逆作法“灌注樁+格構(gòu)柱”精準(zhǔn)施工技術(shù)

李文旭，李建峰，尹文龍，曹春峰

(中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司，湖北 武漢 430064)

隨著國內(nèi)城市的快速發(fā)展，城區(qū)內(nèi)用地越來越緊張，建筑物高度越來越高，地下層數(shù)越來越多，基坑開挖深度越來越深，基坑周邊環(huán)境也越來越復(fù)雜。逆作法以其施工安全性高，對(duì)基坑周邊環(huán)境影響小等優(yōu)勢(shì)，在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)用越來越廣泛。

黃勇等依托華銘園項(xiàng)目，采用逆作法施工用實(shí)踐證明其基坑開挖對(duì)臨近鐵路軌道影響不大，保證了線路安全運(yùn)營；李新剛依托民福房地產(chǎn)公司待建辦公樓項(xiàng)目，采用逆作法樁柱一體化施工，由監(jiān)測(cè)結(jié)果得，施工后基坑整體性好，沉降控制效果好，對(duì)周邊環(huán)境影響??；代濤等和韓陽等依托南京金茂廣場二期工程，分別基于BIM 和實(shí)際施工對(duì)超大截面逆作法樁施工和鋼柱定位調(diào)垂進(jìn)行了符合工程實(shí)際施工的介紹。其結(jié)果均顯示逆作法具有實(shí)際的工程應(yīng)用價(jià)值與意義。

逆作法中豎向支撐結(jié)構(gòu)一般采用“單樁單柱”形式，即下部為灌注樁，上部為鋼結(jié)構(gòu)柱。灌注樁+格構(gòu)柱是逆作法中“單樁單柱”的一種，其中格構(gòu)柱在地下室豎向結(jié)構(gòu)施工之前承擔(dān)上部水平結(jié)構(gòu)自重及施工荷載，后期格構(gòu)柱外包鋼筋混凝土作為地下室永久結(jié)構(gòu)柱，施工精度要求高，如偏差過大將影響正式結(jié)構(gòu)柱施工且存在一定的安全隱患。因此其施工質(zhì)量極為重要。

傳統(tǒng)做法中，格構(gòu)柱與鋼筋籠連接后同步吊裝，下放后格構(gòu)柱定位精度不易調(diào)節(jié)，后期澆筑混凝土過程中，易對(duì)格構(gòu)柱產(chǎn)生擾動(dòng)進(jìn)而影響其定位、垂直度及旋轉(zhuǎn)角度。

因此，根據(jù)以上問題依托天津市地鐵3 號(hào)線王頂?shù)陶菊淼貕K（迎順大廈）項(xiàng)目，介紹逆作法“灌注樁+格構(gòu)柱”精準(zhǔn)施工技術(shù)。

1 工程概況

本工程為地鐵3 號(hào)線王頂?shù)陶菊淼貕K（迎順大廈）項(xiàng)目，工程位于天津市南開區(qū)迎水道與苑中路交口位置，地鐵3 號(hào)線王頂?shù)痰罔F站旁。項(xiàng)目主要由1#辦公樓（含裙房）、2#住宅樓以及地下車庫組成?？偨ㄖ娣e69 500m2，其中地上建筑面積50 000m2，地下建筑面積19 500m2。本項(xiàng)目最大單體面積36 650m2，最高層數(shù)：地上25 層、地下2 層；最大建筑高度93.4m；基坑大面開挖深度11.8m，局部最大基坑深度16.40m。

根據(jù)本工程巖土工程勘察報(bào)告，場地埋深約100.00m 深度范圍內(nèi)，地基土按成因年代可分為12層，取其中淺層土按照土體類型在全場地范圍內(nèi)地層自上而下分別為素填土層（厚度1.50～3.50m），粉質(zhì)黏土層（厚度3.20～8.90m），淤泥質(zhì)黏土層（厚度1.00～4.50m），粉質(zhì)黏土層（厚度3.90～12.00m），粉砂層（厚度6.0～10.40m）。

根據(jù)勘察期間測(cè)得的數(shù)據(jù)，場區(qū)內(nèi)地下潛水穩(wěn)定水位在2.10m 左右，主要由大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)形式排泄，水位年變幅0.50～1.00m左右。場地第一微承壓含水層承壓水水頭埋深3.30m?；又ёo(hù)與水位關(guān)系圖如圖1 所示。

