污水處理廠項目一柱一樁施工工藝研究

0 引言

一柱一樁鋼立柱通常用作逆作法基坑工程中的臨時支撐部件，并在基坑施工完成后通過鋼筋混凝土澆筑的方式形成建筑結(jié)構(gòu)的一部分。相對而言，鋼立柱作為臨時支撐時，如果施工人員對其垂直度和位置定位不準(zhǔn)確，將導(dǎo)致后續(xù)施工受到影響，甚至可能導(dǎo)致工程穩(wěn)定性無法滿足需求，引發(fā)工程返工等影響進(jìn)度的問題。在污水處理廠項目制作中，基坑工程所需要應(yīng)用的一柱一樁鋼立柱數(shù)量相對較多，在工藝質(zhì)量把控不到位時可能導(dǎo)致大量立柱質(zhì)量不合格，產(chǎn)生不必要的成本支出。為此，工程單位需要深入研究一柱一樁施工工藝，做好工程質(zhì)量和進(jìn)度把控工作。

1 逆作法施工中的一柱一樁施工技術(shù)概述

逆作法施工常用于地下建設(shè)結(jié)構(gòu)施工，施工順序為自上而下，即工程單位沿地下建筑周邊布置密排樁或連續(xù)墻圍護基坑，并依靠支撐樁實現(xiàn)各部位的有效支撐，構(gòu)建穩(wěn)定性符合施工需求的豎向承重體系，在此基礎(chǔ)上可以逐步向下挖土方、澆筑建筑結(jié)構(gòu)。逆作法施工中的承重結(jié)構(gòu)主要由支撐樁構(gòu)成，工程單位在確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上選擇對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，采取一柱一樁的施工工藝實現(xiàn)對項目成本的有效節(jié)約，該施工工藝對于鋼管柱垂直度、沉渣控制、成孔施工等具有較高要求，工程單位需加強對一柱一樁施工工藝的研究應(yīng)用。

2 一柱一樁調(diào)垂施工期間注意事項

垂直度誤差控制是一柱一樁施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工程單位需要針對各鋼管柱開展3次垂直度測量工作，實現(xiàn)對鋼管柱垂直度誤差的充分把握。垂直度的測量可以通過圖1所示方法開展，將鋼管一端連接十字鋼板作為裝設(shè)激光測斜儀的平臺，一端裝設(shè)有機玻璃作為光靶，通過激光線對準(zhǔn)光靶中心的方式調(diào)整鋼管垂直度，待鋼管插入鋼筋籠且與調(diào)垂架固定時，利用副激光測斜儀對垂直度進(jìn)行再次調(diào)整。

圖1 垂直度測試原理示意圖

待鋼管柱、灌注樁混凝土初凝后，施工人員可以將管樁測斜儀裝設(shè)于鋼管柱端頭部位，借助藍(lán)牙與電腦對垂直度進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，此時施工人員僅可以通過調(diào)垂架對地面上方的鋼管柱垂直度進(jìn)行調(diào)整，對于灌注樁內(nèi)部的鋼管柱則由于被混凝土固定，無法進(jìn)行調(diào)整，否則將導(dǎo)致鋼管柱形成影響穩(wěn)定性的撓度，而且當(dāng)前測斜儀所檢測的結(jié)果只能代表端頭部位垂直度參數(shù)，施工人員只能通過換柱的方式完成垂直度調(diào)整工作。為此，工程單位需要重視初凝前的鋼管柱垂直度調(diào)整工作，避免后續(xù)耗費更多時間、成本進(jìn)行換柱處理。此外，施工人員也可以根據(jù)圖2所示方式，利用高壓供氣調(diào)垂裝置，通過控制器調(diào)節(jié)氣壓，為鋼柱增加旋轉(zhuǎn)應(yīng)力，完成二次調(diào)垂。

圖2 二次調(diào)垂示意圖

3 某污水處理廠項目一柱一樁施工工藝應(yīng)用分析

3.1 工程概況

某污水處理廠規(guī)劃占地面積約28公頃，項目單位計劃按照每天40萬m的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，后期達(dá)到每天55萬立方米的標(biāo)準(zhǔn)，短期內(nèi)工程用地約19公頃，后期控制用地為8公頃。為滿足工程建設(shè)需求，項目單位擬采用一體化箱體施工，箱體尺寸為350m×350m，頂板標(biāo)高5m，操作層標(biāo)高1m，項目施工期間需采用一柱一樁施工工藝，一柱一樁數(shù)量約1650根，鋼管柱垂直度誤差精度需控制在1/500范圍內(nèi)，一旦誤差超出限制，將產(chǎn)生鋼管柱大規(guī)模偏移等影響工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的問題。為此，項目單位結(jié)合工程現(xiàn)狀選取了適宜的調(diào)垂技術(shù)，并嚴(yán)格控制一柱一樁各項工序施工質(zhì)量，確保工程建設(shè)工作有序推進(jìn)。

