逆作法一柱一樁新型調(diào)垂工藝的應(yīng)用

胡 錦 顧兵兵

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

目前國內(nèi)基坑工程一柱一樁逆作法中鋼立柱的調(diào)垂方法基本分為氣囊法、機(jī)械調(diào)垂架法和導(dǎo)向套筒法等。一般用此方法能夠?qū)摴軜洞怪倍瓤刂圃?/300～1/600以內(nèi)，但無法達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的1/600～1/1 000的精度。為了加快施工進(jìn)度，滿足越來越高的垂直度要求，需要對(duì)現(xiàn)有調(diào)垂工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，從而保證一柱一樁施工精度需求。

本文以上海董家渡金融城工程為例，對(duì)一柱一樁的施工調(diào)垂工藝進(jìn)行應(yīng)用研究，形成一套高效、經(jīng)濟(jì)的逆作法施工工藝。

1 工程概況

董家渡金融城位于上海市核心城區(qū)南外灘，東至中山南路，南至董家渡路，西至外倉橋街，北至王家碼頭路，地塊總面積約74 089 m2（圖1）；其中一柱一樁工程位于董家渡金融城項(xiàng)目北塊GL地塊。本工程±0 m相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高＋4.40 m，自然地坪（相對(duì)）標(biāo)高為－0.40 m。鉆孔灌注樁徑850 mm，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為水下C40混凝土，采用樁端后注漿，設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度最大值為5 200 kN，設(shè)計(jì)抗拔強(qiáng)度最大值為3 000 kN。

圖1 平面位置

逆作區(qū)共包含鋼管一柱一樁295根，灌注樁采用φ850 mm，為保證鋼筋籠順利下放，上部擴(kuò)徑至1 400 mm，鋼管立柱插入灌注樁身5 m，并在端頭設(shè)置環(huán)板，鋼管柱截面尺寸為550 mm×20 mm，鋼管柱最長長度為29.4 m，最大質(zhì)量9.5 t。由于該項(xiàng)目處于黃浦江畔，為軟土地基，對(duì)于一柱一樁垂直度要求控制在1/600以上，故采用了新型調(diào)垂工藝以滿足設(shè)計(jì)要求。立柱樁混凝土強(qiáng)度為水下C40，主筋保護(hù)層厚度50 mm，鋼管柱內(nèi)側(cè)灌注自密實(shí)微膨脹混凝土（強(qiáng)度等級(jí)水下C60）。

根據(jù)勘察報(bào)告，場地地基土勘察深度范圍內(nèi)均為第四系松散沉積物，主要由飽和黏性土、粉土和砂土組成，分屬不同層次的亞層。

2 一柱一樁調(diào)垂工藝原理

本工程對(duì)立柱的垂直度精度要求高，目前國內(nèi)常用的調(diào)垂系統(tǒng)很難滿足高精度、施工高效的要求。因此需研發(fā)應(yīng)用新型調(diào)垂設(shè)備，本項(xiàng)目采用上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心研發(fā)的高精度激光測斜儀及上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司研發(fā)的調(diào)垂盤共同調(diào)垂施工。

調(diào)垂工作原理主要是利用鋼管在胎架上焊接完成后，安裝主激光測斜儀十字鋼板。十字鋼板與鋼管螺栓連接并固定。工作時(shí)，在鋼管另一端安裝有機(jī)玻璃光靶，打開主激光測斜儀，調(diào)整激光線對(duì)準(zhǔn)有機(jī)玻璃光靶中心，并不斷轉(zhuǎn)動(dòng)胎架進(jìn)行調(diào)整，確保激光線偏離光靶中心始終不大于5 mm（圖2），以保證鋼管在地面拼裝的垂直度要求。鋼管柱吊起插入鋼筋籠并和調(diào)垂盤連接固定后，增設(shè)副激光測斜儀，并利用主激光測斜儀調(diào)整鋼管柱垂直度，在滿足要求后將數(shù)據(jù)移至副激光測斜儀進(jìn)行下一步混凝土澆筑過程管樁的調(diào)垂[1-4]。

圖2 測試原理

3 一柱一樁調(diào)垂施工

3.1 鋼管進(jìn)場

3.1.1 進(jìn)場檢驗(yàn)

核對(duì)每根進(jìn)場鋼管對(duì)應(yīng)的一柱一樁編號(hào)并確定其現(xiàn)場使用位置，對(duì)材質(zhì)證明、數(shù)量、外觀進(jìn)行檢查和驗(yàn)收。

1）抗剪栓釘。核對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)處栓釘，按規(guī)范要求核查外觀焊接質(zhì)量、數(shù)量、布置間距、位置及栓釘檢測痕跡。

2）吊裝孔、返漿口、調(diào)垂盤固定口。主要核對(duì)吊裝孔、返漿口、調(diào)垂盤固定口的尺寸及開設(shè)位置。

3）襯板。焊接位置、焊縫外觀質(zhì)量要嚴(yán)格控制，符合設(shè)計(jì)要求。

3.1.2 現(xiàn)場拼焊

由于施工現(xiàn)場受限，且鋼管樁最長達(dá)29.4m，無法直接運(yùn)送至施工現(xiàn)場，故需要分節(jié)運(yùn)輸至現(xiàn)場后采用現(xiàn)場焊接的方式。