圖1 基坑支護(hù)與水位關(guān)系圖

2 施工重難點(diǎn)

1）本工程所處地段涉及天津市地鐵3 號(hào)線地上區(qū)域，處于天津市南開區(qū)迎水道與苑中路交口位置，施工要同時(shí)保證公路與地鐵的運(yùn)營安全。

2）場地淺層土體主要為黏土等軟土，土層承壓性較差，有一定施工風(fēng)險(xiǎn)。地下水位較高，降水過程與基坑開挖過程對(duì)地下水位的影響易對(duì)周圍建筑產(chǎn)生影響。

3）場地附近建筑物較密集，施工場地狹窄，施工操作空間較小，還要盡可能減少對(duì)土體擾動(dòng)。

4）本工程設(shè)計(jì)的逆作法施工中，格構(gòu)柱將在外圍做鋼筋砼結(jié)構(gòu)成為永久支撐柱的柱芯，如運(yùn)用傳統(tǒng)單樁單柱施工手段，其格構(gòu)柱定位精度難以保障。

因此根據(jù)以上問題，構(gòu)思應(yīng)用了逆作法施工，并采取“灌注樁+格構(gòu)柱”精準(zhǔn)施工技術(shù)，從而降低施工對(duì)地鐵及周圍環(huán)境的影響，保證施工質(zhì)量。

3 “灌注樁+格構(gòu)柱”精準(zhǔn)施工技術(shù)

3.1 施工工藝流程

1）首先進(jìn)行樁基鉆孔、清孔、下鋼筋籠及混凝土澆筑施工。

2）混凝土澆筑完成后立即將托架、千斤頂及調(diào)垂架就位并調(diào)平，然后吊裝格構(gòu)柱。原工程格構(gòu)柱下部焊接定位鋼筋環(huán)，用來控制其下部定位。

3）原工程格構(gòu)柱下放至地面標(biāo)高后，將接長架與原工程格構(gòu)柱通過連接螺桿進(jìn)行連接，并利用接長角鋼保證兩段格構(gòu)柱角度相同，保證接長架旋轉(zhuǎn)時(shí)原工程格構(gòu)柱可同步、同角度旋轉(zhuǎn)。

4）通過上述操作后可控制原工程格構(gòu)柱下部定位、上部定位及旋轉(zhuǎn)角度。

5）定位、垂直度及旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)符合要求后，將接長架與定位調(diào)垂架固定牢固。待樁混凝土終凝并達(dá)到一定強(qiáng)度后，拆除接長架與調(diào)垂架，并進(jìn)行重復(fù)使用。

3.2 技術(shù)操作要點(diǎn)

3.2.1 灌注樁施工

1）樁位放樣 嚴(yán)格按照測(cè)量及樁基規(guī)范進(jìn)行樁位放樣，“單樁單柱”樁位偏差不應(yīng)大于10mm，開鉆前須重新復(fù)核樁位。

2）護(hù)筒埋設(shè) 護(hù)筒埋設(shè)應(yīng)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，護(hù)筒中心與樁位中心偏差不得大于50mm；護(hù)筒采用4～8mm 厚鋼板制作，其內(nèi)徑應(yīng)大于鉆頭直徑100mm，上部宜開設(shè)1～2 個(gè)溢漿孔；護(hù)筒的埋設(shè)深度不宜小于2.0m，護(hù)筒下端外側(cè)應(yīng)采用黏土填實(shí)。護(hù)筒頂面應(yīng)高出施工地面0.2m。護(hù)筒安裝須嚴(yán)格控制垂直度，確保垂直度在1%范圍內(nèi)。

3）泥漿配置 每臺(tái)鉆機(jī)配置一個(gè)泥漿箱，泥漿箱分為泥漿池和儲(chǔ)漿池，形成泥漿循環(huán)系統(tǒng)。泥漿制備護(hù)壁泥漿采用膨潤土造漿，護(hù)壁泥漿可經(jīng)泥漿凈化裝置凈化后重復(fù)利用，并根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工規(guī)范》制備泥漿。

