地下空間工程格構(gòu)柱樁施工技術(shù)研究

陶世馨 TAO Shi-xin

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司，宜昌 443002）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)地下空間的利用率越來(lái)越高，深基坑工程也越來(lái)越普遍。在深基坑工程中，基坑支護(hù)體系非常關(guān)鍵，對(duì)基坑支護(hù)施工技術(shù)的研究也極其重要[1]。格構(gòu)柱樁作為基坑支護(hù)體系中的豎向受力結(jié)構(gòu)，是基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中的一種常見(jiàn)形式[2]。在格構(gòu)柱樁施工過(guò)程中，如何保證格構(gòu)柱的標(biāo)高、垂直精確度，是影響工程施工質(zhì)量的關(guān)鍵[3-5]。本文以南京江北新區(qū)地下空間工程為例，對(duì)格構(gòu)柱樁施工技術(shù)進(jìn)行研究，通過(guò)合理打立柱樁和利用主體結(jié)構(gòu)工程樁作立柱樁兩種類(lèi)型的施工，有效解決如何控制格構(gòu)柱樁施工質(zhì)量和垂直度的問(wèn)題。

1 項(xiàng)目概況及地質(zhì)概況

江北新區(qū)地下空間一期建設(shè)工程，位于江北新區(qū)核心區(qū)域，總用地面積約29.66 公頃，地下總建筑面積約85.10萬(wàn)平方米。其中本區(qū)段工程為總高600m 的多功能塔樓，主結(jié)構(gòu)高約533m，塔樓包含地上116 層和4 層地下室。地塊基坑面積11000m2，基坑長(zhǎng)為423m，預(yù)估挖深23.90～28.20m，基坑安全等級(jí)為一級(jí)。

場(chǎng)區(qū)地貌類(lèi)型上屬長(zhǎng)江漫灘平原區(qū)。場(chǎng)區(qū)地表多為人工填土，淺部為全新統(tǒng)沖湖積淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，中部為全新統(tǒng)沖積粉細(xì)砂及上更新統(tǒng)沖洪積中粗砂及卵礫石，下伏基巖為白堊系浦口組泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖。巖面起伏不大，一般埋深在64.7～68.7m 左右。場(chǎng)地南側(cè)為長(zhǎng)江，距場(chǎng)地僅600m 左右。場(chǎng)地深部分布有巨厚的高富水承壓含水層，厚度約45～80m，且具有承壓性、含水量豐富、透水性極強(qiáng)。

2 格構(gòu)柱樁施工重難點(diǎn)

①根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)條件分析，土體性質(zhì)對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)受力和變形控制較為不利，需采取合理、可靠的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系?；庸こ堂媾R突出的地下水問(wèn)題。為確保基坑的安全，必須采取可靠的地下水控制措施。

②本項(xiàng)目設(shè)計(jì)格構(gòu)柱樁數(shù)量多，長(zhǎng)度長(zhǎng)，垂直度要求高，需要精準(zhǔn)把握施工工藝，才能保證施工質(zhì)量。

3 主要施工技術(shù)

3.1 格構(gòu)柱樁構(gòu)造

本工程支撐結(jié)構(gòu)格構(gòu)柱樁，主要包括格構(gòu)柱和立柱樁兩部分，上部格構(gòu)柱為鋼構(gòu)件，下部立柱樁為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。格構(gòu)柱樁上部采用540×540mm2的格構(gòu)柱作為臨時(shí)中立柱，長(zhǎng)度為25.4～30.9m。下部立柱樁共分為增打立柱樁和利用主體結(jié)構(gòu)工程樁作立柱樁兩種類(lèi)型，增打立柱樁采用Φ900mm 的鉆孔灌注樁，利用工程樁，按照工程樁樁基原設(shè)定成孔工藝進(jìn)行。

格構(gòu)柱長(zhǎng)度約為25.4～30.9m，所用角鋼、鋼板為Q235B 鋼，采用500×400×14 綴板。立柱樁為Φ900mm 的鉆孔灌注樁，格構(gòu)柱插入鉆孔灌注樁部位大于3.0m。格構(gòu)柱樁構(gòu)造詳見(jiàn)圖1，立柱的角鋼結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖2、圖3。

圖1 格構(gòu)柱樁結(jié)構(gòu)圖

圖2 角鋼拼接平面圖

圖3 角鋼拼接立面圖

3.2 格構(gòu)柱樁劃分

本工程格構(gòu)柱尺寸為0.54×0.54m，格構(gòu)柱樁分6 種類(lèi)型，共計(jì)109 根，增打工程樁命名為ZD-LZ，利用工程樁命名為L(zhǎng)Y-LZ，具體詳見(jiàn)表1。