1）準(zhǔn)備工作。圓管拼接前，端頭開單面20°坡口。圓管環(huán)縫拼接前，打磨并去除坡口兩側(cè)50mm范圍內(nèi)鐵銹、氧化皮、油污等雜質(zhì)，使坡口兩側(cè)露出金屬光澤即可。準(zhǔn)備好圓管組裝胎架和環(huán)縫焊接專用滾動(dòng)胎，并按圓管拼接長度合理布置滾動(dòng)胎位置。

2）圓管拼裝。拼裝在胎架上進(jìn)行，不得在地面上直接進(jìn)行拼裝。圓管一端先焊接固定鋼襯墊，鋼襯墊安裝時(shí)，邊點(diǎn)焊邊用榔頭敲打固定，使鋼襯墊與圓管密貼。鋼襯墊采用6 mm×40 mm×L規(guī)格的扁鐵。拼裝時(shí)，確保拼接接頭尺寸；裝配間隙為6（0，＋2）mm。在確保裝配尺寸符合要求后，對(duì)拼接的圓管整體拉線，在確保直線度符合制作要求后，用馬板對(duì)拼接圓管進(jìn)行固定，在內(nèi)側(cè)檢驗(yàn)鋼襯墊密貼情況，對(duì)不符合要求的進(jìn)行修正。

3）圓管拼樁焊接。采用CO2氣體保護(hù)焊打底，焊絲為ER50-6，φ1.2 mm；埋弧焊填充和蓋面，埋弧焊絲為H10Mn2，φ5.0 mm，焊劑SJ101。CO2氣體保護(hù)焊打底，為確保焊縫根部熔透，焊接時(shí)須擺動(dòng)焊接，采用240～260 A的電流、28～32 V的電壓進(jìn)行焊接。埋弧焊在專用滾動(dòng)胎上進(jìn)行焊接，埋弧焊接電流在650～720 A范圍內(nèi)，電壓在27～32 V范圍內(nèi)，速度在300～500 mm/min范圍內(nèi)。

4）焊接檢驗(yàn)。焊縫在焊接完成24 h后進(jìn)行100%超聲波檢測，符合GB 11345—2013《焊縫無損檢測 超聲檢測 技術(shù)、檢測等級(jí)和評(píng)定》B級(jí)檢驗(yàn)，Ⅰ級(jí)合格。焊縫外觀余高控制在3 mm以下，不得有超過0.4 mm的咬邊、表面裂紋、未焊滿等超標(biāo)缺陷。

5）鋼管堆放要求。鋼管堆放場地應(yīng)平整，不積水。鋼管需堆放在專用支架或枕木上，支架或枕木數(shù)量及間距根據(jù)堆放要求布置，以控制鋼管因堆放帶來的撓度變形。

3.2 安裝主激光測斜儀并校正

鋼管在胎架上焊接完成后，安裝主激光測斜儀十字鋼板，十字鋼板與鋼管螺栓連接并固定（圖3）。在鋼管另一端安裝有機(jī)玻璃光靶，打開主激光測斜儀，調(diào)整激光線對(duì)準(zhǔn)有機(jī)玻璃光靶中心，并不斷轉(zhuǎn)動(dòng)胎架進(jìn)行調(diào)整，確保激光線偏離光靶中心始終不大于5mm。

圖3 主激光測試儀及光靶安裝

3.3 GL區(qū)一柱一樁調(diào)垂

3.3.1 定位放線、埋設(shè)護(hù)筒、一次清孔

在埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，其中心線與樁位中心線偏差不得大于20 mm，護(hù)筒底部應(yīng)深入原狀土層不得少于200 mm。護(hù)筒定位后，護(hù)筒與孔壁之間用素土擠密夯實(shí)，以增大護(hù)筒的側(cè)壁摩阻力。采用GPS 20型鉆機(jī)成孔，立柱樁成孔垂直度≤1/300，并控制孔底沉渣厚度小于10 cm。

3.3.2 下放樁鋼筋籠、安裝校正架

定位校正架安裝，將四邊中心刻有“十”字線記號(hào)定位校正架與混凝土地坪上的軸線控制點(diǎn)吻合，確保鋼管柱（格構(gòu)柱）安裝后對(duì)準(zhǔn)護(hù)筒中心及對(duì)準(zhǔn)x與y支撐軸線并與各邊軸線垂直或平行，用全站儀測量定位校正架四周，確保定位校正架安裝水平，將立柱定位底架與地面預(yù)埋螺栓鉚接牢固。

3.3.3 下放鋼管柱、安裝測斜儀

根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定，下放鋼管柱并控制其鋼管柱插入樁身大于3 m。下放鋼筋籠、鋼管柱，鋼管柱吊裝到位后安裝十字鋼板及主激光測斜儀。