3.2 鉆孔、清孔施工工藝

鉆孔前施工人員需借助水準(zhǔn)儀測量現(xiàn)場標(biāo)高尺寸，結(jié)合測量結(jié)果對成孔深度進(jìn)行調(diào)整，依次完成樁點放樣和護筒埋設(shè)工作。針對不同的土層所應(yīng)用的鉆進(jìn)參數(shù)也有所不同，粘土層通常需要使用較低鉆壓和較高鉆進(jìn)速度，轉(zhuǎn)速可以選擇Ⅱ檔；砂土層通常需要使用較高鉆壓和較低鉆進(jìn)速度，轉(zhuǎn)速可以選擇Ⅰ檔。鉆孔施工人員需控制鉆孔位置鄰樁的間距，待混凝土灌注完成并間隔36h后方可在灌注樁附近區(qū)域鉆孔。

成孔之后，施工人員可以采取泥漿護壁循環(huán)清孔的方式完成第一次清孔施工，在操作過程中，施工人員需在鉆孔深度達(dá)標(biāo)后對孔徑、孔深等參數(shù)進(jìn)行測量，并嚴(yán)格控制底部沉渣厚度，避免因10cm以上厚度的沉渣對灌注樁穩(wěn)定性造成影響。在孔底沉渣清理階段，施工人員需對孔內(nèi)水頭高度進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免產(chǎn)生塌孔問題，同時也需要避免采取持續(xù)鉆井的方式清孔，采取泵吸反循環(huán)的方式進(jìn)行清孔處理，待孔底沉渣厚度、含砂率等測試達(dá)標(biāo)后完成清孔施工。

3.3 鋼筋籠加工處理工藝

灌注樁垂直度不合格問題通常與鋼管柱安裝階段出現(xiàn)傾斜情況存在關(guān)聯(lián)，該問題的出現(xiàn)將伴隨鋼筋籠傾斜、成孔傾斜等問題，最終對一柱一樁施工質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。由于鋼管樁、灌注樁的長度較大，且截面直徑存在漸變情況，這需要工程單位分節(jié)制作鋼筋籠，結(jié)合一柱一樁安裝、澆筑需求將各節(jié)鋼筋籠吊裝至指定區(qū)域，并按工序要求開展焊接拼裝工作。清孔完成后，施工人員需對硬標(biāo)高尺寸參數(shù)進(jìn)行測量，結(jié)合測量結(jié)果對吊筋長度進(jìn)行控制，避免出現(xiàn)鋼筋籠安裝偏差過大的問題，誤差最終需控制在±100mm范圍內(nèi)，應(yīng)在裝設(shè)鋼筋籠期間做好兩節(jié)鋼筋籠主筋連接部位的對標(biāo)調(diào)整工作，確保水平與垂直位置對接到位，實現(xiàn)鋼筋籠與樁孔同心度的優(yōu)化調(diào)整。在調(diào)整期間，施工人員應(yīng)注意操作緩慢，避免與土壁碰撞，在焊接期間則通過點焊、綁扎混用的方式將主筋與箍筋連接牢固，最終將孔口與鋼筋籠頂部的間距控制在14m，確認(rèn)無誤后開展注漿管與聲測管的裝設(shè)工作。

3.4 調(diào)垂施工工藝要點

3.4.1 調(diào)垂技術(shù)選型

1650根一柱一樁施工過程中，項目單位需要在短時間內(nèi)完成大規(guī)模鋼管柱、灌注樁的調(diào)整、澆筑施工，為確保工程質(zhì)量滿足需求，垂直度調(diào)整是施工的重點環(huán)節(jié)。為確定垂直度控制標(biāo)準(zhǔn)，對不同項目工程中一柱一樁的垂直度要求與柱樁數(shù)量進(jìn)行調(diào)研，選擇將1/500作為本工程的垂直度控制標(biāo)準(zhǔn)。不同調(diào)垂系統(tǒng)的對比情況詳見表1，HDC高精度液壓法雖然在精度方面較高，但對于操作要求為中間且效率和經(jīng)濟性不高，而調(diào)垂盤法不僅操作簡易、效率高，而且經(jīng)濟性良好，滿足本項目大規(guī)模一柱一樁施工需求，由于該方法的精度僅為1/300，為滿足精度要求，需對其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

表1 現(xiàn)有調(diào)垂系統(tǒng)對比分析

3.4.2 重視對鋼管柱材料的驗收排查工作

工程單位需要重視鋼管柱質(zhì)量對一柱一樁施工質(zhì)量的影響，在鋼管柱采購前需做好供應(yīng)商資質(zhì)、信譽、技術(shù)能力等多方面的調(diào)研工作，組織人員做好生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)督管控工作，并在鋼管柱入場前嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗收檢驗，避免出現(xiàn)鋼管柱自身垂直度相關(guān)參數(shù)不標(biāo)準(zhǔn)等情況。

3.4.3 結(jié)合項目特點對調(diào)垂架優(yōu)化改進(jìn)

