超高層逆作法施工工藝研究

趙喜慶

摘?要： 隨著大型城市建筑用地的日襟見(jiàn)肘，越來(lái)越多的超高層建筑施工周邊環(huán)境變得越來(lái)越惡劣，如何有效確保周圍環(huán)境及人的安全？成為施工優(yōu)先考慮的因素，因此在超高層結(jié)構(gòu)施工期間，優(yōu)先考慮逆作法施工工藝。

關(guān)鍵詞： 逆作法;界面層;上下同步逆作法

【中圖分類號(hào)】TU74?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.41.117

1?工程概況

某工程位于東南沿海省會(huì)城市，總建筑面積18.76萬(wàn)m2，其中地上部分122245 m2，地下部分62463 m2。

建筑設(shè)計(jì)概況：

本項(xiàng)目地下5層，主樓地上42層，其中地下5至地下2層為停車庫(kù)、設(shè)備用房與后勤用房;地下1層至8層主要為貨架式商業(yè)，9層為酒店服務(wù)用房;10層避難層;11～24層酒店客房層;25層避難層;26～42層為辦公;以上為20.7m高構(gòu)架;標(biāo)高220m處設(shè)停機(jī)坪;人防位于地下3～5層。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況：

主樓為帶加強(qiáng)層框架核心筒結(jié)構(gòu)（柱為鋼管混凝土柱，核心筒為鋼筋混凝土，梁板為鋼筋混凝土。）;銀行附樓為框架結(jié)構(gòu);商場(chǎng)附樓為框架支撐結(jié)構(gòu)（柱為鋼管混凝土柱，支撐為鋼支撐，梁板為鋼筋混凝土）。

2?裙樓逆作施工部署

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程先沿建筑物地下室軸線施工地下連續(xù)墻（已由業(yè)主指定的專業(yè)分包正在施工），同時(shí)施工建筑物地下室中間支撐樁和基礎(chǔ)工程樁，作為施工期間于底板封底之前承受上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的支撐。然后進(jìn)行降水施工與首層土方明挖，再施工首層的梁板樓結(jié)構(gòu)（界面層），作為地下連續(xù)墻剛度很大的支撐;隨后逐層向下降水、暗挖土方和逆作地下各層結(jié)構(gòu)，直至底板封底。上部各層結(jié)構(gòu)以首層的樓面結(jié)構(gòu)為平臺(tái)同步向上逐層施工;如此地面上、下同時(shí)進(jìn)行施工（上下同步逆作法），直至工程結(jié)束。

豎向支撐樁柱作為逆作法施工的關(guān)鍵工序，共有不同直徑的90多根鋼管柱需要與工程樁形成豎向支撐樁柱，逆作鋼管柱垂直度要求較高，施工難度大。

3?鋼管柱逆作施工工藝

（1）鋼管柱逆作施工工藝流程：澆筑調(diào)垂架安裝平臺(tái)混凝土→ 測(cè)量定位→安裝調(diào)垂架→確定工具段牛腿標(biāo)高→安裝工具段→彈出鋼管柱柱中心線（軸線）→吊裝→入樁孔→調(diào)垂儀校正鋼管柱→鋼柱固定→安裝混凝土澆筑平臺(tái)→澆筑混凝土→ 鋼管柱糾偏→回填粹石→ 拆除調(diào)垂架。

（2）施工要點(diǎn)：

1）調(diào)垂架安裝混凝土地坪：是用來(lái)安裝調(diào)垂架和混凝土澆筑平臺(tái)，必須有足夠的強(qiáng)度，用C20混凝土澆筑，平臺(tái)尺寸為3000×3000×20mm，平臺(tái)中間預(yù)留柱孔位洞口。由于平整度直接影響調(diào)垂架安裝的水平度，因此要求混凝土地坪平整度控制在5mm以內(nèi)，否則會(huì)影響調(diào)垂架安裝的平整度，進(jìn)而影響鋼管柱垂直度精度。地坪如下圖所示：

2）鋼管柱調(diào)垂架

由于鋼柱安裝垂直度精度要求很高。為保證鋼柱安裝垂直度符合設(shè)計(jì)要求，需設(shè)計(jì)鋼柱安裝支撐架，支撐架主要其固定鋼柱、調(diào)節(jié)鋼柱垂直度作用。調(diào)垂架高為2.8m，長(zhǎng)寬均為2.0m，由[20槽鋼焊接而成，調(diào)垂架每個(gè)腿底部焊接一塊300×300×20mm 鋼板。要求調(diào)垂架上部所在平面水平。調(diào)垂架安裝就位：根據(jù)控制網(wǎng)放出柱子定位軸線及檢查線、放出調(diào)垂架安裝線（要求調(diào)垂架中心與柱子中心重合、誤差控制在2mm內(nèi)，并在調(diào)垂架上部橫梁上做好標(biāo)記，以備安裝鋼柱用。）;根據(jù)已放好的調(diào)垂架安裝線用膨脹螺栓將調(diào)垂架固定在事先做好的混凝土地坪上，每個(gè)支腿用四個(gè)直徑16mm膨脹螺栓將鋼板固定在混凝土地坪上。要求調(diào)垂架安裝水平。

