逆作法“一柱一桩”施工技术分析

史静，李敏，焦永昶，杨蒋文，王海波 （中国建筑第二工程局有限公司，上海 200135）

随着国内建筑的发展，逆作法在密集城市基坑工程中得到越来越广泛的应用，对于四周建筑环境复杂、地质条件差、沉降变形要求严格、施工临时场地狭窄、扬尘环保要求高、交通拥堵、工期紧张的地下室建筑工程，可首选逆作法施工技术。作为逆作法施工技术中最核心的技术，一桩一柱施工一直是个难点和技术攻关重点。为此，根据南京吾悦广场项目采用创新一柱一桩施工技术为基础，基坑四周采用地下连续混凝土墙作为竖向支护结构，重点分析“一柱一桩”逆作法工艺，类似项目施工提供了宝贵经验。

1 工程概况

南京吾悦广场项目地处南京市鼓楼区湖南路核心商业圈，地下室外墙紧邻周边民国建筑及各种地下管线，工程地质情况异常复杂，鉴于上述实际情况，项目采用了全逆作法工艺，一柱一桩基础，131根立柱桩通过“一柱一桩”技术的实施，垂直度达到了1/500的精度要求，桩身完整性及单桩承载力经检测完全满足设计要求。

2 “一柱一桩”工艺原理

2.1 调垂原理

在柱顶设置钢支架，以钢支架为支点，利用杠杆原理，根据设置在钢柱侧面的测斜管提供的数据对钢柱进行液压调垂，利用电脑传感器直接控制垂直度。

2.2 成桩质量控制原理及措施

桩柱混凝土标号不一致，通过高标号混凝土超灌保证桩身质量。

合理安排混凝土浇筑计划，在C40浇筑完成前，C60混凝土罐车提前进场，保证不同等级混凝土浇筑的连续性。严格控制混凝土浇筑过程的坍落度，保持在160mm～220mm，确保混凝土能灌注至设计标高（立柱桩钢管顶加超灌高度）。

当钢立柱固定就位后，开始进行混凝土浇筑，混凝土浇筑采用立式钢导管法进行施工，采用260钢导管从钢立柱顶部垂直插入钢立柱内，导管深入至桩低200mm～300mm位置，进行首灌混凝土浇筑，确保导管埋入深度大于2m，拔管时确保导管埋入深度1.5m，且提升速度控制在0.5m/min以内。

灌注至钢立柱底以下4m开始换C60混凝土，在灌注至立柱桩钢管上下2m左右时要适当放慢混凝土的灌注速度，以减少混凝土灌注对钢管立柱的影响，在混凝土灌注至钢管立柱底口位置4m左右时，用测斜仪测取钢管立柱和工具柱的垂直度情况，如有变化，通过孔内的油压千斤顶进行微调。

C60混凝土灌注至桩顶以上1.5m时暂停混凝土浇筑，此时钢导管需埋入混凝土内，钢管外侧孔内开始回填石子，人工四周先回填0.3m高沙袋，然后均匀回填砂石料，进行桩壁与钢柱之间的空隙填充，防止浇筑时混凝土上泛过高，造成浪费。在回填约1/2后，重新浇筑钢柱内混凝土，直至混凝土灌满钢管柱，把桩孔内的泥浆、污水及浮浆全部挤出柱外。

当桩柱混凝土浇筑12h后，方可进行顶部固定导向架的拆除。

3 施工工艺流程

定位→护筒埋设→成孔→测孔径孔斜→下钢筋笼→起吊钢管柱→钢筋笼吊筋挂在钢柱两侧吊耳上→传感器归零→钢管柱就位→开始校垂→安装导管→灌注工程桩混凝土→灌注钢立柱混凝土。

4 施工操作要点

4.1 逆作法“一柱一桩”调垂架设计

由于钢管立柱桩施工精度要求高，需要在专业厂家加工制作钢调垂控制架，待钻孔桩成孔下放钢筋笼以后，重新测设出钢调垂控制架的位置，中心误差控制在5mm以内，根据定位安装钢支架，在支架下部平台上测放出钢柱就位中心线，并在相应位置进行标识，确保其定位必须正确。

调垂架高2.6m，分为上下两个平台，支架上部平台用于支撑钢柱，下部钢柱轴心对中固定，调节垂直度采用4个千斤顶、4个螺杆对称设置，作为支点。护筒中设有4个千斤顶，用于钢柱垂直度调节。

