逆作法深基坑工程中双钢管立柱应用

谷彦霖GU Yan-lin；王国梁WANG Guo-liang

（①中建七局总承包公司，郑州 450000；②郑州市工程质量监督站郑州经济技术开发区分站，郑州 450000）

0 引言

常规的深基坑施工主要是采取敞开式方式进行，先要通过支护结构进行围护之后垂直开挖，或者采取大放坡开挖到设计标高之后进行钢筋混凝土浇筑，然后按照从下到上的顺序进行结构施工，最后才能够进行地上结构施工，此种施工方式需要消耗大量时间。而逆作法则先顺着建筑物基坑轴线进行连续墙、支护桩等施工，同时按照设计支撑图在建筑物内位置浇筑或者进行中间支撑桩施工。可以将首层的梁板作为地下连续墙的首道支撑，之后逐层向下开挖土方和施工地下各层结构，直至底板封底，能够节省大量施工时间。对于逆作法深基坑工程来说，最主要的内容之一就是立柱桩的施工和控制。一般情况下立柱桩往往采用单钢管立柱或者格构柱的方式，这些方式的安装定位方式已较为成熟。但是在深基坑工程中对于钢立柱进行精准定位始终是施工控制难点，具体应用中很难对其进行控制[1]。针对此，本文提出逆作法深基坑工程中双钢管立柱的施工方式。此种技术主要是通过双钢管立柱当作内支撑立柱和永久结构柱来应用，在灌注桩作业期间应当确保双钢管立柱同步下移，为此应当严控双钢管立柱作业。为保证双钢管立柱装设的精准度，可依托“专业的激光倾斜仪、定位架”加以管控。此外，运用先插法、调控泥浆配制比的方法进行双钢管立柱装设以确保双钢管作业效果。

1 案例工程概况

广东省珠海市横琴新区的IDG 中心项目是深基坑项目，整体而言，基坑周长大概在506m 左右，基坑的规模达到1.7328m2，挖掘深度处于17mm-20m 区间。此基坑项目使用逆作法作业，基坑主体架构采用的是“三道混凝土内撑板支护和钢筋混凝土地下持续强融合”的方式，把基坑当做重要的1 级安全级别。此基坑工程位于塔楼内，把双钢管内支撑柱当做重要的永恒性架构柱。按照该工程的具体规模设定11 根双钢管立柱桩，双钢管的直径分别为700mm、800mm，总体长度在22.75m。桩的长度在38-45m，桩径在2400-2600mm 范围内，双钢管立柱嵌入到桩内部约1.5m，成孔深度在70m 左右。施工区域存在着非常厚的塑状淤泥，平均厚度即16m[2]。

2 双钢管立柱技术的创新点

2.1 制作双钢管立柱

为了确保现场的有效施工，在加工厂完成钢管立柱的预制加工，要确保钢管制作满足设计以及施工标准规范。特别注意的是，在双钢管对接加工过程中一定要确保加工焊接平台的水平度，避免引发对接之后钢管发生偏斜。为了确保双钢管的稳定性，钢管之间要通过Q345B 的钢板将双面进行连接，上下管口要通过同样管径的钢板将其密封，可以通过内衬管对接钢管接长。为了确保良好的垂直度，要确保钢管立柱延长到立柱顶标高到地面之上3.5m的位置，可以在预制场将对接钢管加工成整体，具体情况如图1 所示。

图1 双钢管立柱加工制作调节

2.2 双钢管立柱定位调节支架安装与定位

为了提升双钢管立柱的精准性，还要求在混凝土平台上对定位调控支架点位实施测量放样，同时通过合适材料完成好标记工作。一旦标记完成后，就要把双钢管定位调节支架吊装至混凝土平台之上，确保其和测量放样标志重合，之后对定位调节支架进行调节，通过水平尺对双钢管定位调节支架的平整性进行测量，要保证其偏差＜5mm，如果偏差过大就要应用钢垫板对其予以调控，保证他们能够达到平整度的既定标准。在调控完支架之后，相关人员还需要利用M20 膨胀螺栓对定位调控支架进行固定，确保其牢固安装到混凝土平台上，如图2 所示。

图2 定位平台硬化处理情况

2.3 双钢管立柱的吊装

如图3 是双钢管立柱的吊装施工现场图，为方便精准吊装，在工厂加工双钢管立柱的时候能够在前端与后端配置接收板与激光调直仪，在进行吊装施工以前先对立柱进行调整。在实操时，在1 根钢管上安装接收板和固定激光倾斜仪，应当确保两者的中心位置重合，也就是让双钢管中心线、激光对中线呈现平行状态，借助激光对中线的倾斜水平能够了解双钢管立柱是否竖直。在钢管立柱进到孔中时，应当使用经纬仪、水平靠尺等仪器调节钢管桩竖直度，避免其超差。完成钢管立柱的安装之后，要按照仪器所显示的倾斜度来调整立柱的垂直度（确保偏差取值范围＜3‰）。钢管立柱桩吊装过程中一定要确保定位的准确性，要控制桩位中线和钢管立柱桩中线误差＜5mm。