3.3.4 放置調(diào)垂盤

采用上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司自主研發(fā)的調(diào)垂盤（圖4），將定位好的十字線引出樁心位置，并調(diào)整校正架的中心亦處于樁心。定位架的高度為700 mm，為方便校正架的校正，鋼管柱高度加工時(shí)也相應(yīng)增加長度至自然地坪以上800 mm。樁帽在定位架內(nèi)，立柱（鋼管柱）的頂端用滑板夾緊后，緊固螺栓與樁帽固定，為保證樁帽與立柱在同一水平線，需在現(xiàn)場拼接。樁體與定位架固定以后，通過測量裝置顯示，用千斤頂將其在所需調(diào)整方位（共8個(gè)）進(jìn)行校正。

圖4 校正架固定

3.3.5 增設(shè)副激光測斜儀及澆筑混凝土

利用主激光測斜儀垂直度讀數(shù)對(duì)鋼管垂直度進(jìn)行調(diào)整，直到垂直度達(dá)到要求。然后將主激光測斜儀讀數(shù)同步至副激光測斜儀，爾后拆除主激光測斜儀及十字鋼板，灌注樁身及管身混凝土，利用副激光測斜儀進(jìn)行此階段管身垂直監(jiān)測及調(diào)整，并做好每根樁的垂直度監(jiān)測記錄。

這里需要注意的是，鋼管柱內(nèi)需灌滿高低2種標(biāo)號(hào)的混凝土，為了保證混凝土澆灌質(zhì)量，確保進(jìn)入勁性柱內(nèi)的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求，計(jì)劃采取一次性不分層水下混凝土灌注工藝，具體方法如下：從鋼管柱內(nèi)插入灌注混凝土導(dǎo)管，進(jìn)行二次清孔。然后按常規(guī)進(jìn)行水下C40、C35混凝土灌注，在施工過程中，由專人負(fù)責(zé)混凝土面上升測試控制。當(dāng)該部分混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)指定的2種混凝土交接面時(shí)，調(diào)整控制好導(dǎo)管在混凝土內(nèi)的插入深度及灌注速度，然后進(jìn)行高標(biāo)號(hào)水下混凝土灌注。在鋼管柱內(nèi)灌注高標(biāo)號(hào)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)指定的樁頂標(biāo)高以上3 m，此時(shí)開始回填碎石，并繼續(xù)灌混凝土，同時(shí)測量混凝土上升面；由于灌混凝土架須移位后方能回填碎石，為控制鋼管內(nèi)外壓差，宜控制回填碎石速度，以使其與灌混凝土速度相匹配，當(dāng)鋼管口充分泛混凝土后，灌混凝土結(jié)束。

3.4 垂直度控制效果

激光傾斜儀監(jiān)測系統(tǒng)是激光器和傾斜儀的有機(jī)組合，激光傾斜儀在鋼構(gòu)柱上要精確定位并保證有足夠高的精度。工程中，首先將微型激光器巧妙地與高精度傾角傳感器結(jié)合成一個(gè)整體，確保能利用激光定位快速安裝高精度傾角傳感器，并保證足夠的定位精度。安裝時(shí)調(diào)整激光傾斜儀的調(diào)整裝置，令激光束與鋼立柱管柱體母線平行，達(dá)到鋼格構(gòu)柱管體與傳感器定位安裝面相互垂直的目的。當(dāng)鋼立柱管體下到樁孔中時(shí)，激光傾斜儀即可實(shí)時(shí)輸出鋼格構(gòu)柱管體的傾斜變化。

基于激光傾斜儀監(jiān)測系統(tǒng)，本項(xiàng)目完成295根一柱一樁施工，每一根的施工均采用激光調(diào)垂設(shè)備，其中95%達(dá)到了1/600的精度，更有25%的立柱達(dá)到了1/1 000的精度。調(diào)垂時(shí)間也大大地縮短了。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測，工人熟練操作后可以在30 min內(nèi)完成鋼管樁起吊安放及調(diào)垂工作，滿足本項(xiàng)目要求。

4 結(jié)論

1）通過運(yùn)用新型激光傾斜調(diào)垂監(jiān)測系統(tǒng)，加快了施工速度，提高了效率，節(jié)約了施工成本，提高了逆作法樁基施工垂直精度。從完成的鋼管樁施工情況來看，施工質(zhì)量滿足本工程調(diào)垂需要，能夠適用于逆作區(qū)的立柱樁調(diào)垂工作。采用的雙聯(lián)置換式激光測斜設(shè)備，可確保在一柱一樁施工過程中對(duì)鋼管柱垂直度的全過程監(jiān)測及動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保一柱一樁垂直度控制在1/600以內(nèi)。同時(shí)，為以后類似調(diào)垂系統(tǒng)的工程應(yīng)用提供參考。

2）本文所描述的調(diào)垂系統(tǒng)能夠滿足操作簡便、高精度的要求，但是在復(fù)雜的施工條件下，對(duì)于鋼管柱施工完成后因交叉施工產(chǎn)生的土體擠壓而再次遭受變形的因素仍不可控制，對(duì)后期的精度控制有一定影響。