3）設(shè)置安裝工具段

設(shè)計(jì)通常要求，鋼管柱高出±0.00樓板1m，這樣鋼柱與調(diào)垂架之間有段高度差，在這之間設(shè)置安裝工具段，由于現(xiàn)有地面存在高差，為保證工具段的通用性，工具段統(tǒng)一加工2.0m長(zhǎng)。在工具段上四個(gè)面焊接耳板，通過(guò)耳板把鋼柱支撐在調(diào)垂架上，在調(diào)垂架頂部四角設(shè)置調(diào)節(jié)鋼柱水平位置的花籃螺絲。工具段與鋼柱通過(guò)連接板用安裝螺栓連接。工具段耳板標(biāo)高的確定：由于現(xiàn)有地面標(biāo)高不同，安裝鋼柱時(shí)工具段上耳板位置不同，必須根據(jù)調(diào)垂架頂部橫梁標(biāo)高確定工具段上耳板的標(biāo)高。并確保工具段上四個(gè)牛腿在同一個(gè)平面，且垂直于鋼柱中心線。彈出鋼柱柱中心線（軸線）：從鋼柱底部開始用經(jīng)緯儀彈出柱子兩根相互垂直面的中心線（軸線），中心線延長(zhǎng)至工具段頂部，這兩根中心線是柱子安裝時(shí)調(diào)垂的基準(zhǔn)線，精度要求達(dá)到1/2000。

4）鋼柱吊裝就位

在樁孔（一般要求垂直度控制在1/400）驗(yàn)收合格、樁鋼筋籠下放到位、調(diào)垂架安裝并通過(guò)驗(yàn)收后，開始吊裝鋼柱。鋼柱起吊后盡量讓鋼柱垂直地面，再將鋼柱調(diào)入到樁孔內(nèi)并放置在調(diào)垂架上，用調(diào)垂架頂部四個(gè)花籃螺絲調(diào)整鋼柱的水平位置，使鋼柱中心與調(diào)垂架中心重合，上部支承耳板處用限位塊固定，防止其水平滑動(dòng)。

5）鋼管柱的垂直度調(diào)整

①控制精度分析

針對(duì)鋼管加工質(zhì)量與制作鋼管板材的缺陷，以及傾角傳感器底座的誤差，采取在鋼管插入樁孔之前，利用吊車和調(diào)垂臨時(shí)將鋼管調(diào)直，將傾角傳感器裝好，采用經(jīng)緯儀與鋼管十字雙向?qū)?zhǔn)后讀取傾角傳感器的角度初始值，以修正上述的誤差。X、Y方向各設(shè)2套傾角傳感器，確保其實(shí)施的精度要求。傾角傳感器設(shè)置在+0.8m處，消除了鋼管工作段由于吊裝導(dǎo)致變形而引起的誤差。

②垂直度初調(diào)

鋼柱吊裝到位后是懸掛在支架上的，鋼柱的形狀又比較對(duì)稱，因此鋼柱安裝到位后，靠鋼柱本身的重量，可以使其基本保持垂直，其調(diào)整方法分兩步進(jìn)行，含初調(diào)和精調(diào)。

用經(jīng)緯儀觀察，調(diào)整鋼柱繞支架頂面轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到初步調(diào)整支架垂直度的目的。如下圖所示：

③垂直度精調(diào)

采用垂直控制系統(tǒng)對(duì)鋼柱進(jìn)行垂直度微量精確調(diào)整。該系統(tǒng)的工作原理是通過(guò)傾角傳感器，將鋼柱垂直度信息傳給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)發(fā)指令給液壓千斤頂，千斤頂根據(jù)指令水平頂壓鋼柱，使鋼柱垂直度達(dá)到要求。操作時(shí)，通過(guò)固定在調(diào)垂架四角調(diào)垂系統(tǒng)的四個(gè)千斤頂?shù)墓ぷ?，?lái)實(shí)現(xiàn)鋼管柱的精調(diào)，合格后，對(duì)系統(tǒng)垂直度歸零。