①方案一。

為滿足工程建設(shè)需求，實現(xiàn)對一柱一樁施工中鋼管柱垂直度調(diào)整精度高效控制，工程單位可按照圖3、圖4所示方式對調(diào)垂架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使用4組可調(diào)鋼管螺桿作為撐腳，滿足調(diào)垂架的水平調(diào)節(jié)需求，同時將4組螺桿抱夾分別裝設(shè)于東南西北四個方向，其中2組位于上方、2組位于下方，能夠結(jié)合需求對鋼管柱的方向進(jìn)行調(diào)整；調(diào)垂架頂部增設(shè)具有500mm直徑孔的孔口板，該直徑尺寸略高于鋼管柱，能夠用于初步調(diào)整鋼管柱的垂直度。

圖3 調(diào)垂架結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

圖4 調(diào)垂架示意圖

應(yīng)用該方案將鋼管柱垂直度調(diào)整完畢后，施工人員在澆筑前復(fù)測時通常會發(fā)現(xiàn)部分鋼管柱的垂直度與之前測量結(jié)果存在較大偏差，現(xiàn)場檢查人員發(fā)現(xiàn)，調(diào)垂架雖然將鋼管柱垂直度調(diào)節(jié)到位，但1650根鋼管柱的裝設(shè)間距相對較近，極易出現(xiàn)外力碰撞等影響調(diào)垂架穩(wěn)定性的問題。針對這一情況，施工人員需在調(diào)垂完成后將4組抱夾緊固到位，并利用膨脹螺栓將調(diào)垂架固定于混凝土地基上，避免因外力撞擊引發(fā)鋼管柱偏移問題。

②方案二。

新型調(diào)垂盤主要部件為鋼絲繩調(diào)節(jié)架、底座以及調(diào)節(jié)板，其中調(diào)節(jié)板分為角鋼格構(gòu)柱調(diào)節(jié)板與鋼管混凝土柱調(diào)節(jié)板，詳見圖5。工作原理為水平固定底座，借助調(diào)節(jié)板將鋼立柱固定，通過鋼絲繩調(diào)節(jié)架調(diào)節(jié)鋼立柱的垂直度，在高精度傾角儀監(jiān)測設(shè)備的監(jiān)控下調(diào)節(jié)鋼立柱的垂直度直到達(dá)到工程要求，傳感器示意圖詳見圖6，垂直度調(diào)整效果詳見表2。通過對比發(fā)現(xiàn)，該方案效率、精度更高，更能滿足調(diào)垂施工需求。

圖5 新型調(diào)垂盤

圖6 傾角傳感器工作示意圖

表2 “一柱一樁”垂直度統(tǒng)計

3.5 混凝土澆筑

項目單位需要在混凝土澆筑環(huán)節(jié)重點關(guān)注樁頂擴孔區(qū)的施工質(zhì)量，施工期間需結(jié)合現(xiàn)場情況對灌注導(dǎo)高高度進(jìn)行調(diào)整，避免成樁質(zhì)量無法滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。在實踐操作時，施工人員應(yīng)在導(dǎo)管沉放至孔底時向上提拉0.5m，將第一斗混凝土澆筑完成后續(xù)始終將導(dǎo)管在混凝土中的埋入深度控制在1.3-1.8m；第二斗混凝土澆筑后續(xù)適當(dāng)提拉導(dǎo)管，避免在混凝土中的埋入深度超出2m。在水下施工環(huán)境中，施工人員需在二次清孔后立即開展混凝土澆筑施工，并將導(dǎo)管埋深控制在2-8m范圍內(nèi)，結(jié)合澆筑清孔對導(dǎo)管埋深進(jìn)行實時調(diào)整，待混凝土初凝后將鋼筋籠吊筋切斷，并抽出護筒，開展表面泥漿清理工作。為固化樁底沉渣，施工人員可以采用二次樁底注漿工藝，漿液可選取硅酸鹽水泥材料，注漿期間需對注漿壓力、注漿量等嚴(yán)格控制。

4 結(jié)語

綜上所述，在污水處理廠項目施工期間，工程單位所應(yīng)用的一柱一樁施工需重點控制鋼管柱的垂直度，對于鋼管柱數(shù)量較多且工期較短的項目，工程單位需積極采用機械螺桿人工調(diào)垂技術(shù)，并結(jié)合工程需求對調(diào)垂架進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，待調(diào)垂完畢后應(yīng)利用膨脹螺栓將調(diào)垂架固定，避免因外力撞擊導(dǎo)致鋼管柱垂直度無法滿足施工需求。對于鉆孔、清孔、鋼筋籠裝設(shè)、混凝土澆筑等各項施工，工程單位需嚴(yán)格按工序標(biāo)準(zhǔn)開展施工，做好鉆進(jìn)參數(shù)控制、孔底沉渣清理固化等相關(guān)工作，確保一柱一樁施工有序開展。