鋼管柱逆作法施工實踐

曾維楚，鐘 明，徐 勇，易智宏，熊 濤

(武漢地質勘察基礎工程有限公司，湖北武漢 430030)

鋼管柱逆作法施工實踐

曾維楚，鐘 明，徐 勇，易智宏，熊 濤

(武漢地質勘察基礎工程有限公司，湖北武漢 430030)

鋼管柱逆作法施工時，一方面其水平位移、垂直度等要求非常高，采用普通支撐立柱的施工方法很難達到設計要求;另一方面，在結構設計時，樁身砼與鋼管內砼標號不一致，控制好高低標號砼的澆筑質量又是一大難題。通過武漢南國中心一期試樁工程實例，從鋼管柱定位、垂直度控制和高低標號砼的澆筑3個方面介紹了逆作法鋼管柱施工方法。

逆作法;鋼管柱;調垂架;垂直度控制;砼澆筑

鋼管柱逆作法在超大超深基坑中的運用越來越廣泛，鉆孔樁與鋼管柱的有效結合，大大縮短了工期并降低造價。但鋼管柱在施工時，一方面其水平位移、垂直度等要求非常高，采用普通支撐立柱的施工方法很難達到設計要求;另一方面，在結構設計時，樁身砼與鋼管內砼標號不一致，控制好高低標號砼的澆筑質量又是一大難題。

1 工程概況

位于武漢市漢口解放大道，緊臨精武路的南國中心一期工程，由南國置業(yè)有限公司投資承建，該項目擬采用逆作法施工，先施工4根試樁。試樁相關技術要求:樁徑1000 mm，樁長33～37 m，樁身砼C45，樁垂直度1%，樁位允許偏差75 mm，鋼管型號500 mm×16 mm，鋼管砼C60，鋼管垂直度1/400，鋼管長24.1 m，鋼管允許偏差10 mm。

按照設計圖紙，鋼管需插入樁身3 m，且需在鋼管底下2 m處開始進行高低標號砼置換。

2 關鍵技術分析

根據上述施工技術要求，分析認為有如下幾點重要關鍵技術需要解決。

(1)鋼管柱的垂直度控制。為保證讓其垂直度達到1/400，我單位自行研發(fā)鋼管垂直度定位控制裝置，并配備GZ－2S型灌注樁測井系統(tǒng)隨時對成孔垂直度及樁垂直度進行檢測控制。

(2)鋼管內泥皮清除。為保證鋼管內砼與鋼管有效的粘結，采用氣舉反循環(huán)工藝將其清除。

(3)高低標號砼置換。完成樁基低強度砼澆筑后，在鋼管柱外側開始回填碎石，來平衡鋼管內外壓力差，使高標號砼只在鋼管內返漿。

3 施工工藝

3.1 施工工藝流程

施工準備→硬化預留樁孔→成孔、第一次清孔→鋼筋籠下罩→調垂架安裝→鋼管制作、起吊、定位→鋼管垂直度控制→二次清孔→下導管→砼澆筑→兩天后注漿→調垂架移除。

3.2 關鍵工序

3.2.1 地面硬化

為保證樁基施工機械及鋼管柱調垂架的穩(wěn)定，為后期施工提供有利條件，必須對樁位進行硬化，并預留樁位。本項目采用C20砼，單根試樁硬化面積為4 m×4 m，厚150 mm。

3.2.2 成孔

樁身垂直度控制在1%內，用回轉鉆機施工能保證其垂直度在可控范圍內，反循環(huán)泥漿護壁鉆孔灌注樁成孔工藝是比較成熟的施工工藝，在此不多闡述。3.2.3 鋼管調垂架

在加工廠制作一個2.05 m×2.35 m×3.3 m的井字形鋼管調垂架，上下調整平臺外框及外豎框均采用L160×16角鋼焊接，上下調整平臺內框用兩塊［16槽鋼相對拼焊，并在四邊中心炊一直徑36 mm的圓孔;頂層平臺為灌漿平臺，其內外框架均為L125×12.5角鋼焊接，在頂層平臺上加焊一個防護欄，如圖1所示。

將制作好的調垂架吊放于空位處，使調垂架中心與樁位中心大致重合，調平后，用膨脹螺栓將其與硬化砼地面固定。

3.2.4 鋼管柱的制安

(1)鋼管的選擇。與直縫焊管相比，螺旋焊管具有生產自動化程度高、焊縫質量好等優(yōu)點，特別是其直線度和圓弧度精確的優(yōu)點，有利于垂直度的事前控制，故本項目采用螺旋焊管。

(2)鋼管的制作運輸。由于鋼管柱垂直度要求高，而且鋼管柱長，為保證鋼管柱垂直度達到要求，在安裝前就必須要控制鋼管的直線水平度。為此在漢陽某大型鋼管加工廠加工制作，整體從工廠運至施工現(xiàn)場。輔助鋼管的法蘭亦預先在加工廠焊接好，保證輔助鋼管與鋼管柱連接后中心線重合。同時在輔助鋼管下端氣割出一300 mm×500 mm預留洞口，作為砼泛漿之用。

(3)鋼管的起吊。本項目鋼管柱長，經討論研究決定采用兩點起吊法起吊。

根據力學知識，參見圖2:

鋼管跨中彎矩:

吊點最合理時:MO=MB，可得，a=0.207L。

L=24 m，即a=5 m，將兩吊點設置在離兩端5 m處，鋼管起吊時變形最小，最合理。

(4)設備選型。單根鋼管質量為4.6 t，選用20 t吊車作為副吊，80 t吊車作為主吊。

3.2.5 鋼管柱定位控制

(1)預先從原樁位O點引出A點、B點，使OA⊥OB;