4.2 测斜管安装

钢调垂控制架就位后，根据实测数据确定钢立柱标高，并焊接16号槽钢在钢柱对应标高位置，在调节标高的槽钢支架上部平台搭设钢柱，下部埋设直径20的钢筋，以便钢柱倾角的调节。同时，在钢柱的侧面设置10m的测斜管，布置时使测斜管钢柱的中心标志线固定在钢柱外侧。

测斜管设置在钢柱的侧表面，长10m，距钢柱柱顶1m处开始设置，测斜管采用10号工字钢专用卡箍固定，每隔1000mm设置一道，为保证钢管安放垂直度数据与测斜管测试垂直度数据一致，钢管出厂时在钢柱外侧用墨线弹出母线位置，测斜管安装时严格按墨线方向安装，保证测斜管与钢管完全平行。

4.3 桩成孔过程的垂直度控制

根据本工程桩成孔深度深、垂直度要求高、桩底需扩径的特点，选择扭矩大、钻机稳、功率大的GPS20型钻机，施工前应复核测量基准点、水准点，埋设4m长钢护筒，钢护筒内径大于桩径200mm，钢护筒四周用粘性土分层填实，中心偏差应≤20mm。

GPS型钻机就位时，底座转盘调整至水平状态，钻机转盘中心、起吊滑轮缘、钢护筒中心须保持在同一铅垂线上，铅垂线的偏差≤20mm。打桩的精准度应贯穿于桩位测量放线定位——桩位开挖、钢护筒施工埋设、复核校验——机械设备定位——成孔的全过程，必须慎重开展工作。所有桩位点定位放样应严格按照一柱一桩测量定位措施执行。GPS型钻机就位时应从桩孔口拉设十字线，磨盘中心精准定位在拉设的十字线中心上，GPS型钻机架保持水平精度，钻机钻头施工时对桩位中心点累计偏差值应＜0.5cm。钢护筒的垂直偏差值应≤1/200。桩成孔时，每次钻桩深2000mm～3000mm或每隔120min～180min用水平仪检验GPS型钻机架的水平度、常复核GPS型钻机架的垂直度，并根据数据随时调整，确保桩成孔的垂直度符合规范要求。

4.4 清理桩孔及桩底沉渣控制

桩孔清理的好坏会直接影响桩身质量、桩基承载力的大小、水下混凝土灌注施工。为确保桩清孔的质量问题，应进行2次正循环清理桩孔，用以保证泥浆性能，且在终孔后和灌注前各清孔一次。为确保清孔后沉渣满足规范要求，在快钻进至终孔标高的深度时，减慢钻进速度，使土层沉渣充分水化分散，为清孔的顺利进行，做好施工前期准备。

初次清理孔。钻进终了，将钻具提离孔底0.2m左右，上、下活动，低速回转，全泵量冲孔，充分研磨孔底较大颗粒土块，实现“一次清孔为主，二次清孔为辅”的清孔排渣原则，时间一般不少于0.5h。

二次清理孔。将导管、钢筋笼、钢管立柱放置好后，再利用导管进行二次清孔，清孔时导管应上下提动，直接将孔底一圈虚土清理干净。清孔后孔内泥浆密度1.15～1.20，粘度不大于22s，沉渣厚度＜50mm。若正循环二次清孔后由于提钻到灌注混凝土时间过长，沉渣厚度仍大于5cm将采用反循环方式再次清孔。为确保清孔质量，现场配备反循环砂石泵。

4.5 钢筋笼和钢管柱的安放

工况1。“一柱一桩”成桩过程中桩柱连接节点

钢管由工厂按设计要求加工好后运至现场，将测斜管用夹具固定在钢管柱外侧，保持测斜管与钢管柱轴线平行，成孔后移开钻机，利用汽车吊将钢筋笼逐节吊入孔口并由吊筋固定连接钢筋笼。然后将钢调垂控制架固定在孔口，将钢管柱缓慢放入，为满足一柱一桩调垂需要且保证钢立柱锚入钢筋笼的长度满足设计要求，在钢管立柱桩外侧焊接两块钢板制作的L形吊耳，桩柱通过立柱桩外侧焊接的L形双吊耳连接，钢筋笼吊筋挂在两侧吊耳上，确保立柱桩钢管进入钢筋笼的有效长度且不因为钢筋笼自重而影响调垂。

工况2。先利用吊车把加工好的钢筋笼吊装运输就位后，找准桩孔的中心点，垂直缓慢地放入孔内，钢筋笼顶部放置高出自然地面以上约500mm～1000mm时，对钢筋笼进行临时固定，同时对钢筋笼进行调整，保证钢筋笼中心与桩孔的中心线重合。

