地下空间工程格构柱桩施工技术研究

陶世馨 TAO Shi-xin

（中国葛洲坝集团第一工程有限公司，宜昌 443002）

0 引言

随着我国经济的飞速发展，对地下空间的利用率越来越高，深基坑工程也越来越普遍。在深基坑工程中，基坑支护体系非常关键，对基坑支护施工技术的研究也极其重要[1]。格构柱桩作为基坑支护体系中的竖向受力结构，是基坑支护结构中的一种常见形式[2]。在格构柱桩施工过程中，如何保证格构柱的标高、垂直精确度，是影响工程施工质量的关键[3-5]。本文以南京江北新区地下空间工程为例，对格构柱桩施工技术进行研究，通过合理打立柱桩和利用主体结构工程桩作立柱桩两种类型的施工，有效解决如何控制格构柱桩施工质量和垂直度的问题。

1 项目概况及地质概况

江北新区地下空间一期建设工程，位于江北新区核心区域，总用地面积约29.66 公顷，地下总建筑面积约85.10万平方米。其中本区段工程为总高600m 的多功能塔楼，主结构高约533m，塔楼包含地上116 层和4 层地下室。地块基坑面积11000m2，基坑长为423m，预估挖深23.90～28.20m，基坑安全等级为一级。

场区地貌类型上属长江漫滩平原区。场区地表多为人工填土，浅部为全新统冲湖积淤泥质粉质黏土，中部为全新统冲积粉细砂及上更新统冲洪积中粗砂及卵砾石，下伏基岩为白垩系浦口组泥质砂岩、砂质泥岩。岩面起伏不大，一般埋深在64.7～68.7m 左右。场地南侧为长江，距场地仅600m 左右。场地深部分布有巨厚的高富水承压含水层，厚度约45～80m，且具有承压性、含水量丰富、透水性极强。

2 格构柱桩施工重难点

①根据场地地质条件分析，土体性质对基坑支护结构受力和变形控制较为不利，需采取合理、可靠的支护结构体系。基坑工程面临突出的地下水问题。为确保基坑的安全，必须采取可靠的地下水控制措施。

②本项目设计格构柱桩数量多，长度长，垂直度要求高，需要精准把握施工工艺，才能保证施工质量。

3 主要施工技术

3.1 格构柱桩构造

本工程支撑结构格构柱桩，主要包括格构柱和立柱桩两部分，上部格构柱为钢构件，下部立柱桩为钢筋混凝土钻孔灌注桩基础。格构柱桩上部采用540×540mm2的格构柱作为临时中立柱，长度为25.4～30.9m。下部立柱桩共分为增打立柱桩和利用主体结构工程桩作立柱桩两种类型，增打立柱桩采用Φ900mm 的钻孔灌注桩，利用工程桩，按照工程桩桩基原设定成孔工艺进行。

格构柱长度约为25.4～30.9m，所用角钢、钢板为Q235B 钢，采用500×400×14 缀板。立柱桩为Φ900mm 的钻孔灌注桩，格构柱插入钻孔灌注桩部位大于3.0m。格构柱桩构造详见图1，立柱的角钢结构详见图2、图3。

图1 格构柱桩结构图

图2 角钢拼接平面图

图3 角钢拼接立面图

3.2 格构柱桩划分

本工程格构柱尺寸为0.54×0.54m，格构柱桩分6 种类型，共计109 根，增打工程桩命名为ZD-LZ，利用工程桩命名为LY-LZ，具体详见表1。

表1 格构柱桩类型统计表

3.3 技术操作要点

格构柱桩上部格构柱中心偏差不大于20mm，垂直度的允许偏差应不大于1/300。下部钻孔灌注桩，采用反循环钻机进行成孔，注浆采用桩端后注浆工艺，桩身混凝土设计强度等级为水下C30，中心偏差不大于20mm，桩身垂直度偏差不大于1/200。利用工程桩，按照工程桩桩基原设定成孔工艺进行，裙楼区域用作立柱桩的工程桩有效桩长加长至40m，桩顶至格构柱以下1m 范围扩张至φ900mm，采用桩端后注浆工艺。

为保证格构柱桩施工质量，需重点研究以下工序要点：①埋设护筒。选用1 台液压挖掘机或旋挖钻机，将直径Φ1000mm，长2～5m 长护筒打入孔内进行护壁。②钻孔。增打立柱桩选用反循环钻机，泥浆固壁，钻进成孔。③清孔。桩孔成孔后，在钢筋笼插入孔内前，进行第一次清孔，成渣厚度满足要求后，下放钢筋笼和钢立柱，钢筋笼和钢立柱下放完成后进行第二次清孔，成渣厚度满足要求后即可浇筑[6]。清孔方式均采用泵正循环清孔。④钢筋笼下设。钢筋笼在现场胎架上整体制作成型，分节吊装下设；吊车采用50t 及以上履带吊。⑤格构柱下设。格构柱在现场胎架上整体制作成型，整体吊装下设；吊车采用50t 及以上履带吊。⑥混凝土浇筑。桩体混凝土采用水下直升导管法浇筑。⑦空桩回填。利用工程桩回填方式与工程桩相同，采用C10 混凝土回填；增打立柱桩空腔及格构柱与桩孔侧壁之间采用级配碎石、砂石回填。

