逆作法施工中地下鋼管柱專項方案分析

蔣神龍 侯海泉 陳天宇

1. 江蘇中南建筑產業集團有限責任公司 海門 226124；2. 如東縣房屋征收管理辦公室 如東 226400

1 工程概況

天津富力中心工程位于天津市核心區，占地面積9 588.1 m2，總建筑面積18 萬m2，場地極度狹小，建筑邊緣距市政人行道最小距離不到1 000 mm。工程采用了筒體先施工，地下車庫后施工，地上主體同時順作的工藝，即完成基礎底板時，上部主體結構施工至25層左右。作為主要豎向承載構件，結構柱為Φ1 200 mm鋼管柱共計88 根。工藝要求施工樁基時，同時完成地下室鋼管柱的施工，鋼管柱用來支撐地下室的結構、作為結構柱，才能保證向上正常的主體結構施工。

2 專項施工工藝分析[1-7]

2.1 專項施工工藝介紹

分別對氣囊法、微型液壓頂法、“一點定位法”以及“兩點定位法” 等工藝進行了方案比較，從其安全性、適用性、可靠性以及定位精度等多方位的比較，擬定采用“兩點定位法”，其施工節點作法見圖1。該工藝即工程樁施工時直接插鋼管柱的工藝，通過地面的調節設備調整鋼管的垂直度，使用科學的檢測手段進行驗收，進行水下混凝土澆注，以滿足鋼管柱的設計要求。

2.2 工藝流程

樁定位平臺→柱位樁成孔→擠擴支盤施工→定位鋼架安裝→下鋼筋籠→下鋼管柱→校正鋼管柱的軸線位置和垂直度→澆筑水下混凝土到鋼管樁頂

圖1 “兩點定位法”施工節點

2.3 樁定位平臺

樁定位平臺使用鋼筋混凝土結構，其主要作用是樁施工的平臺和鋼管柱校正的設施之一。平臺厚2 000 mm，C30混凝土，寬為樁徑外1 500 mm，平臺中心留設大于樁徑100 mm的圓孔，設置3 層雙向Φ18 mm鋼筋平臺上預埋定位埋件，混凝土澆筑后，分層夯實到地貌標高，樁樁定位平臺如圖2所示。

2.4 定位施工

（a）混凝土樁定位平臺完成后，放出樁的中心線，在混凝土平面上彈出樁的十字線，在預留樁孔邊上抄設出標高，作為樁柱施工過程中的定位和標高控制的依據。

（b）為了確保鋼管柱的有限校正，在鋼管下放時，與鋼筋籠不能連接。

（c）鋼管下放到設計標高后，使用鋼架上下兩端的8 個調節裝置校正鋼管柱的位置和垂直度，確保鋼管柱滿足設計和規范要求。

圖2 樁樁定位平臺示意

（d）按照設計要求，工程樁混凝土強度等級為C40，鋼管柱的混凝土強度等級為C70。使用泵車從操作平臺上向下澆筑水下混凝土，先C40后C70，連續一次澆筑到頂。

3 技術難題的分析與解決

3.1 大直徑鋼管下插小直徑樁的問題

本工程的工程樁Φ1 000 mm，結構鋼管柱Φ1 200 mm。基礎底板完成后，該處有多根工程樁承臺，屬于群樁，但在逆施階段，鋼管所在的樁獨立承載，屬于單樁單柱。考慮結構受力情況和樁柱施工垂直度要求的不同，通過樁頭擴大的方式給予解決，即樁頂標高向下6 000 mm范圍樁徑擴大為1 650 mm，鋼管柱下插樁4 000 mm。施工時，擴大頭向上成孔直徑為1 650 mm，成孔質量要求為1/200，在柱底標高處的垂直度小于130 mm，能滿足鋼管柱下插后自由的校正擺動。擴大樁頭不但解決了大柱小樁的連接難題，同時解決了單樁樁頭承載力偏低的不足，使逆施階段結構安全得到進一步保證。

3.2 鋼管下插垂直度控制和調整

鋼管下插后，通過安裝在地面鋼架上的調節千斤頂，調節延伸地面3 000 mm的鋼管柱，使之伸出的鋼管中心位置和垂直度滿足規范要求。利用“兩點確定一條直線和誤差遞增”的原理，推算出樁底垂直位移情況。垂直度控制值與設計允許值之間的差值（2 mm）作為其他不定因素的預留。通過進行理論分析，在鋼管柱上端可校正段的高度為+3 m的情況下，在±0.00 m標高處的初始偏差逐漸增大，偏差值與其成正比增加。

3.3 鋼管垂直度的檢測

這是本工藝的關鍵點之一，鋼管柱混凝土澆筑前，必須對地下鋼管柱的垂直度進行檢測和矯正。結合水下檢測和鋼管的特點，利用超聲波發射的原理，選用DM-604系列鉆孔監測儀，來實現精確測量需要。DM-604提供清晰的鉆孔記錄，甚至在高密度泥漿的惡劣應用中，也一樣清晰，且X-X’和Y-Y’的測量可以同時進行。

為了得到清晰的邊界圖像，滿足測量精度要求，泥漿比重應小于1.10，有固定的操作平臺，不小于3 000 mm×3 000 mm。施工時，若檢測結果滿足設計要求后，固定鋼管柱，進行水下混凝土的澆筑；若滿足不了設計要求，根據檢測數據的偏移方向和偏移量進行矯正鋼管，直至滿足規定值。根據工程的情況，在地面上進行了一次模擬檢測試驗，選用同條件長25 m、Φ1 200 mm的鋼管，內注滿相對密度為1.20的泥漿，進行了垂直度的檢測，其檢測值與全站儀檢測結果進行比較，基本吻合。

3.4 不同強度等級水下混凝土一次澆筑的質量控制

地下的工程樁混凝土強度等級為C40，鋼管柱混凝土強度等級為C70，均采取水下混凝土澆筑，連續一次到頂的施工工藝。

根據水下混凝土澆筑時第一次下灌料在上泛過程中保持部分到頂的特性，以及考慮到兩種混凝土截面的轉變問題，確定首灌5～6 m3混凝土采用C70。C40混凝土的充盈系數考慮為1，兩種混凝土的交接面確定在擴大頭處，擴大頭部分的混凝土考慮為C70混凝土。

3.5 高強度自密實水下混凝土施工技術

由于本工程對混凝土技術性能及混凝土與管壁的粘接密實性要求比較嚴，為驗證配合比，進行了C70混凝土施工性能的實體驗證，確定配比如表1所示。

表1 混凝土配比

4 結語

本著節約成本、控制造價、技術創新、安全可靠、施工可行的原則對本工程鋼管柱施工工藝進行確定。通過各種模擬驗證，對比各種工藝，參照成熟經驗，借鑒專家意見，調整設計，雖然對施工工藝進行優化、確定，但仍需要在施工過程中不斷完善，對逆作法中的各種工藝進行進一步探索。