4）鉆孔 ①初鉆，護(hù)筒內(nèi)泥漿制備完成后開啟鉆機(jī)低速開鉆，直至整個(gè)鉆頭進(jìn)入正常速度鉆進(jìn)；②正常鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)合理調(diào)整和掌握鉆進(jìn)參數(shù)，不得隨意提動(dòng)孔內(nèi)鉆具，在鉆進(jìn)過程中要隨時(shí)檢查泥漿指標(biāo)；③終孔前判斷并確定孔底標(biāo)高，測(cè)量孔徑、孔深、孔位，要求孔徑不小于設(shè)計(jì)樁徑。樁徑允許偏差±50mm，樁定位偏差不應(yīng)大于10mm。終孔后直接進(jìn)行清孔，鉆具提高到距孔底20～30cm，一次清孔時(shí)間持續(xù)在15～30min，孔底沉淤厚度應(yīng)小于100mm。清孔時(shí)輸入的泥漿性能指標(biāo)如表1 所示。

表1 清孔時(shí)輸入的泥漿性能指標(biāo)

5）鋼筋籠安裝 鋼筋籠安裝使用汽車起重機(jī)進(jìn)行吊裝。吊放鋼筋籠入孔時(shí)，應(yīng)對(duì)準(zhǔn)孔位徐徐下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高，避免鋼筋籠碰撞孔壁，若遇阻礙應(yīng)停止下放，查明原因進(jìn)行處理，嚴(yán)禁高起猛落式的強(qiáng)行下放。鋼筋籠頂部應(yīng)焊接吊筋，四周間隔安裝水泥保護(hù)墊塊，確保鋼筋籠垂直度，保證結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

6）下導(dǎo)管、二次清孔 水下混凝土灌注選用鋼制導(dǎo)管，導(dǎo)管內(nèi)徑宜為200/350mm。導(dǎo)管的分節(jié)長度視工藝要求確定，接頭采用雙螺紋絲扣快速接頭。導(dǎo)管安放前應(yīng)計(jì)算孔深和導(dǎo)管的總長度，底節(jié)導(dǎo)管一般為4～6m 長，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)一般為2～3m，上部可放置2～3 根1.0m 的短節(jié)，用于調(diào)節(jié)導(dǎo)管的總長度。樁基導(dǎo)管使用汽車起重機(jī)吊裝，逐節(jié)拼裝，導(dǎo)管下放至導(dǎo)管底口距離樁底300～500mm 為宜。導(dǎo)管安裝完成后，用泥漿進(jìn)行清孔并換漿，根據(jù)設(shè)計(jì)要求二清后樁底沉渣厚度不超過100mm。

7）混凝土灌注 樁基混凝土灌注采用垂直提升導(dǎo)管法施工，灌注設(shè)備主要由導(dǎo)管、混凝土儲(chǔ)料斗、溜槽、漏斗等組成。灌注混凝土過程中，嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量，隨時(shí)檢測(cè)混凝土坍落度，坍落度宜為180～220mm，并根據(jù)規(guī)范要求抽樣制作混凝土試件，以檢驗(yàn)樁基混凝土質(zhì)量。為確保成樁質(zhì)量，樁頂超灌1.0m。

3.2.2 格構(gòu)柱安裝

格構(gòu)柱采用汽車起重機(jī)進(jìn)行吊裝，吊點(diǎn)位于格構(gòu)柱上部。格構(gòu)柱吊放時(shí)應(yīng)精確定位，要求格構(gòu)柱中心線與樁位中心線誤差小于8mm，垂直度偏差小于L/500。

1）格構(gòu)柱安裝流程 灌注樁混凝土灌注→導(dǎo)管移除→吊裝格構(gòu)柱→焊接定位鋼筋環(huán)→下放格構(gòu)柱至地面（臨時(shí)固定）→安裝調(diào)垂架→安裝接長架→接長格構(gòu)柱→下放格構(gòu)柱至設(shè)計(jì)標(biāo)高→調(diào)節(jié)格構(gòu)柱定位、旋轉(zhuǎn)角度→固定格構(gòu)柱→拆除接長架及調(diào)垂架（周轉(zhuǎn)使用）。