3.4 成孔施工技术

①成控设备。结合工程地质条件和工期、质量要求，本工程增打立柱桩选择反循环钻机进行施工，利用工程桩按原工程桩施工方法不变。

②成孔工艺。针对不同地质层选用不同的钻头、钻进压力、钻进速度及适当的泥浆比重。钻进过程中及时滤渣，同时经常注意地层的变化，在地层的变化处均应捞取渣样，判断地质的类型。经常检查泥浆的各项指标。

③桩孔质量检测。桩孔质量参数包括：孔深、孔径、钻孔垂直度等。1）孔深：钻孔前先用水准仪确定护筒标高，并以此作为基点，按设计要求的孔底标高确定孔深，以测锤确定孔深。2）孔径用探孔器测量，若出现缩径现象应进行扫孔，符合要求后进行下道工序。3）垂直度：采用双向锤球或孔锤测定，偏差应小于1%。

④清孔。1）第一次清孔。桩孔成孔后，在钢筋笼及临时立柱（格构柱）插入孔内前，进行第一次清孔，用泵正循环清孔，使密度达1.2 左右。2）第二次清孔。钢筋笼、临时立柱（格构柱）及导管下好后，用泵正循环进行第二次清孔，第二次清孔时间不少于30min。清孔结束后孔底500mm以内的泥浆相对密度应小于1.2，含砂率应小于3%，提高泥浆的持壁性能，保证孔径质量、桩端沉渣＜50mm。

3.5 钢筋笼、格构柱加工及下设

①加工要点。格构柱桩主要由抗拔桩钢筋笼和格构柱两部分组成，其中格构柱插入钻孔桩长度为3～4m。钢筋笼制作应严格按照图纸施工。本工程中钢筋笼整体加工，主筋采用机械连接，主筋的连接接头以50%错开。格构柱采用现场加工制作。②钢筋笼制作。本工程钢筋笼最大重量约12.472t，最大长度57m，在胎架上分节加工成型。钢筋笼采用分节制作、分节吊装下设，笼长30～57m，利用工程桩钢筋笼加密区箍筋的间距100mm，非加密区箍筋的间距为200mm，增打立柱桩钢筋笼加密区箍筋的间距200mm，非加密区箍筋的间距为300mm；在骨架外侧设置保护层混凝土块，其间距竖向为5m，每个断面设不少于3个，1.2m 利用工程桩主筋保护层厚度为70mm，其他钢筋笼主筋保护层厚度为50mm。③格构柱制作。该格构柱主要设计为混凝土支撑下部，钢构件连接均为满焊。格构柱长度为25.4～33.2m，钢立柱嵌入钻孔灌注桩3～4m，格构柱最大重量为12.787t。钢立柱与钻孔灌注桩主筋焊接，一起吊放，钻孔灌注桩桩径1.2m/0.9m/0.8m。

因本工程格构柱长度大，不便于运输，格构柱采用分节组装焊接。单节格构柱采用模具定位进行拼装，以保证格构柱的垂直度。

3.6 混凝土浇筑

增打立柱桩，采用水下C30 混凝土。利用原工程桩的按工程桩标准配料。入仓时坍落度18～22cm，扩散度49～55cm；1.5h 后坍落度≥15cm。初凝≥12h，终凝≤24h。施工前根据原材料的情况进行混凝土配合比试验以取得最适合的配合比。施工时据现场材料的含水量等调整各种材料的用量。灌注桩混凝土浇灌可采用泥浆下直升导管法浇筑，导管直径为Φ250mm，导管开浇顺序为自低处至高处。导管距孔底25cm 左右，采用满管法开浇。采用1 根导管中心位置浇筑，导管均匀进料，混凝土面高差不大于0.5m，导管埋深不得小于2m，不宜超过6m。立柱桩内混凝土泛浆高度须满足相关规范要求且应满足基坑基底开挖面标高以上混凝土超灌高度不小于1m。

增打立柱桩内外侧回填级配碎石、砂石，要求四周均匀投料，同时计量其方量，回填的方量须接近计算方量；利用主体结构工程桩使用C10 混凝土回填。

4 结语

本项目特点是钢格构柱数量多、长度长、垂直度要求高等，为保证标高、方位精确度，本工程设立立柱桩，分为增打立柱桩和利用主体结构工程桩作立柱桩两种类型。增打立柱桩选择反循环钻机进行施工，利用工程桩按原工程桩施工方法不变。本施工技术具有如下优点：

①工程桩兼作立柱桩，能优化竖向结构设计，节省材料，降低工程造价。

②增打立柱桩选择反循环钻机进行施工，反循环挖钻机具有成孔快速、整体重量轻、性价比高、维修保养费用低等优点。

③能适应场地的地质条件，满足格构柱桩的标高和垂直度要求，同时工程质量合格。

本工程的经验可为类似项目施工提供参考。