)力，以實現(xiàn)控制成孔垂直度的目的。樁孔掘進至設(shè)計標(biāo)高后，采用超聲波檢測儀對成孔深度、孔徑、垂直度等進行檢測，檢測合格后才能進行下一道工序施工。

目的基因序列參考SN/T 1202-2010《食品中轉(zhuǎn)基因植物成分定性 PCR檢測方法》[19]，大豆內(nèi)源基因Lectin作為內(nèi)標(biāo)。具體引物探針序列見表1。

3.3 鋼管柱加工、拼裝精度控制

鋼管柱在插柱施工過程中的垂直度控制是“以短控長”，而且鋼管柱的拼裝誤差與鋼管柱的插柱誤差并不是簡單的疊加，而是成倍放大，故鋼管柱的加工、拼裝精度也是影響插柱施工精度的關(guān)鍵因素。

鋼管柱加工通過選用過硬的廠家來加工鋼管柱節(jié)段及工具柱，并向工廠派駐經(jīng)驗豐富的負責(zé)人，對加工全過程進行監(jiān)督、檢查來確保鋼管柱節(jié)段及工具柱的加工精度。

鋼管柱拼裝通過對加工場地硬化、選用合適的臺架、科學(xué)合理的測量控制方法，多措并舉來保證鋼管柱拼裝精度。半成品鋼管柱及工具柱進場后全部放置在臺架上。當(dāng)鋼管柱無變徑時，采用水準(zhǔn)儀抄測臺架頂標(biāo)高，通過調(diào)節(jié)臺架橫梁下的可調(diào)螺桿，使臺架橫梁處于同一標(biāo)高上；而當(dāng)鋼管柱有變徑情況時，則通過調(diào)整臺架橫梁高度，使柱中心線處于同一標(biāo)高上。在調(diào)整橫梁標(biāo)高時，應(yīng)同時調(diào)節(jié)橫梁兩端的可調(diào)螺桿，必須保證橫梁處于水平狀態(tài)，鋼管柱拼裝臺架如圖2 所示。

鋼管柱的拼裝精度通過柱身頂部和側(cè)面兩個方向進行控制，臺架橫梁標(biāo)高調(diào)整完畢后，柱身頂部采用水準(zhǔn)儀，通過標(biāo)高控制，柱身側(cè)面通過拉線、尺量控制。鋼管柱調(diào)整完畢后，鋼管柱節(jié)段間、鋼管柱與工具柱間連接焊口先用連接板連接固定，固定后復(fù)測鋼管柱垂直度，復(fù)測合格后，進行焊口焊接作業(yè)。為防止焊接變形，焊接時采用對稱焊法，由兩名焊工同時對稱施焊，先焊對接焊縫的立焊縫，后焊對接焊縫的平焊和仰焊縫。

焊接完成后，對鋼管柱節(jié)段間對接焊縫進行無損檢測，檢測合格后進行吊裝作業(yè)，拼裝完成的鋼管柱吊裝采用雙機抬吊，起吊過程應(yīng)平穩(wěn)、緩慢，防止吊機施加應(yīng)力過猛，使柱身發(fā)生不可逆的彎曲變形，鋼管柱完成孔樁轉(zhuǎn)體、摘除副吊掛鉤后，由主吊運送至樁孔處。

3.4 鋼管柱植入過程控制

鋼管柱植入施工是逆作樁柱施工，在樁身混凝土澆筑完成后，重新測放樁柱中心位置，然后將插柱機吊裝就位，并調(diào)整插柱機中心與樁柱中心對中。插柱機與控制設(shè)備連接、調(diào)試完畢后，由吊機將鋼管柱與插柱機、樁孔對中下放。

為保證鋼管柱順利入孔，避免樁頂鋼筋、注漿管等在施工過程中發(fā)生變形、移位現(xiàn)象，在樁頂以上空孔高度范圍內(nèi)增設(shè)輔助鋼筋籠，以確保樁身鋼筋籠位置正確，同時固定空孔高度范圍內(nèi)聲測管、注漿管等附屬構(gòu)件位置，以便順利實施鋼管柱插柱施工，如圖6所示。

插柱過程采取雙控措施相互校核以控制插柱施工精度。如圖7 所示，在逆作樁柱字母軸和數(shù)字軸兩個方向同時架設(shè)全站儀或經(jīng)緯儀，由專業(yè)測量工進行人工監(jiān)測；鋼管柱下放至柱身中間位置即 B3 層頂環(huán)板時，在環(huán)板上加裝傾角傳感器，與插柱機自動化檢測系統(tǒng)連接，利用插柱機自動化檢測系統(tǒng)實施連續(xù)監(jiān)測。

圖7 插柱垂直度控制

插柱完成后，逆作柱位于樁頂以上的空孔中，柱身自由高度高，同時為避免樁孔長時間靜置，空孔范圍內(nèi)地層出現(xiàn)塌方，對逆作柱產(chǎn)生側(cè)向推力，影響逆作樁垂直度及平面位置，同時造成地面塌陷出現(xiàn)安全隱患，將樁頂以上空孔部分用碎石填實，回填應(yīng)均勻、密實。

3.5 鋼管柱垂直度統(tǒng)計分析

基坑圍護結(jié)構(gòu)、包括逆作樁柱在內(nèi)的各類型樁施工完成后開挖土方，土方開挖至 -26.5 m 標(biāo)高位置，施做B3 層逆作頂板，此時逆作柱外露長度約 17 m 左右，超過基礎(chǔ)筏板以上逆作柱全高 2/3，復(fù)測外露逆作柱的垂直度可以代表逆作柱全高垂直度。由于國鐵列車為東西方向運行，所以只統(tǒng)計逆作樁南北向垂直度偏差，經(jīng)復(fù)測本工程逆作柱垂直度偏差均＜1/1 000，滿足設(shè)計要求，選取一部分逆作柱對垂直度復(fù)測結(jié)果進行統(tǒng)計分析。

根據(jù)土方開挖順序統(tǒng)計最先暴露出來的 50 顆逆作柱進行分析，逆作柱垂直度偏北為正、偏南為負。經(jīng)統(tǒng)計分析超過 70 % 的逆作柱垂直度偏差＜0.5/1 000。約 60 % 逆作柱垂直度偏北，最大偏差為0.9/1 000；約 40 % 逆作柱垂直度偏南，最大偏差為 -0.84/1 000，如圖8 所示。

圖8 逆作柱垂直度偏差統(tǒng)計

4 結(jié)語

1）通過施工前的相關(guān)參數(shù)計算提取、測量程序的制定等準(zhǔn)備工作有效保證了逆作樁柱施工過程測量工作的順利進行；在測量放樣過程中嚴(yán)格執(zhí)行管控程序，確保了測量放樣精度。

2）通過選擇工況良好的機械、熟練的操作司機，合理地控制掘進速度和檢測方法，成功將逆作樁成孔垂直度控制在了 1/600，為鋼管柱植入施工創(chuàng)造了有利條件。

3）通過設(shè)置輔助鋼筋籠等措施，順利實現(xiàn)了鋼管柱的下放和插柱施工；通過對鋼管柱加工、拼裝精度的控制，以及插柱過程中采取的雙控措施，將鋼管柱的施工精度控制在了 1/1 000 以內(nèi)。