6）鋼柱固定

鋼柱平面位置、標(biāo)高、垂直度全部校正安裝到位后，要進(jìn)行臨時(shí)固定。上部支承耳板處用限位塊固定，防止其水平滑動(dòng)，下部仍用液壓油缸頂緊。

（3）鋼筋籠導(dǎo)向鋼筋和混凝土澆筑平臺(tái)的使用

本工程逆作法采用的一樁一柱，為了防止由于鋼筋籠的偏位而影響鋼柱的入孔位，在每個(gè)樁鋼筋籠上焊接導(dǎo)向鋼筋，使鋼柱沿導(dǎo)向鋼筋插入樁鋼筋籠內(nèi)。由于樁柱一次性連續(xù)澆筑混凝土，為了減少澆筑混凝土?xí)r對(duì)鋼柱垂直度的影響，單獨(dú)為澆筑混凝土設(shè)置一個(gè)操作平臺(tái)，此操作平臺(tái)不能與調(diào)垂架相連，彼此不接觸。澆筑混凝土的導(dǎo)管由平臺(tái)中部向下插入鋼柱內(nèi)，平臺(tái)中部設(shè)置專用卡具固定導(dǎo)管，防止?jié)仓炷翆?dǎo)管碰撞鋼柱而影響鋼柱垂直度?；炷翝仓脚_(tái)安裝應(yīng)平穩(wěn)，平臺(tái)四角固定在已調(diào)垂架混凝土地坪上，防止平臺(tái)移動(dòng)碰撞鋼柱。

（4）混凝土的澆筑

1）選擇具有資質(zhì)和實(shí)力的商品混凝土商，提前將配合比及混凝土澆筑通知單送給監(jiān)理單位驗(yàn)收批準(zhǔn)，待監(jiān)理工程師簽發(fā)混凝土澆筑通知單后方可進(jìn)行樁身混凝土的澆搗。

2）澆筑前應(yīng)事先確定混凝土的垂直運(yùn)輸方法和澆筑順序。

3）驗(yàn)收合格后，清洗護(hù)壁及樁底，確保樁底沒(méi)有沉渣，且抽干地下水，孔底剩余的少量積水須用鐵瓢把水排干。

4）鋼筋籠安裝后，應(yīng)對(duì)其標(biāo)高、軸線、垂直度、保護(hù)層進(jìn)行檢查符合要求后，及時(shí)請(qǐng)監(jiān)理單位驗(yàn)收，辦理隱蔽工程簽字手續(xù)。

5）澆灌前，應(yīng)事先安裝好傳料串筒，串筒底距樁底混凝土面不大于2.0米，保證混凝土不產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象。

6）嚴(yán)格控制混凝土的水灰比、坍落度，坍落度控制在設(shè)計(jì)配合比的范圍內(nèi)，應(yīng)由取驗(yàn)員檢驗(yàn)其坍落度，合格后方可開始澆搗?，F(xiàn)場(chǎng)混凝土試塊制作采取隨機(jī)取樣制作，制作時(shí)，應(yīng)請(qǐng)監(jiān)理人員監(jiān)督檢查，試塊制作數(shù)量應(yīng)嚴(yán)格按“JGJ94-2008”《樁基技術(shù)規(guī)范》的要求制作，且保證每根樁必須有一組試塊。

7）混凝土澆灌時(shí)，宜采用插入式振動(dòng)器，分層搗實(shí)（振搗時(shí)人工下井作業(yè)），每層澆搗高度≤0.5米。整個(gè)樁芯混凝土必須連續(xù)澆搗成型，保證樁身完整，密實(shí)性良好。

8）樁身混凝土澆灌也可采用導(dǎo)管泵送方式。

9）在混凝土澆灌前，應(yīng)事先測(cè)好每個(gè)樁孔口標(biāo)高，及設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，用紅油漆作上標(biāo)記，以便混凝土澆搗時(shí)，控制澆搗面的標(biāo)高，樁頂浮漿根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際澆注情況預(yù)留高度不少于0.5m。

