新型钢立柱校正架在工程中的应用

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

1 工程背景及概况

上海合生国际广场位于五角场翔殷路以南，黄兴路以东，由2 幢超高层建筑及商业裙房组成，为上海杨浦区的地标性建筑。项目总建筑面积36 万m2，基坑总面积约4.2 万m2。

该工程采用Φ800 mm的钻孔灌注桩作为桩基基础，施工时其顶部6 m的一段直径扩大至950 mm。设计强度为水下C35，C60，并采用后注浆施工工艺。桩立柱分为两大类：格构柱（LZ1～LZ4A）为4∠200 mm×20 mm，采用Q345B钢材，缀板尺寸510 mm×300 mm×16 mm，间距700 mm。格构柱截面尺寸为550 mm×550 mm，格构柱最长26.8 m，最大质量约10 t。格构柱合计82 根。

钢管柱（LZ5～LZ10A）则采用截面为Φ550 mm×20 mm、Φ600 mm×22 mm钢管，材质为Q345B。本工程钢管柱最长29 m，最大质量约8.9 t，内灌自密实微膨胀混凝土（强度等级C60）。钢管柱合计802 根。

桩立柱内混凝土强度为水下C35，主筋保护层厚50 mm。钢立柱垂直度要求≤1/500、桩垂直度≤1/200。

2 技术难点特点及应对措施

2.1 成孔垂直度控制要求高

本工程桩基成孔深度较深、地层土质结构变化大，结构采用逆作法施工，故对立柱桩的成孔垂直度要求特别高。

应对措施：

（a）选用底盘较为稳定的钻孔机具，在成孔时采用控制钻速、减压钻进的施工工艺，以达到垂直度的要求。本工程针对性地选择了扭距大、钻机稳、功率大的GPS-15型回旋钻机。

（b）成孔过程中，钻机塔架头部的滑轮组、回转器与钻头要求始终保持在同一铅垂线上。并保证钻头在吊紧的状态下钻进（减压钻进），钻进过程中应随时检查机架平整度及调整其水平，进行成孔检测。

（c）本定位架的高度为700 mm，为方便校正架的校正，钢管柱加工时也相应增加长度至自然地坪以上800 mm。

2.2 孔壁稳定性要求高

由于本工程钻孔灌注桩深度范围内在地质④层的淤泥质黏性土，含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低及渗透性差，因而具有较大的流变特性，会给孔壁稳定带来影响，施工时易产生坍塌现象。

应对措施：

施工过程中严格按试成孔所确定的参数进行操作，必要时适当提高泥浆密度或采用人造泥浆，确保成孔施工质量。

2.3 沉渣厚度控制要求高

对于本工程的超深钻孔灌注桩，由于清孔时间长，沉渣厚度较难控制；同时由于地层中②1层、②3层、⑦层、⑨层为含砂层，为此泥浆中含砂率的控制将至关重要，这也是控制成孔泥浆密度、孔底沉渣厚度的关键。

应对措施：

（a）为控制沉渣厚度，成孔须严格按试成孔所确定的泥浆的比重、黏度参数进行施工。

（b）清孔的同时必须不断地补充新鲜泥浆，将孔内含砂量大、性能差的泥浆置换出来，在钻孔及清孔过程中采用除砂机降低泥浆的含砂量及比重。

2.4 逆作法工艺对立柱桩的垂直度及定位提出了极高的要求

本工程基坑结构施工采用逆作法工艺，立柱桩分为钢立柱和钢管立柱两种规格，并在今后的结构施工中会作为结构柱包裹起来，因此对立柱桩的垂直度和定位均提出了极高的要求。

应对措施：

（a）半成品质量控制：钢立柱的外形质量影响到测量精度，因此在加工制作方面需选择有资质的、质量有保证的加工单位进行加工制作；进场时会同总包、监理一起参与验收工作，做好验收记录。

（b）定位质量控制：从测量定位开始，直至开钻前的定位控制，每道手续都要会同总包、监理进行复核验收。

2.5 不同标号的混凝土浇筑

本工程钢管立柱桩中需浇筑C60高标号预拌混凝土，而立柱桩的预拌混凝土标号为水下C35，因此如何保证钢管中的混凝土标号达到设计要求是本工程的一个难点。

应对措施：

（a）先根据理论计算至钢管底标高的混凝土量，待将要浇筑到此量时，对桩孔内的混凝土液面进行触探，了解混凝土液面的实际高度。

（b）为确保钢管内高标号混凝土完整性，必须将顶部低标号混凝土翻净，钢管内翻浆高度必须＞1 m。

（c）在钢管内灌注高标号混凝土达一定高度，对钢管外侧桩孔内回填石子，桩孔内石子回填高度略高于钢管内灌注混凝土面标高。回填时在柱顶加盖铁盖，防止石子落入柱内，回填时确保对称、均匀回填，石子需回填至自然地坪。