表1 格構(gòu)柱樁類(lèi)型統(tǒng)計(jì)表

3.3 技術(shù)操作要點(diǎn)

格構(gòu)柱樁上部格構(gòu)柱中心偏差不大于20mm，垂直度的允許偏差應(yīng)不大于1/300。下部鉆孔灌注樁，采用反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行成孔，注漿采用樁端后注漿工藝，樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為水下C30，中心偏差不大于20mm，樁身垂直度偏差不大于1/200。利用工程樁，按照工程樁樁基原設(shè)定成孔工藝進(jìn)行，裙樓區(qū)域用作立柱樁的工程樁有效樁長(zhǎng)加長(zhǎng)至40m，樁頂至格構(gòu)柱以下1m 范圍擴(kuò)張至φ900mm，采用樁端后注漿工藝。

為保證格構(gòu)柱樁施工質(zhì)量，需重點(diǎn)研究以下工序要點(diǎn)：①埋設(shè)護(hù)筒。選用1 臺(tái)液壓挖掘機(jī)或旋挖鉆機(jī)，將直徑Φ1000mm，長(zhǎng)2～5m 長(zhǎng)護(hù)筒打入孔內(nèi)進(jìn)行護(hù)壁。②鉆孔。增打立柱樁選用反循環(huán)鉆機(jī)，泥漿固壁，鉆進(jìn)成孔。③清孔。樁孔成孔后，在鋼筋籠插入孔內(nèi)前，進(jìn)行第一次清孔，成渣厚度滿(mǎn)足要求后，下放鋼筋籠和鋼立柱，鋼筋籠和鋼立柱下放完成后進(jìn)行第二次清孔，成渣厚度滿(mǎn)足要求后即可澆筑[6]。清孔方式均采用泵正循環(huán)清孔。④鋼筋籠下設(shè)。鋼筋籠在現(xiàn)場(chǎng)胎架上整體制作成型，分節(jié)吊裝下設(shè)；吊車(chē)采用50t 及以上履帶吊。⑤格構(gòu)柱下設(shè)。格構(gòu)柱在現(xiàn)場(chǎng)胎架上整體制作成型，整體吊裝下設(shè)；吊車(chē)采用50t 及以上履帶吊。⑥混凝土澆筑。樁體混凝土采用水下直升導(dǎo)管法澆筑。⑦空樁回填。利用工程樁回填方式與工程樁相同，采用C10 混凝土回填；增打立柱樁空腔及格構(gòu)柱與樁孔側(cè)壁之間采用級(jí)配碎石、砂石回填。

3.4 成孔施工技術(shù)

①成控設(shè)備。結(jié)合工程地質(zhì)條件和工期、質(zhì)量要求，本工程增打立柱樁選擇反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行施工，利用工程樁按原工程樁施工方法不變。

②成孔工藝。針對(duì)不同地質(zhì)層選用不同的鉆頭、鉆進(jìn)壓力、鉆進(jìn)速度及適當(dāng)?shù)哪酀{比重。鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)濾渣，同時(shí)經(jīng)常注意地層的變化，在地層的變化處均應(yīng)撈取渣樣，判斷地質(zhì)的類(lèi)型。經(jīng)常檢查泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)。

③樁孔質(zhì)量檢測(cè)。樁孔質(zhì)量參數(shù)包括：孔深、孔徑、鉆孔垂直度等。1）孔深：鉆孔前先用水準(zhǔn)儀確定護(hù)筒標(biāo)高，并以此作為基點(diǎn)，按設(shè)計(jì)要求的孔底標(biāo)高確定孔深，以測(cè)錘確定孔深。2）孔徑用探孔器測(cè)量，若出現(xiàn)縮徑現(xiàn)象應(yīng)進(jìn)行掃孔，符合要求后進(jìn)行下道工序。3）垂直度：采用雙向錘球或孔錘測(cè)定，偏差應(yīng)小于1%。

④清孔。1）第一次清孔。樁孔成孔后，在鋼筋籠及臨時(shí)立柱（格構(gòu)柱）插入孔內(nèi)前，進(jìn)行第一次清孔，用泵正循環(huán)清孔，使密度達(dá)1.2 左右。2）第二次清孔。鋼筋籠、臨時(shí)立柱（格構(gòu)柱）及導(dǎo)管下好后，用泵正循環(huán)進(jìn)行第二次清孔，第二次清孔時(shí)間不少于30min。清孔結(jié)束后孔底500mm以?xún)?nèi)的泥漿相對(duì)密度應(yīng)小于1.2，含砂率應(yīng)小于3%，提高泥漿的持壁性能，保證孔徑質(zhì)量、樁端沉渣＜50mm。

3.5 鋼筋籠、格構(gòu)柱加工及下設(shè)