图3 双钢管立柱吊装施工现场

2.4 双钢管立柱的调节和固定

第一，完成双钢管下放之后要利用倾斜设备的显示仪来展现双钢管各个方向的垂直性，同时也要在定位调节支架测放点位利用十字线来对桩位的情况进行复检。要对钢管立柱的状态进行实时监测，一旦立柱产生偏斜，便会出现角度方面的问题。

第二，如果双钢管出现较大的偏斜，此时就需要予以调控。在调节期间，一般要使用定位调节支架上的千斤顶进行多个角度的调节，保证千斤顶顶实。实际上，还应当依据工况的现实状况、反馈数据判断偏差位置，将此作为前提，以此为基础来调节支架千斤顶，一定要确保激光倾斜仪，实时控制位移读数x、y 轴偏差，保证其契合工程规范。

第三，双钢管充分调整以后有关人员可利用四块规格为200cm×200cm×20cm 的三角板，将双钢管牢固固定在定位调节架上。

3 施工工艺流程与操作要点

3.1 工艺流程分析

不同工程中逆作法深基坑工程双钢管立柱的施工工艺有所差异，但是总体工艺按照如下流程实施：

测量放样—埋设钢护筒—硬化定位平台混凝土—钻机成孔—清孔—进行钢筋笼的制作—钢筋笼的吊装—装配定位架—制作和吊装双钢管的—双钢管的定位调节和稳固—二次清孔—浇筑水下混凝土—定位复测。

3.2 施工具体操作

第一，测量定位。现场施工过程中一定要根据施工图的要求进行控制点导线的测放，先要通过全站仪对立柱桩位点进行精准测量，之后通过木桩或者短钢筋对其进行定位，并且通过复测来避免超差。最后要利用十字交叉法将其引到护筒周边并做好桩点保护，控制桩位误差＜100mm。

第二，护筒安装施工。应当依照桩位点位要求实施护筒作业，所使用护筒的直径长于20cm，并且要确保护筒高度超过3m。护筒放入之后要对坑内桩位点实施再次测量，特别是对于护筒的位置度、垂直度要重点检测，合格后对其进行固定，最后通过黏性土将护筒和孔壁的缝隙填充密实，从而保证护筒位置的准确性[3]。

第三，平台硬化。钢护筒的精准设置完毕以后，应当利用砖渣替换护筒周围地面以上50cm 的土层，之后利用标号为C30 混凝土对周围场所加以硬化处置。为了保证平台具有足够的硬度，要在混凝土内部设置双层φ12@250×250 的钢筋网，同时控制混凝土的厚度在400mm，要控制施工完成后硬化场地平整度偏差＜10mm。

第四，超厚淤泥地质成孔作业。这一项目所在地中出现了较为明显的超厚流塑状淤泥，为了确保桩施工的质量要控制成孔深度在65m 以上，施工过程中要重点关注如下几方面：

①针对泥浆指标予以调配。对于较厚的淤泥地质，此时就要设置一定的泥浆，从而确保孔壁的稳定性。按照本工程的具体情况，经过试验之后确定泥浆指标即密度1.15-1.30g/m3，黏度25-35s，含砂率5%，pH 值8-9。

②充分利用冲挖结合技术。这一项目所采取的双钢管立柱相对比较大，并且桩的分布密度较高，同时需要深入到岩层当中，若仅仅是利用冲桩机，那么成孔的效率很低。而倘若采用旋挖钻机成孔，那么就要继续加长钻杆，同时也要增加其他的机械设备。按照工程的具体情况综合两种成孔机械进行施工，对于上部土层采用旋挖钻机施工，下部岩层采用冲桩机施工，通过此种方式不但能够减小成孔时间、减少设备投入，同时也能够减小淤泥区域孔壁缩颈以及坍塌的可能性，提升成孔的质量。

钻进时要特别关注土层和岩层的变化情况，一旦发生变化则要在土层变化位置取样进行检验，参照前期的勘察报告确定土层情况，将其完整地登记进现场记录表内，然后再对比地质剖面图。在实际钻孔过程中，相关人员还需要及时监控各个流程，尤其是要在实施过程中开始进行动态监控，特别是要对泥浆比例、黏度、砂率等数据进行判定，一旦出现异样，就要求在第一时间内予以调控。

