逆作法“灌注桩+格构柱”精准施工技术

2022-04-21李文旭李建峰尹文龙曹春峰

建筑机械化 2022年4期

李文旭，李建峰，尹文龙，曹春峰

(中建三局集团有限公司工程总承包公司，湖北武汉 430064)

随着国内城市的快速发展，城区内用地越来越紧张，建筑物高度越来越高，地下层数越来越多，基坑开挖深度越来越深，基坑周边环境也越来越复杂。逆作法以其施工安全性高，对基坑周边环境影响小等优势，在基坑支护设计中应用越来越广泛。

黄勇等依托华铭园项目，采用逆作法施工用实践证明其基坑开挖对临近铁路轨道影响不大，保证了线路安全运营；李新刚依托民福房地产公司待建办公楼项目，采用逆作法桩柱一体化施工，由监测结果得，施工后基坑整体性好，沉降控制效果好，对周边环境影响小；代涛等和韩阳等依托南京金茂广场二期工程，分别基于BIM 和实际施工对超大截面逆作法桩施工和钢柱定位调垂进行了符合工程实际施工的介绍。其结果均显示逆作法具有实际的工程应用价值与意义。

逆作法中竖向支撑结构一般采用“单桩单柱”形式，即下部为灌注桩，上部为钢结构柱。灌注桩+格构柱是逆作法中“单桩单柱”的一种，其中格构柱在地下室竖向结构施工之前承担上部水平结构自重及施工荷载，后期格构柱外包钢筋混凝土作为地下室永久结构柱，施工精度要求高，如偏差过大将影响正式结构柱施工且存在一定的安全隐患。因此其施工质量极为重要。

传统做法中，格构柱与钢筋笼连接后同步吊装，下放后格构柱定位精度不易调节，后期浇筑混凝土过程中，易对格构柱产生扰动进而影响其定位、垂直度及旋转角度。

因此，根据以上问题依托天津市地铁3 号线王顶堤站整理地块（迎顺大厦）项目，介绍逆作法“灌注桩+格构柱”精准施工技术。

1 工程概况

本工程为地铁3 号线王顶堤站整理地块（迎顺大厦）项目，工程位于天津市南开区迎水道与苑中路交口位置，地铁3 号线王顶堤地铁站旁。项目主要由1#办公楼（含裙房）、2#住宅楼以及地下车库组成。总建筑面积69 500m2，其中地上建筑面积50 000m2，地下建筑面积19 500m2。本项目最大单体面积36 650m2，最高层数：地上25 层、地下2 层；最大建筑高度93.4m；基坑大面开挖深度11.8m，局部最大基坑深度16.40m。

根据本工程岩土工程勘察报告，场地埋深约100.00m 深度范围内，地基土按成因年代可分为12层，取其中浅层土按照土体类型在全场地范围内地层自上而下分别为素填土层（厚度1.50～3.50m），粉质黏土层（厚度3.20～8.90m），淤泥质黏土层（厚度1.00～4.50m），粉质黏土层（厚度3.90～12.00m），粉砂层（厚度6.0～10.40m）。

根据勘察期间测得的数据，场区内地下潜水稳定水位在2.10m 左右，主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位年变幅0.50～1.00m左右。场地第一微承压含水层承压水水头埋深3.30m。基坑支护与水位关系图如图1 所示。

图1 基坑支护与水位关系图

2 施工重难点

1）本工程所处地段涉及天津市地铁3 号线地上区域，处于天津市南开区迎水道与苑中路交口位置，施工要同时保证公路与地铁的运营安全。

2）场地浅层土体主要为黏土等软土，土层承压性较差，有一定施工风险。地下水位较高，降水过程与基坑开挖过程对地下水位的影响易对周围建筑产生影响。

3）场地附近建筑物较密集，施工场地狭窄，施工操作空间较小，还要尽可能减少对土体扰动。

4）本工程设计的逆作法施工中，格构柱将在外围做钢筋砼结构成为永久支撑柱的柱芯，如运用传统单桩单柱施工手段，其格构柱定位精度难以保障。

因此根据以上问题，构思应用了逆作法施工，并采取“灌注桩+格构柱”精准施工技术，从而降低施工对地铁及周围环境的影响，保证施工质量。

3 “灌注桩+格构柱”精准施工技术

3.1 施工工艺流程

1）首先进行桩基钻孔、清孔、下钢筋笼及混凝土浇筑施工。

2）混凝土浇筑完成后立即将托架、千斤顶及调垂架就位并调平，然后吊装格构柱。原工程格构柱下部焊接定位钢筋环，用来控制其下部定位。

3）原工程格构柱下放至地面标高后，将接长架与原工程格构柱通过连接螺杆进行连接，并利用接长角钢保证两段格构柱角度相同，保证接长架旋转时原工程格构柱可同步、同角度旋转。