①加工要點(diǎn)。格構(gòu)柱樁主要由抗拔樁鋼筋籠和格構(gòu)柱兩部分組成，其中格構(gòu)柱插入鉆孔樁長(zhǎng)度為3～4m。鋼筋籠制作應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙施工。本工程中鋼筋籠整體加工，主筋采用機(jī)械連接，主筋的連接接頭以50%錯(cuò)開(kāi)。格構(gòu)柱采用現(xiàn)場(chǎng)加工制作。②鋼筋籠制作。本工程鋼筋籠最大重量約12.472t，最大長(zhǎng)度57m，在胎架上分節(jié)加工成型。鋼筋籠采用分節(jié)制作、分節(jié)吊裝下設(shè)，籠長(zhǎng)30～57m，利用工程樁鋼筋籠加密區(qū)箍筋的間距100mm，非加密區(qū)箍筋的間距為200mm，增打立柱樁鋼筋籠加密區(qū)箍筋的間距200mm，非加密區(qū)箍筋的間距為300mm；在骨架外側(cè)設(shè)置保護(hù)層混凝土塊，其間距豎向?yàn)?m，每個(gè)斷面設(shè)不少于3個(gè)，1.2m 利用工程樁主筋保護(hù)層厚度為70mm，其他鋼筋籠主筋保護(hù)層厚度為50mm。③格構(gòu)柱制作。該格構(gòu)柱主要設(shè)計(jì)為混凝土支撐下部，鋼構(gòu)件連接均為滿(mǎn)焊。格構(gòu)柱長(zhǎng)度為25.4～33.2m，鋼立柱嵌入鉆孔灌注樁3～4m，格構(gòu)柱最大重量為12.787t。鋼立柱與鉆孔灌注樁主筋焊接，一起吊放，鉆孔灌注樁樁徑1.2m/0.9m/0.8m。

因本工程格構(gòu)柱長(zhǎng)度大，不便于運(yùn)輸，格構(gòu)柱采用分節(jié)組裝焊接。單節(jié)格構(gòu)柱采用模具定位進(jìn)行拼裝，以保證格構(gòu)柱的垂直度。

3.6 混凝土澆筑

增打立柱樁，采用水下C30 混凝土。利用原工程樁的按工程樁標(biāo)準(zhǔn)配料。入倉(cāng)時(shí)坍落度18～22cm，擴(kuò)散度49～55cm；1.5h 后坍落度≥15cm。初凝≥12h，終凝≤24h。施工前根據(jù)原材料的情況進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)以取得最適合的配合比。施工時(shí)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)材料的含水量等調(diào)整各種材料的用量。灌注樁混凝土澆灌可采用泥漿下直升導(dǎo)管法澆筑，導(dǎo)管直徑為Φ250mm，導(dǎo)管開(kāi)澆順序?yàn)樽缘吞幹粮咛?。?dǎo)管距孔底25cm 左右，采用滿(mǎn)管法開(kāi)澆。采用1 根導(dǎo)管中心位置澆筑，導(dǎo)管均勻進(jìn)料，混凝土面高差不大于0.5m，導(dǎo)管埋深不得小于2m，不宜超過(guò)6m。立柱樁內(nèi)混凝土泛漿高度須滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求且應(yīng)滿(mǎn)足基坑基底開(kāi)挖面標(biāo)高以上混凝土超灌高度不小于1m。

增打立柱樁內(nèi)外側(cè)回填級(jí)配碎石、砂石，要求四周均勻投料，同時(shí)計(jì)量其方量，回填的方量須接近計(jì)算方量；利用主體結(jié)構(gòu)工程樁使用C10 混凝土回填。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目特點(diǎn)是鋼格構(gòu)柱數(shù)量多、長(zhǎng)度長(zhǎng)、垂直度要求高等，為保證標(biāo)高、方位精確度，本工程設(shè)立立柱樁，分為增打立柱樁和利用主體結(jié)構(gòu)工程樁作立柱樁兩種類(lèi)型。增打立柱樁選擇反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行施工，利用工程樁按原工程樁施工方法不變。本施工技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

①工程樁兼作立柱樁，能優(yōu)化豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)省材料，降低工程造價(jià)。

②增打立柱樁選擇反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行施工，反循環(huán)挖鉆機(jī)具有成孔快速、整體重量輕、性?xún)r(jià)比高、維修保養(yǎng)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

③能適應(yīng)場(chǎng)地的地質(zhì)條件，滿(mǎn)足格構(gòu)柱樁的標(biāo)高和垂直度要求，同時(shí)工程質(zhì)量合格。

本工程的經(jīng)驗(yàn)可為類(lèi)似項(xiàng)目施工提供參考。