蓋挖逆作法下的后起鋼管柱分節(jié)定位安裝技術(shù)

中國(guó)建筑第八工程局有限公司天津分公司 天津 300452

0 引言

當(dāng)今，蓋挖逆作工藝已經(jīng)是地鐵車站施工中的首選方案，特別是在超大超深及富水軟土地區(qū)中深基坑工程的應(yīng)用更為廣泛[1-5]。在蓋挖逆作施工過(guò)程中，首先施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)，然后施工中間工程樁和鋼管柱，其中大部分鋼管柱直接抱插錨入工程樁基中形成中間樁柱一體化[6-9]。但在天津?yàn)I海國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建配套交通中心工程中有部分鋼管柱依坐于結(jié)構(gòu)底板梁上，因其下無(wú)工程樁而無(wú)法先行抱插施工，在蓋挖逆作施工工藝中此種后起鋼管柱的安裝施工一直是難以解決的技術(shù)難題。

通過(guò)研究分析，我們創(chuàng)新性地提出了鋼管柱分節(jié)定位安裝技術(shù)，即把鋼管柱分為上中下3 節(jié)，在蓋挖逆作頂板結(jié)構(gòu)施工時(shí)先行施工鋼管柱上節(jié)，然后在底板結(jié)構(gòu)施工時(shí)對(duì)應(yīng)安裝施工鋼管柱下節(jié)，復(fù)核鋼管柱上下節(jié)后再定位安裝鋼管柱中間節(jié)部分，最后從頂板預(yù)留澆筑管澆筑鋼管柱內(nèi)混凝土。天津?yàn)I海國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建配套交通中心工程深基坑采用這種方法，較好地完成了蓋挖逆作工藝下后起鋼管柱的安裝施工，經(jīng)過(guò)復(fù)核所有鋼管柱施工質(zhì)量均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

1 工程概況

天津?yàn)I海國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建配套機(jī)場(chǎng)交通中心工程位于天津?yàn)I海國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓北側(cè)進(jìn)出港區(qū)域及其東側(cè)的空地下，主要由軌交2號(hào)線機(jī)場(chǎng)站、京津城際鐵路機(jī)場(chǎng)站、地下停車場(chǎng)工程、換乘通道工程與正在運(yùn)營(yíng)的T1航站樓連接通道工程以及和T2航站樓連接的集散大廳工程組成。工程分為4 個(gè)標(biāo)段，其中第3合同段為地下2 層框架結(jié)構(gòu)，采用樁筏板基礎(chǔ)，豎向結(jié)構(gòu)為鋼管柱及混凝土側(cè)墻，橫向結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土梁板。該合同段的結(jié)構(gòu)剖面如圖1所示。

圖1 標(biāo)段車站結(jié)構(gòu)剖面

工程采用蓋挖逆作工藝施工，106 根中間樁柱采用HPE工法施工。其中，D軸有10 根鋼管柱坐落在地下連續(xù)墻上而無(wú)法先行抱插施工，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況采用了鋼管柱分節(jié)定位安裝方案。分節(jié)定位安裝的鋼管柱Φ1.2 m、高8.95 m、壁厚25 mm、質(zhì)重約15 t。

2 鋼管柱施工技術(shù)要求

2.1 鋼管柱施工工藝流程

鋼管柱施工工藝流程如圖2所示。

圖2 鋼管柱施工工藝流程

2.2 鋼管柱設(shè)計(jì)加工

鋼管柱的加工要根據(jù)土方開(kāi)挖深度、吊裝難易程度、焊接難易程度等因素合理確定上中下3 節(jié)鋼管柱的尺寸。經(jīng)過(guò)研究，本工程采用上節(jié)鋼管柱長(zhǎng)2 m，下節(jié)鋼管柱長(zhǎng)2 m，中間節(jié)鋼管柱根據(jù)上下節(jié)安裝完成后測(cè)得的凈高合理確定加工尺寸。

2.3 鋼管柱安裝施工操作要點(diǎn)

2.3.1 上節(jié)鋼管柱的安裝

（a）第一步土方開(kāi)挖后澆注C25混凝土墊層，厚250 mm，再進(jìn)行放線澆筑混凝土底座，埋設(shè)鋼管柱導(dǎo)向器。待混凝土底座達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，用全站儀重新校核導(dǎo)向器中心位置。鋼管柱導(dǎo)向器的安裝方式見(jiàn)圖3。

（b）塔吊將鋼管柱首節(jié)吊運(yùn)至底座周邊，使用吊車將鋼管柱抬起端放至混凝土底座上300 mm處，對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向器位置后緩慢下放至底座上。調(diào)整位置后使鋼管柱與底座間保證密實(shí)（圖4）。

圖3 鋼管柱導(dǎo)向器安裝示意

圖4 上節(jié)鋼管柱安裝示意

（c）上節(jié)鋼管柱內(nèi)填厚300 mm沙，埋設(shè)混凝土澆筑管深入沙50 mm，澆筑管Φ250 mm。鋼管柱頂板托板焊接6 根錨入筋，與頂板結(jié)構(gòu)相連。最后綁扎頂板及頂板下梁鋼筋并支模板澆筑混凝土。