第五，清孔。立柱桩施工要完成两次清孔，其一就是在成孔之后完成清孔，接着就是在安装双钢管桩之后完成清孔工作。实际操作时要利用泥浆置换的方式完成清孔，把导管下渗至间隔孔底80-100mm 的方位，接着再继续往孔内部输入循环泥浆，利用泥浆奖桩孔内部悬浮的泥渣替换出来，直到孔底沉渣全部清理完成[4]。

第六，加工和安装钢筋笼。为加快项目建设进度，另外在作业现场进行钢筋笼的加工。加工钢筋笼过程中应当严格遵守设计标准和有关规则、章程，同时对钢筋尺寸、焊接程度、数目等进行严控，保证加工偏差控制在可接收范围。在制作完钢筋笼以后，应当对其分节安装，并且在孔口位置进行焊接，最后的一节钢筋笼中轴位置的2 根对称主筋的上半部分和吊筋相连，应当依据桩顶高度、孔口高度对吊筋直径进行估计，安装工作完毕后，应当对吊筋进行固定[5]。

第七，钢管立柱吊装、定位、调控及稳固。

①双钢管立柱吊装转场。要将双钢管立柱吊点设定在钢管立柱上部和两边，在双钢管吊点处套好钢丝绳进行吊装转场，为了保证吊装的稳定性，相关人员还需要通过两点起吊的方法，依托吊车将双钢管立柱移动到桩孔临近位置。

②吊装入孔。把位于双钢管尾部的激光接收板移走，有效运用吊车，将双钢管下放到孔口位置，有关人员应当在将其和定位调节架口对准以后逐渐下放，在下放期间，还需要充分调动水平靠尺、全站仪等设备监测点位、垂直度等指标，确保其始终控制在标准范围内，一直到双钢管下降到指定高度后为止。应参考裸露长度大概在1m 的双钢管进行位置、竖直度的判断，下放到既定位置之后，有效使用三角板，以焊接的方式将双钢管固定于支架恰当位置。

第八，先插法管外浇筑水下混凝土。上述工序已经对双钢管的两端进行了密封，所以管体内部属于空洞情况。为此，有关人员应当在双钢管立柱下降施工过程中，增强关注度。下降期间桩孔内的泥浆便对钢管形成一定的承载力，这种承载力不可小觑，严重情况下容易引发钢管上浮。根据既定测验表明，在泥浆含量保持在每立方厘米1.15-1.20g 的情况下，一般不会出现双钢管上浮的问题，如果每立方厘米的泥浆含量高于1.20g，会增大双钢管向上浮起的概率[6]。所以在二次清孔的过程中，相关人员还需要将泥浆含量控制在每立方厘米1.15-1.20g 之间，这种情况下便可以确保水下混凝土浇灌活动顺畅进行。

对于双钢管桩，施工人员应该运用先插法进行混凝土浇灌作业，重点使用规格为φ300mm 的混凝土导管实施导入操作，混凝土型号为C40，具体而言，坍落度管控在18到22cm 之间。动工之前应当认真核查孔的深度、沉渣厚度、导管封闭性，应当把导管设立在和孔底存在30 到50cm 范围内。在前期灌注的过程中，相关人员要及时把控灌注量，防止出现泥浆回流的问题。在混凝土浇筑期间，相关人员要把导管埋入至混凝土内部2-8m 的深度，在混凝土浇筑到钢筋笼底部时需要减缓混凝土入管速度，从而降低混凝土对于钢筋笼的影响，避免钢筋笼发生上浮的情况[7]。

4 结束语

综上所述，逆作法施工技术作为保护基坑和周边建筑物安全的重要方法之一，与传统的正作法施工工艺存在很大差异。随着城市化进程不断加快，城市内可以利用的土地资源日渐稀少，基坑开挖时也逐渐呈现出深度大、规模大，对环境要求高的特点。在核心城区进行深基坑开挖工程时，需要考虑到工程影响范围内的地下建筑及管线等，导致资金成本压力大、工期紧张。而逆作法对周边环境影响小，工艺先进、原理简单，同时经济和社会效益明显，因其能够相对轻松地解决对位移十分敏感的地下结构带来的问题，近年来得到了广泛的应用。

为了进一步明确双钢管立柱，装配垂直度，采用高精度装配技术，将垂直度把控在2.5‰中。在完成基坑掘进以后，应当再次测量所有的双钢管立柱，确定钢管立柱竖直度差值位于1.5%-2.8%之间，满足施工标准规范。通过此技术的应用有效解决了逆作法深基坑工程施工难题，大大缩短了施工工期，节约了建筑结构空间，能够为此类工程提供相应的参考，具有较好的经济和社会效益。