10）在樁頭混凝土初凝后及時(shí)回填至地面。

11）對(duì)插鋼管柱的人工挖孔樁，樁身混凝土澆灌采用導(dǎo)管泵送商品混凝土施工，混凝土坍落度可適當(dāng)加大。

12）由于樁柱一體施工，樁與柱混凝土強(qiáng)度不同，樁混凝土強(qiáng)度相對(duì)較低為C40，柱混凝土強(qiáng)度較高為C60。澆筑時(shí)怎樣實(shí)現(xiàn)混凝土強(qiáng)度轉(zhuǎn)換，是施工難點(diǎn)。采用理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)混凝土相結(jié)合，樁混凝土再少2m3，以確保柱部分混凝土強(qiáng)度達(dá)到C60。首批混凝土量灌注應(yīng)超過(guò)導(dǎo)管底口0.8m，灌注過(guò)程中混凝土面應(yīng)高于導(dǎo)管下口2.0m。混凝土澆筑必須連續(xù)不斷進(jìn)行直至柱頂，以免影響樁和柱混凝土澆筑質(zhì)量。在混凝土灌注過(guò)程中，當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)混凝土不滿含有空氣時(shí)，后續(xù)澆筑混凝土宜徐徐灌入漏斗和導(dǎo)管，不得將混凝土整斗從上面放入導(dǎo)管內(nèi)，以免在導(dǎo)管內(nèi)形成高壓氣囊，擠出管節(jié)間的橡膠墊而使導(dǎo)管漏水。

（5）樁孔粹石回填及調(diào)垂架拆除

在樁體部分混凝土澆筑完成后，必須在孔位四面同時(shí)回填粹石。為了確保鋼管柱柱的安裝質(zhì)量，防止因樁基混凝土強(qiáng)度不足而不能承受格構(gòu)柱重量，懸掛鋼柱的調(diào)垂架必須待樁基混凝土澆筑24小時(shí)后，四周碎石填充后才能拆除，工具段在混凝土澆筑完成后拆除。

（6）上部不進(jìn)行鋼管柱和格構(gòu)柱施工的樁孔，用原狀素土進(jìn)行回填，為施工提供工作面，減少安全隱患。

4?施工過(guò)程中精度的控制與糾偏

4.1?鋼管柱垂直度控制及糾偏

鋼管柱垂直的控制和糾偏一直是逆作法施工的難點(diǎn)和重點(diǎn)，是逆作法施工成敗的關(guān)鍵，為解決逆作法施工的關(guān)鍵性技術(shù)難題，設(shè)置調(diào)垂架、獨(dú)立混凝土澆筑平臺(tái)、安裝調(diào)垂儀等措施來(lái)控制鋼柱與樁體鋼筋籠的垂直度。

由于鋼管柱是安裝在樁孔中，因此必須確保樁孔本身的垂直度。必須對(duì)每個(gè)樁孔進(jìn)行超聲波檢測(cè)，保證樁孔垂直度達(dá)到設(shè)計(jì)要求規(guī)定的要求。此外，本工程采用的是一樁一柱，樁柱同時(shí)施工，設(shè)計(jì)要求鋼管柱插入樁體內(nèi)3.0m。樁體內(nèi)鋼筋籠的傾斜也會(huì)導(dǎo)致鋼管柱發(fā)生偏移，而影響鋼管柱的垂直度。因此，安裝鋼筋籠是通過(guò)導(dǎo)向鋼筋懸掛固定在護(hù)筒上，保證鋼筋籠不發(fā)生下沉和偏位。整個(gè)鋼筋籠通過(guò)導(dǎo)向吊掛在樁孔口，懸掛樁底標(biāo)高上方5～10cm，確保鋼筋籠垂直及鋼管柱插入樁鋼筋籠中。

4.2?鋼管柱現(xiàn)場(chǎng)拼裝的直線度控制

本工程逆作施工的鋼管柱長(zhǎng)度達(dá)26.1m，由于運(yùn)輸方面等問(wèn)題，不能在工廠一次加工成型，需在現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接而成，由于鋼柱采用的是成品鋼管，工廠不需對(duì)接，所以加工時(shí)其垂直度一般沒(méi)問(wèn)題，關(guān)鍵是現(xiàn)場(chǎng)拼裝對(duì)接，本工程每根鋼柱分三段，在現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接而成，現(xiàn)場(chǎng)拼裝的直線度控制是關(guān)鍵。其主要措施是：在現(xiàn)場(chǎng)塔設(shè)拼裝胎架，胎架用水準(zhǔn)儀抄平，誤差控制在2mm內(nèi)，并在胎架側(cè)面設(shè)置1m檢查線;在鋼柱上彈出相互垂直的2條中心線（軸線），拼裝時(shí)其中一條垂直地面朝上，根據(jù)這2條中心線和1m檢查線用經(jīng)緯儀調(diào)整控制鋼管柱直線度;同時(shí)為控制好焊接變形，拼裝的鋼柱剛性固定在臺(tái)架上，焊接時(shí)每條對(duì)接焊縫采用2人同時(shí)對(duì)稱施焊。通過(guò)以上措施為不影響鋼柱安裝垂直度，鋼管柱直線度控制在2mm內(nèi)。