（d）施工完成后，對(duì)上節(jié)鋼管柱內(nèi)混凝土進(jìn)行剔鑿處理，剔鑿成倒鍋形，在倒鍋形最下邊邊緣處鋼管柱預(yù)留Φ15 mm混凝土澆筑觀測(cè)口，便于后期混凝土澆筑排氣。

2.3.2 下節(jié)鋼管柱的安裝

（a）在底板開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，剔鑿地下連續(xù)墻墻頭部分混凝土，施工厚500 mm墊層并找平。測(cè)量放線后將鋼柱定位器安裝到相應(yīng)位置，并利用施工墊層時(shí)預(yù)留的定位筋、底板元寶筋共同定位鋼柱定位器的水平及豎直位置，經(jīng)過(guò)焊接使之固定，確保鋼柱定位器穩(wěn)固。

（b）預(yù)先綁扎梁底鋼筋，其位置于定位器2 個(gè)法蘭盤(pán)之間，綁扎過(guò)程中盡量不觸碰鋼柱定位器。梁底鋼筋綁扎完畢后，再次復(fù)核鋼柱定位器是否移動(dòng)并與設(shè)計(jì)中心重合。澆注鋼柱定位器混凝土底座，并保持鋼柱定位器上高強(qiáng)螺栓與設(shè)計(jì)位置重合。梁底鋼筋、定位器、混凝土底座位置如圖5所示。

（c）待混凝土底座滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再次復(fù)核鋼柱定位器位置。符合要求后，利用汽車吊安裝鋼管柱柱腳部分，并使用高強(qiáng)螺栓緊固（圖6）。鋼管柱柱腳與混凝土底座間的縫隙用比底座混凝土高一標(biāo)號(hào)的自流平砂漿填充。

（d）梁頂鋼筋共計(jì)2 排，第1排17 根，第2排12 根，綁扎梁頂鋼筋時(shí)，第1排兩側(cè)12 根主筋及第2排鋼筋加工成幾字形，兩側(cè)各6 根分別繞過(guò)鋼管柱，第1排中間5 根鋼筋雙面焊接于鋼管柱法蘭盤(pán)上，焊縫長(zhǎng)度大于5d，底梁及底板鋼筋綁扎完成后，澆筑底板混凝土。梁頂鋼筋布置見(jiàn)圖7。

圖5 下節(jié)鋼管柱底部示意

圖6 高強(qiáng)螺栓固定下節(jié)鋼管柱

圖7 梁頂鋼筋布置示意

2.3.3 中間節(jié)鋼管柱的安裝

（a）綜合考慮安裝及焊接難易程度，待下段鋼管柱安裝完畢后，測(cè)量下段與上段鋼管柱間的凈距，根據(jù)實(shí)際測(cè)量得到的尺寸重新核定中段鋼管柱的長(zhǎng)度，加工時(shí)中段的長(zhǎng)度較實(shí)際空間垂直距離小10 mm，并對(duì)中段鋼管柱進(jìn)行坡口切割處理。

（b）在中段鋼管柱兩側(cè)焊接吊車端運(yùn)牛腿并在鋼管柱上下兩端焊接限位鋼筋，采用叉車將中段鋼管柱運(yùn)至指定位置，因中間段預(yù)留空間較小，在進(jìn)行安裝時(shí)要求1 名測(cè)量工及1 名信號(hào)工輔助叉車司機(jī)進(jìn)行定位移動(dòng)。

（c）通過(guò)經(jīng)緯儀和靠尺保證3 段鋼管柱的垂直度和平整度，先用電弧焊點(diǎn)焊固定，再撤除叉車進(jìn)行滿焊，焊接質(zhì)量經(jīng)探傷檢測(cè)滿足規(guī)范要求。

2.4 鋼管柱內(nèi)混凝土的澆筑

（a）鋼管柱混凝土采用C50自密實(shí)混凝土，選擇高位拋落無(wú)振搗法，利用混凝土自由下落所得的重力加速度沖擊能量，使混凝土擠密，這兩者的雙重效果可以保證混凝土的密實(shí)性[9]。為減少收縮量，混凝土需加入適量的微膨脹劑。

（b）澆筑混凝土從頂板預(yù)留的空洞進(jìn)行高位拋落混凝土，每根鋼管柱澆灌混凝土前先在其底部澆灌厚100～200 mm的C50水泥砂漿，以避免初灌混凝土落下時(shí)粗骨料產(chǎn)生彈跳現(xiàn)象。

（c）鋼管柱內(nèi)混凝土澆灌要連續(xù)進(jìn)行，間歇時(shí)間不應(yīng)超過(guò)混凝土終凝時(shí)間。

3 結(jié)語(yǔ)

天津?yàn)I海國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建配套交通中心工程作為天津地區(qū)的超大超深基坑工程，在后起鋼管柱的施工中首次采用分節(jié)定位安裝技術(shù)，質(zhì)量驗(yàn)收全部通過(guò)且取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，充分說(shuō)明了此工藝在蓋挖逆作施工中的適用性。當(dāng)前我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，特別是城市軌道交通工程建設(shè)正大規(guī)模興起，大部分城市因地質(zhì)原因綜合考慮下，首選蓋挖逆作施工方案，在主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到后起鋼管柱的施工，分節(jié)定位安裝技術(shù)以其極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)得以體現(xiàn)。