圖2 現(xiàn)場鋼管起吊及受力簡圖

(2)成孔后，將自行研制的鋼管調垂架吊放于孔位，對其調平，初步定位，使樁位中心與調垂架中心基本重合;

(3)鋼管吊裝前，在鋼管柱上彈出兩條水平線(不是鋼管中心線，防止因鋼管制作過程造成本身不平整而產生的垂直度誤差)作為調垂基準線，兩條水平線的端點連接鋼管截面中心成直角，為保證水平線“絕對水平”，在加工廠預先彈出，并做好保護措施;

(4)在鋼管上接一段輔助鋼管，輔助鋼管與鋼管柱通過法蘭剛性連接，通過監(jiān)測上部的輔助鋼管即可控制鋼管柱;

(5)將兩臺全站儀分別架設在A、B兩點，分別監(jiān)測兩條基準線是否居中，若不居中，則調動調垂架上下平臺上的調節(jié)螺栓，直至兩條基準線均居中。

(6)定位調垂后，用4塊槽鋼分別在上下平臺錯位固定，防止?jié)仓艜r導致鋼管偏移。

現(xiàn)在施工情況見圖3～5。

3.1.6 鋼管柱垂直度檢測

鋼管下放完畢后，用GZ－2S型灌注樁測井系統(tǒng)對鋼管柱進行復測，復測結果見表1。

表1 鋼管樁垂直度檢測結果表

圖3 鋼管下放

圖4 施工人員正在調垂

圖5 對調垂后鋼管進行固定

經檢測，結果垂直度為0.13%＜1/400，符合設計要求。

3.2.7 砼澆注

高低標號砼澆筑質量關系到試樁靜載試驗能否達到設計承載力要求。為保證澆筑質量，主要通過以下3步來實現(xiàn)。

(1)樁身低標號砼的澆筑:計算好每罐砼灌注的高度，大約灌注至樁頂以下10 m時，測量砼面高度，同時計算實際充盈系數(shù)，準確計算低標號砼的使用量，直至樁頂以下3 m，完成低標號砼的澆筑。在低標號砼澆筑時，要始終保證導管埋深至少2 m。

(2)高低標號砼置換:在灌注高標號砼前，先緩慢提升導管，使預先標記在導管上的紅色油漆記號和灌漿平臺平齊(此時導管埋入深度為2 m，且導管位于鋼管底2 m)，開始灌注高強度砼，在樁頂下5 m內澆筑速度必須放緩，時時監(jiān)測砼上升速度和澆筑量，并計算其充盈系數(shù)，通過上升速度和澆筑量來控制樁頂下5 m內高強度砼的澆筑及樁頭質量的保證。

(3)鋼管內高強度砼澆筑:在樁頭質量得到保證的前提下，在孔口四周均勻回填碎石，同時繼續(xù)澆筑砼，并測量鋼管外側砼面上升速度，砼面不再上升時停止碎石回填。本項目碎石回填3～4 m時砼面不再上升。

在砼澆筑時，由于泛漿及砼側壓力等原因可能會導致鋼管柱垂直度產生偏差，澆筑時兩臺全站儀時刻對鋼管柱進行檢測，發(fā)現(xiàn)有偏差及時糾偏。

3.2.8 鋼管泥皮處理

二次清孔的泥漿附著于鋼管內壁而形成的泥皮，影響到鋼管砼與鋼管的粘結。本項目用氣舉反循環(huán)清除鋼管泥皮效果極佳。

3.2.9 樁位偏差復測

待樁身砼強度達到70%時，移除鋼管調垂架，并拆卸輔助鋼管，對樁位進行復測，復測結果柱中心綜合偏差63 mm＜75 mm，符合要求。

4 幾點注意事項

(1)成孔是成樁的關鍵，樁孔垂直度直接影響鋼筋籠、鋼管的下置，因此，要重視成孔質量的控制。

(2)鋼管制作及安裝時，鋼管的平整度要得到有效保證，它是調垂的基礎。

(3)砼澆筑速度要慢，砼面在樁和鋼管內的上升速度需要準確的計量。

5 結語

通過前期的充分準備工作，試樁施工非常順利，經全程的監(jiān)測檢查，鋼管的垂直度及定位完全符合要求，達到預期的效果，證明了施工方案的可行性，為我們在逆作法施工中奠定了堅定的基礎。

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Construction Practice of Inversion Construction Method for Steel Pipe Column

ZENG Wei-chu，ZHONG Ming，XU Yong，YI Zhi-hong，XIONG Tao(Wuhan Geological Prospecting﹠Foundation Engineering Co.，Ltd.，Wuhan Hubei 430030，China)

Because of high demand on the horizontal displacement and vertical precision in inversion construction of steel pipe column，it is difficult to meet design requirement by general support stud construction method;and the concrete with different marks for pile body and the lining inside of steel pipe in the structure design bring challenge in grouting quality.With an engineering case of Wuhan，the paper introduced inversion construction of steel pipe column in steel pipe column location，verticality control and grouting of different concretes.

inversion construction method;steel pipe column;verticality adjusting rack;verticality control;concrete grouting

TU473.2

A

1672－7428(2012)04－0056－04

2011－09－27

曾維楚(1986－)，男(漢族)，湖北麻城人，武漢地質勘察基礎工程有限公司，土木工程專業(yè)，從事項目生產及技術管理工作，湖北省武漢市航空路17號，494625366@qq.com。