工况3。待钢筋笼就位调整合格后，采用履带式吊车进行相应位置的钢立柱运输吊装，运输至相应桩孔上空时，稳定吊车后，观察钢立柱与桩孔的相对距离，然后按指挥缓慢移动并就位，使钢立柱中心垂线与桩孔重点在一个垂线上时，缓慢地下钩，把钢立柱底部临时插入孔内的钢筋笼内，此时应注意插入钢立柱时应缓慢进行，插入的深度不得超过2000mm，然后停止钢柱的下插。

工况4。启动吊车，缓慢降落钢筋笼，直至钢筋笼套入钢立柱的长度满足设计要求的长度和标高。随后将钢筋笼吊筋悬挂在钢柱钢筋笼吊耳上。

工况5。钢筋笼吊筋悬挂在吊耳上后，启动吊车按设计的标高进行下放，整个钢立柱见图1。

图1 钢立柱吊装工况

4.6 钢筋笼和钢管柱垂直度调整

垂直控制系统采用测斜管测量，钢柱对中以后，将垂直度监控探头放入测斜管内，探头通过电缆沿PVC管内的十字槽滑入测斜管中，分两个轴向采集数据，共80个数据，每0.5m采集一个数据，利用数据绘制垂直度初始曲线图。通过钢调垂控制架，利用螺杆微调整水平位置，粗调整立柱垂直度利用上下共八个千斤顶螺杆进行，并通过计算机与测斜仪连接，数据自动分析处理，直观反馈钢管柱的垂直度，根据数据开展现场微调工作，直至钢管柱垂直精度符合规范规定值范围内，见图2。

图2 钢立柱调整步骤平面图和剖面图

4.7 钻孔桩水下混凝土浇筑及柱桩不同强度等级混凝土转换

钻孔桩水下混凝土浇筑。施工采用预拌商品混凝土，预拌商品混凝土初凝时间为5±1h，坍落度160mm～200mm，预拌商品混凝土的和易性、均匀度、温度、保水性检验合格后倒进施工工具漏斗中。灌注钻孔桩水下混凝土时，设置阀门在导管和漏斗之间并关好，导管应比孔底高50cm左右，然后将漏斗和储料斗混凝土装满后再打开阀门开始正式浇注钻孔桩水下混凝土。在钻孔桩混凝土浇筑过程中，灌注混凝土顶面的标高应进行实测实量，控制导管埋入深度在2m～6m。应连续灌注混凝土，不得出现中断灌注情况。

柱桩不同强度等级混凝土转换。①先进行低强度（桩身）混凝土浇筑施工，待桩身混凝土浇筑至钢立柱底部以下约2000mm时，暂停浇筑；②更换C60高强度混凝土，高强度混凝土浇筑至桩顶设计标高以上1500mm时，暂停混凝土浇筑，此时钢导管需埋入混凝土内；③顶部沿桩孔与钢柱之间的空隙，人工四周先回填0.3m高沙袋，然后均匀回填1：2级配砂石料至桩顶-0.8m处，以防混凝土从管外上升。待钢管柱内混凝土浇筑完成后，在钢管柱外壁与混凝土护壁之间浇筑80cm厚低强度混凝土，以稳定钢管柱以防偏位；④浇筑时桩身不能出现收缩情况，混凝土充盈系数宜在1.0～1.3。混凝土浇完后48h，才能拆除调垂架，以防钢管柱偏位，见图3。

图3 灌注桩与钢管柱不同等级混凝土转换示意图

5 结语

本项目充分结合工程复杂地质条件和周围脆弱环境选择全逆作法施工，既保证了周围环境稳定和施工安全，又保证了上下结构同时施工的工期。“一桩一柱”逆施工技术通过液压调垂，电脑传感数据，使成桩精度误差小于1mm，垂直度可达到1/500以上。在日常施工作业中通过地面操作，测斜仪即时显示，可以随时监控立柱从安装至固定期间的垂直度情况，控制方便，成桩工效提高1/3，有效降低人力物力，响应绿色施工理念，降低工程成本，更符合建筑工业化的发展方向。吾悦广场项目实践表明，通过逆作法“一柱一桩”技术，桩身完整性及单桩承载力经检测完全可以满足设计要求，对于深基坑工程中钻孔灌注桩内插钢格构柱及逆作法工程中一柱一桩的施工有极大的借鉴意义，此项施工工艺值得大力推广。