3 技术路线及关键技术[1-6]

在硬地坪上放出桩位纵横轴线（测量放样）→埋设护筒→钻架定位校正→钻孔→第一次清孔→安放钢筋笼→钻架移位→校正架安放固定→钢管（立柱）通过校正架安放、固定→检测钢立柱的垂直度并校正→第二次清孔→水下混凝土灌注→待混凝土凝固后移除校正架和校正仪器→起拔护筒

3.1 钢立柱质量控制

3.1.1 平面位置控制措施

（a）从各轴线引出桩位线，允许偏差不得大于5 mm。

（b）桩位中心点处用射钉标记，并用红油漆画出桩位中心及控制圆，标明桩号。

（c）在硬地坪上用墨线弹出纵轴和横轴线方向十字线，并在二方向上用红油漆标出三角。

（d）在校正架四边中心刻上十字线记号，用于对准桩孔中心。

3.1.2 标高控制措施

（a）用水准仪测定桩孔处硬地坪标高，然后根据插入深度，在立柱上用红油漆标出。

（b）在地面上将校正立柱（高出地面部分）和下立柱用高强螺栓对接，并检查对接后立柱整体的精度。

（c）待钢筋笼吊放后，定位安装立柱校正架，立柱校正架定位时，除四边中心刻有十字线记号，用于对准桩孔中心处外，还须将校正架各边与桩立柱轴线垂直或平行。

3.1.3 垂直度控制措施

（a）平面校正钢定位架：定位架（定位螺母板）与硬地坪通过预埋件或膨胀螺丝进行连接，保持与地面的牢固、平整。定位架的高度为700 mm，为方便校正架的校正，钢管立柱高度在加工时也相应增加长度至自然地坪以上800 mm。桩帽设在定位架内，待立柱（钢管柱）的顶端用滑板夹紧后，将紧固螺栓与桩帽固定，为保证桩帽与立柱同一水平线，需在现场拼接与调整。在桩体与定位架固定以后，再通过测量装置（图1），用千斤顶将其调整至所需方位（共8个）。

图1 平面校正钢架示意

（b）装置测量校正原理：装置与立柱保持平行，立柱的垂直度亦即装置的垂直度。只要测定出装置的垂直度，就可以反映出立柱的垂直度。

3.1.4 测量装置与立柱平行的做法

装置紧靠立柱的角铁，上下两端皆有固定。在确保装置长度与立柱长度相当的条件下，可视其与立柱平行（图2）。

3.1.5 立柱垂直后定位

下放立柱采用500 kN履带吊进行。起吊时由专人指挥确保安全。

图2 钢立柱校正仪器

当立柱下放到位时，在立柱两侧用160 mm×16 mm角钢焊接固定在校正架上，立柱标高允许偏差±2 cm。

3.2 混凝土浇灌

格构柱混凝土浇灌可采用常规方法进行浇灌；但钢管柱内需灌满混凝土，且混凝土采用高低两种标号的混凝土，为了保证混凝土浇灌质量，确保进入钢管内混凝土达到设计要求，我们采取一次分层水下混凝土灌注工艺。

本工序的重点为：为确保混凝土质量，将C60混凝土控制在设计标高内，需在导管提升、混凝土面标高测量等工作上严格把关，随时掌握数据。施工时连续浇注，直至混凝土从钢管上部的开口处溢出，直至翻浆溢光，可戳到石子方为混凝土浇筑完毕。如果钢管顶标高高出自然地坪1 m以上，需用泵车浇筑混凝土。为了钢管（格构柱）稳定不走动，应待混凝土凝固后，方可松动钢管（格构柱）校正架上的校正固定螺栓，拆除移走校正架。

4 结语

本工程所使用的钢立柱校正设备在施工中很好解决了钢立柱和钢管立柱的垂直度控制， 最终绝大部分的钢立柱和钢管立柱的垂直度都能满足设计要求的1/500。并且该方法简单实用，可为钢立柱校正提供新的手段， 具有很好的应用前景。