2）格構(gòu)柱吊裝 ①格構(gòu)柱安裝采用汽車起重機(jī)吊裝，吊裝過程中根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高在格構(gòu)柱下部樁空孔位置焊接定位鋼筋環(huán)，定位鋼筋環(huán)直徑較樁孔略??；②格構(gòu)柱頂部下放至地面位置后臨時(shí)固定牢固，安裝調(diào)垂架及接長架，接長架通過兩根直徑50mm 螺桿與原工程格構(gòu)柱連接固定，使原工程格構(gòu)柱可隨接長架旋轉(zhuǎn)及移動(dòng)；③接長架連接后通過水準(zhǔn)儀控制將格構(gòu)柱下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高，利用調(diào)垂架對(duì)地上部分接長架進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)垂架采用角鋼及螺桿焊接制作，利用8 根直徑50mm 螺桿對(duì)格構(gòu)柱上部定位及旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行調(diào)節(jié)；④調(diào)節(jié)完成后將格構(gòu)柱固定牢固，拆除調(diào)垂架進(jìn)行周轉(zhuǎn)使用；⑤灌注樁養(yǎng)護(hù)完成后，拆除接長架進(jìn)行周轉(zhuǎn)使用。

3）格構(gòu)柱控制裝置設(shè)計(jì) 如圖2 所示，格構(gòu)柱控制裝置由格構(gòu)柱、接長架、調(diào)垂架和定位鋼筋環(huán)組成。①接長架，利用接長架將原工程格構(gòu)柱穩(wěn)固加長至地面以上700mm，達(dá)到可以在地表操作調(diào)節(jié)原工程格構(gòu)柱定位及旋轉(zhuǎn)角度的目的，接長架設(shè)計(jì)如圖3 所示；②調(diào)垂架，將調(diào)垂架接在接長架的地上部分，需保證調(diào)垂架鋪設(shè)底面的水平度。通過調(diào)節(jié)調(diào)垂架的8 根螺栓松緊度來調(diào)節(jié)控制裝置上部的定位與垂直度，調(diào)垂架設(shè)計(jì)如圖4 所示；③定位鋼筋環(huán)，原工程格構(gòu)柱下部焊接定位鋼筋環(huán)，定位鋼筋環(huán)較樁孔略小，其設(shè)計(jì)如圖5 所示，通過定位鋼筋環(huán)與樁孔幾何大小關(guān)系使格構(gòu)柱下部定位契合樁孔，完成原工程格構(gòu)柱的下部定位。

圖2 格構(gòu)柱控制裝置示意圖

圖3 接長架

圖4 調(diào)垂架

圖5 定位鋼筋環(huán)

根據(jù)以上設(shè)計(jì)，利用調(diào)垂架與接長架控制裝置整體的上部定位與旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而控制原工程格構(gòu)柱頂部的定位與旋轉(zhuǎn)角度，完成原工程格構(gòu)柱的上部定位；利用定位鋼筋環(huán)與樁孔的幾何契合關(guān)系，完成原工程格構(gòu)柱的下部定位。

通過上述的裝置上部定位與下部定位達(dá)到控制原工程格構(gòu)柱的定位、垂直度及旋轉(zhuǎn)角度。

3.3 實(shí)際應(yīng)用效果

本工程將逆作法“灌注樁+格構(gòu)柱”精準(zhǔn)施工技術(shù)成功應(yīng)用，其效果良好，在施工中具有高度普適性。尤其是格構(gòu)柱控制裝置，造價(jià)低便于制作，操作簡單，對(duì)格構(gòu)柱定位及角度控制效果顯著，保證了施工質(zhì)量，有效降低了工程風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

1）樁基施工設(shè)備要根據(jù)實(shí)際工程水文地質(zhì)條件確定，施工過程要嚴(yán)格把控樁孔垂直度，為格構(gòu)柱施工打好基礎(chǔ)。

2）做好接長架與格構(gòu)柱本身的質(zhì)量檢測(cè)，保證其自身垂直度高，降低偏差防止自損。

3）調(diào)垂架布置地面必須保證水平度高，不偏斜，才能達(dá)到應(yīng)有調(diào)垂效果。

4）本技術(shù)大大提高了格構(gòu)柱施工精度，解決傳統(tǒng)逆作法因格構(gòu)柱偏差過大導(dǎo)致的后期返工風(fēng)險(xiǎn)。本工程通過接長架的重復(fù)周轉(zhuǎn)使用，節(jié)約鋼材約73.7t。具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5）本技術(shù)操作簡單，裝置制作方便，安拆快捷，并且可重復(fù)利用，響應(yīng)時(shí)代節(jié)能減排的號(hào)召，具有良好的社會(huì)效益。