格构柱在孟加拉BRAC大学基坑支护体系中的应用分析

韩春文，任 智，袁 良，许明亮

(北京城建集团有限责任公司，北京 100088)

0 前 言

随着孟加拉高层建筑的不断涌现，深基坑内应用的支撑支护形式越来越多，在复杂的地质条件下，深基坑支护设计越来越成为工程中的重点难点。基坑的围护体系主要由围护墙体、支撑和立柱桩共同组成[1]。通常情况下，围护结构支撑体系为水平封闭体系形式，可提高支护结构的整体刚度[2，3]。基坑支护体系的整体稳定性由围护结构、水平支撑体系和竖向立柱桩共同承担。体系中任何一个部位出现问题，都可能引发支护体系的整体失稳或损坏，产生严重的后果[3]。格构柱拥有较好的承载力和抗扭性能力，且具有环保、高效、残值高的特点[4]。因此，常被用作基坑支护支护体系的竖向支撑[5]。

1 工程概况

BRAC大学新校区建设工程位于孟加拉国首都达卡市区。基坑工程采用“地连墙+H型钢柱+混凝土内支撑”支护体系。

其中，内支撑体系采用124根格构柱支撑，格构柱分为钢格构柱和立柱灌注桩两部分，钢格构柱采用450 mm×450 mm钢柱，长度有12.1 m、14.0 m、14.3 m、14.5 m、13.8 m，如图1所示。钢柱锚入灌注立柱桩3 m，立柱桩桩径为800 mm，桩长为40 m，桩身混凝土强度为C30。

图1 格构柱设计图

2 格构柱施工工艺

2.1 施工流程

格构柱施工流程如图2所示。

图2 施工流程图

2.2 关键工序

2.2.1 护筒埋设

护筒的埋设是旋挖作业中的关键。护筒内径为设计桩径+20 cm，护筒高度为6～10 m，如图3所示。定位后，根据桩定位点拉十字线钉放4个控制桩，以4个控制桩为基准埋设钢护筒。通过控制护筒顶水平度来控制好垂直度，垂直度的偏差不大于1%。校正护筒位置和垂直度并固定。

图3 埋设护筒

2.2.2 钻机定位

钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度，钻孔施工中要常检查钻杆的垂直度、钻头直径、钻头磨损情况及钻机作业平台的稳定，保证钻塔滑轮槽缘、锤头中心和桩孔中心三者在同一铅垂线上，并且锤头中心与桩孔中心偏差不大于20 mm，确保钻孔的垂直度与桩位偏差满足设计与规范要求。保证钻机平整、稳固，严防桩孔倾斜及塌孔等事故的发生。

2.2.3 清孔

清孔的目的是调换孔内泥浆，消除钻渣和沉淀，利用成孔的正循环系统直接进行。清孔分二次进行，第一次清孔在成孔完毕后立即进行，第二次清孔在下放钢筋笼和导管安装完毕后进行。

2.2.4 钢筋笼制作

钢筋笼制作长度有差异时，制作成形后，在搭接位置上提前做好搭接长度标记，以免搭接长度有误。与格构柱连接的钢筋笼处，还要检查钢筋笼内径是否满足要求，内径过小将难以下放格构柱。

2.2.5 格构柱制作

格构柱间对接焊接时接头应错开，角钢接头在焊缝位置角钢内侧采用同材料500 mm长的角钢进行补强。

在格构柱底部设置防卡管装置，加焊喇叭形钢筋，如图4所示。在下放至钢筋笼前，收拢喇叭口，待格构柱与钢筋笼焊接完成后，打开喇叭口，并与钢筋笼焊在一起。此措施可方便格构柱放入钢筋笼，且防止在拔除导管时，导管卡在格构柱底角上。

图4 桩底钢筋喇叭口

2.2.6 格构柱接长器

当地面标高远高于格构柱顶标高时，可采用格构柱接长器延长格构柱，通过计算确定格构柱开孔位置并做好记录，再与接长器相连，如图5所示。使用接长器时，后续格构柱顶标高的复核要依据开孔位置计算。

图5 格构柱接长器平、剖面图

2.2.7 格构柱定位

先通过事前计算确定开挖深度，再安放枕木，然后安放定位器，如图6所示。利用水准仪和千斤顶，调整定位器上表面的平整度和标高。考虑到格构柱及钢筋笼的重量将压在定位器上，结合现场土质和沉降，计算完定位器应有标高后，可适当提高标高1～3 cm。