4）通过上述操作后可控制原工程格构柱下部定位、上部定位及旋转角度。

5）定位、垂直度及旋转角度调节符合要求后，将接长架与定位调垂架固定牢固。待桩混凝土终凝并达到一定强度后，拆除接长架与调垂架，并进行重复使用。

3.2 技术操作要点

3.2.1 灌注桩施工

1）桩位放样严格按照测量及桩基规范进行桩位放样，“单桩单柱”桩位偏差不应大于10mm，开钻前须重新复核桩位。

2）护筒埋设护筒埋设应准确、稳定，护筒中心与桩位中心偏差不得大于50mm；护筒采用4～8mm 厚钢板制作，其内径应大于钻头直径100mm，上部宜开设1～2 个溢浆孔；护筒的埋设深度不宜小于2.0m，护筒下端外侧应采用黏土填实。护筒顶面应高出施工地面0.2m。护筒安装须严格控制垂直度，确保垂直度在1%范围内。

3）泥浆配置每台钻机配置一个泥浆箱，泥浆箱分为泥浆池和储浆池，形成泥浆循环系统。泥浆制备护壁泥浆采用膨润土造浆，护壁泥浆可经泥浆净化装置净化后重复利用，并根据《建筑地基基础工程施工规范》制备泥浆。

4）钻孔 ①初钻，护筒内泥浆制备完成后开启钻机低速开钻，直至整个钻头进入正常速度钻进；②正常钻进时，应合理调整和掌握钻进参数，不得随意提动孔内钻具，在钻进过程中要随时检查泥浆指标；③终孔前判断并确定孔底标高，测量孔径、孔深、孔位，要求孔径不小于设计桩径。桩径允许偏差±50mm，桩定位偏差不应大于10mm。终孔后直接进行清孔，钻具提高到距孔底20～30cm，一次清孔时间持续在15～30min，孔底沉淤厚度应小于100mm。清孔时输入的泥浆性能指标如表1 所示。

表1 清孔时输入的泥浆性能指标

5）钢筋笼安装钢筋笼安装使用汽车起重机进行吊装。吊放钢筋笼入孔时，应对准孔位徐徐下放至设计标高，避免钢筋笼碰撞孔壁，若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理，严禁高起猛落式的强行下放。钢筋笼顶部应焊接吊筋，四周间隔安装水泥保护垫块，确保钢筋笼垂直度，保证结构保护层厚度满足设计及规范要求。

6）下导管、二次清孔水下混凝土灌注选用钢制导管，导管内径宜为200/350mm。导管的分节长度视工艺要求确定，接头采用双螺纹丝扣快速接头。导管安放前应计算孔深和导管的总长度，底节导管一般为4～6m 长，标准节一般为2～3m，上部可放置2～3 根1.0m 的短节，用于调节导管的总长度。桩基导管使用汽车起重机吊装，逐节拼装，导管下放至导管底口距离桩底300～500mm 为宜。导管安装完成后，用泥浆进行清孔并换浆，根据设计要求二清后桩底沉渣厚度不超过100mm。

7）混凝土灌注桩基混凝土灌注采用垂直提升导管法施工，灌注设备主要由导管、混凝土储料斗、溜槽、漏斗等组成。灌注混凝土过程中，严格控制混凝土质量，随时检测混凝土坍落度，坍落度宜为180～220mm，并根据规范要求抽样制作混凝土试件，以检验桩基混凝土质量。为确保成桩质量，桩顶超灌1.0m。

3.2.2 格构柱安装

格构柱采用汽车起重机进行吊装，吊点位于格构柱上部。格构柱吊放时应精确定位，要求格构柱中心线与桩位中心线误差小于8mm，垂直度偏差小于L/500。

1）格构柱安装流程灌注桩混凝土灌注→导管移除→吊装格构柱→焊接定位钢筋环→下放格构柱至地面（临时固定）→安装调垂架→安装接长架→接长格构柱→下放格构柱至设计标高→调节格构柱定位、旋转角度→固定格构柱→拆除接长架及调垂架（周转使用）。

2）格构柱吊装 ①格构柱安装采用汽车起重机吊装，吊装过程中根据设计标高在格构柱下部桩空孔位置焊接定位钢筋环，定位钢筋环直径较桩孔略小；②格构柱顶部下放至地面位置后临时固定牢固，安装调垂架及接长架，接长架通过两根直径50mm 螺杆与原工程格构柱连接固定，使原工程格构柱可随接长架旋转及移动；③接长架连接后通过水准仪控制将格构柱下放至设计标高，利用调垂架对地上部分接长架进行调节，调垂架采用角钢及螺杆焊接制作，利用8 根直径50mm 螺杆对格构柱上部定位及旋转角度进行调节；④调节完成后将格构柱固定牢固，拆除调垂架进行周转使用；⑤灌注桩养护完成后，拆除接长架进行周转使用。

3）格构柱控制装置设计如图2 所示，格构柱控制装置由格构柱、接长架、调垂架和定位钢筋环组成。①接长架，利用接长架将原工程格构柱稳固加长至地面以上700mm，达到可以在地表操作调节原工程格构柱定位及旋转角度的目的，接长架设计如图3 所示；②调垂架，将调垂架接在接长架的地上部分，需保证调垂架铺设底面的水平度。通过调节调垂架的8 根螺栓松紧度来调节控制装置上部的定位与垂直度，调垂架设计如图4 所示；③定位钢筋环，原工程格构柱下部焊接定位钢筋环，定位钢筋环较桩孔略小，其设计如图5 所示，通过定位钢筋环与桩孔几何大小关系使格构柱下部定位契合桩孔，完成原工程格构柱的下部定位。