图6 钢格构柱定位器平、剖面图

在下放至定位器前，必须利用四周的控制点进行格构柱位置的粗校正。

格构柱下放至定位器上后，立即用水准仪进行定位器四个角与格构柱顶标高的复核，通过定位器下方的千斤顶进行垂直度及标高校正。再用全站仪对格构柱中心点坐标进行复核，通过定位器上的定位螺杆进行位置校正。此步骤极为关键，这一步若控制不好标高及位置，则在后续步骤中不易修正。

2.2.8 混凝土浇筑

由于原始地面高差太大(1～2 m)，格构柱顶标远低于地面抬高，现场制作专用操作平台来解决施工人员作业的问题，可减小土方开挖量，如图7所示。

图7 格构柱操作平台平、立面图

开始灌注混凝土时，首批灌注混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度(≥1.0 m且<3 m)和填充导管底部的需要，防止泥浆回流进入导管。立柱桩顶标高比设计标高超灌1.5 m，以保证柱与桩连接位置的无松散混凝土，有足够的混凝土强度。

浇筑完成后立即再次进行钢格构柱中心坐标和顶标高的复核，若发现误差超过允许范围，则用定位器进行最终校正。

2.2.9 桩孔回填

拆除定位器和护筒后，及时进行桩孔回填，以保护格构柱。回填之前桩孔周围作好安全措施，回填材料采用粗沙，回填时在格构柱周边要均匀、密实地进行，避免回填不平衡挤偏格构柱。安排专人每天定期检查回填情况，若发现格构柱周边有塌孔现象，则立即安排二次回填。

回填完成后，为避免机械破坏格构柱，对已经回填完毕的格构柱进行保护，利用废钢筋加工钢筋笼，并刷红白漆。

3 常见问题及解决措施

3.1 漏浆

这种情况碎石或者流沙中常见，特别是在有地下水流动的地层中钻进时，稀泥浆向孔壁外漏失。

遇到漏浆情况及时往孔里加膨润土，使稠度增加，用钻杆来回搅动，直到不漏浆为止，同时赶紧安排人员向泥浆池内造浆。

3.2 塌孔

若遇到塌孔现象，塌孔严重的护筒都下不去，可尝试用挖掘机掏出三到四米再进行换填，压实后再钻，边钻边下护筒，若护筒孔边塌可用挖掘机填实夯实，钻孔要尽量做到慢进尺，尽量不破坏护壁泥皮同时应减少钻头内钻渣掉入孔内破坏泥浆的配比。

3.3 浮笼

在灌注过程中发现钢筋笼上浮时，应及时减缓灌注速度，在保证导管有足够埋深的情况下，快速提升导管，待钢筋笼回到设计标高的位置再拆除导管，如果导管埋深不够拆除导管时则将导管快速提升，然后再缓慢放下导管，如此反复直到钢筋笼回到设计标高位置。

3.4 缩孔

根据地勘报告，提前分析易出现缩孔或者塌孔的地区，钻进过程中应将每进尺控制在30厘米左右，缓慢的提升钻头，能有效控制缩孔。

3.5 堵管

在混凝土灌注过程中，混凝土在导管中无法顺利下落，首先应借用吊车上下抖动导管，仍然不行则将导管拔出清理导管内堵塞的混凝土后，重新安装导管至混凝土下足够埋深，继续灌注。

3.6 导管进水

由于首盘混凝土封底失败或者灌注过程中导管接头不密封导致导管进水，或者灌注过程中将导管拔脱，当封底失败时应及时将导管，钢筋笼拔出，用钻机将孔底混凝土掏出重新安装，钢筋笼导管，清空合格后重新灌注，若灌注量少时发生堵管也可以利用此方法。

4 结 论

将格构柱定位装置、接长器、防卡管装置应用到格构柱施工过程中，将格构柱桩垂直度控制在8 mm以内，解决了施工中的深基坑支护体系中的技术难题。主要结论如下：

(1)充分利用格构柱自身的重力的同时，借助定位器装置，可快速、精准、高效地完成格构柱的定位工作。

(2)当地面标高远高于格构柱顶标高时，使用操作平台和格构柱接长器，便于定位，可减少土方开挖量。

(3)格构柱底部加焊的喇叭形钢筋，在下放至钢筋笼前，将喇叭口收紧，待格构柱与钢筋笼焊接完成后，打开喇叭口，将其与钢筋笼焊在一起。此措施可方便格构柱放入钢筋笼，同时，防止拔除导管时，格构柱底角卡管。