世博B區逆作法基坑鋼管立柱樁施工關鍵技術

潘 杰

(上海建科工程咨詢有限公司，上海200032)

1 工程概況

上海世博B片區規劃路地下空間采用逆作法施工，地下4層，現澆鋼筋混凝土框架結構。該工程共有160根鋼管立柱樁，分布在規劃一路北段、規劃一路南段、規劃二路西段及公共綠地區間。鋼管樁作為逆作法開挖立柱，同時也是永久結構柱。鋼管柱采用φ600mm×10mm的Q345 B鋼管，長度從坑底以下3 m至結構梁底標高處，約17 m，內灌C40微膨脹自密實免振搗混凝土。鋼立柱垂直度≤1/500，且樁底有注漿要求。

2 鋼管立柱樁施工難點

本工程鋼管柱施工難度大，主要包括:①工期緊；②逆作法施工鋼立柱垂直度要求高；③灌注樁內安裝鋼管混凝土柱，鋼管柱的法蘭盤最大直徑達800mm，灌注樁鋼筋籠內徑僅為936mm，且有注漿管，極易造成鋼管柱安裝偏差無法校正；④地下障礙物多且分布不明。

考慮樁基施工時清障工作量大，且工期緊張，樁基施工時邊清障邊打樁，且清障時開挖深度達6 m，開挖面積也加大。因此樁基施工時均無條件做好硬地坪。

根據上海中心逆作法鋼管柱施工經驗，逆作法一柱一樁校正架法的施工，在鋼管柱定位和垂直度校正過程中，需要對校正架進行固定。為確保鋼管柱安裝具有良好的作業平臺，開工前需進行場地地面硬化，確保鋼管柱安裝時支撐架的穩定，從而為鋼管柱垂直度控制創造有利條件。由于本工程無條件進行場地硬化，難以對校正架進行固定，因此鋼管柱垂直度控制難以滿足1/500的設計要求。

綜合考慮以上難點，為保證工程進度和鋼管立柱樁的垂直度[1-2]，本工程采取以下針對性技術措施。

1)增大鋼管柱安裝部位灌注樁的孔徑，將孔徑加大到1300mm，并將變徑范圍由1000mm增大到3000mm[3]。

2)不采用硬地坪施工，鋼管柱安裝采用HPE液壓插入機進行安裝施工[4-5]。

由于HPE插入機施工時可不采用硬地坪施工，就位對中后，HPE液壓插入機可手動、自動調整水平度，能滿足鋼管柱垂直度要求，故采用此技術。

3 鋼管柱連接

本工程安裝鋼管柱的灌注樁直徑850mm，安裝鋼管柱部位為1150mm，鋼管柱直徑600mm，底部外掛100mm法蘭，最大直徑達800mm，根據目前國內鉆孔灌注樁成孔垂直度的精度1/300計算，上部空鉆加插入深度達18 m，偏差達60mm，1150mm灌注樁鋼筋籠內徑為936mm，鋼筋籠內側離鋼管柱最大部位的最小凈空間為68mm。考慮鋼筋籠安裝誤差可能達50mm，鋼管柱安裝垂直度1/500根本無法保證。

根據D G T J08-2113—2012《逆作法施工技術規程》豎向支承樁的鋼筋籠與支承柱的水平凈距應根據樁和柱的垂直度控制要求以及相關構造要求綜合確定，且不應小于150mm。按上述計算針對本工程灌注樁設計直徑，只能增大鋼管柱安裝部位的孔徑，將孔徑需加大至1300mm，并將變徑范圍由1000mm增大到3000mm，如圖1，2所示。

圖1 灌注樁孔徑變化

圖2 灌注樁孔徑變化處截面

由于超聲波探頭長度在40cm左右，最大直徑為4cm，且不可彎折，超聲波管在鋼筋籠變截面處彎折，內徑會略微減小，并且彎折角度為3°～5°，故超聲波探頭無法下放。對于樁身混凝土可采用低應變動測法，不預埋聲測管，只根據樁底注漿要求預留2根內徑25mm的注漿管，注漿管綁扎在鋼筋籠內側，跟隨吊筋延伸至地面，在成樁后規定時間內完成注漿。

4 HPE工法插入鋼管柱

4.1 鋼管柱安裝

鋼筋籠安裝完成后，鋼筋籠下放定位后，重新復核樁位中心，并將十字線標記在護筒上。復核樁位后吊裝HPE垂直插入機就位，HPE液壓插入機根據復核的樁位中心對中，偏差不大于5mm。

本工程護筒直徑1500mm，埋深6 m，地表淺層障礙物較多，需要大開挖，不采用硬地坪施工，定位架設機器采用30mm路基箱，如圖3所示。

圖3 定位路基箱

就位對中后，HPE液壓插入機可手動、自動調整水平度，滿足要求后即可吊裝鋼管柱入孔，并重新復核中心位置，如圖4所示。

圖4 調位控制器

根據鋼管柱長度，為保證吊裝時不產生變形、彎曲，采用2臺起重機多點抬吊，將鋼管柱垂直緩慢放入HPE垂直插入機上。將鋼管柱的底板、中板部位的錨栓釘部位穿越HPE插入機后，安裝HPE液壓垂直插入機的定位抱緊裝置，啟動液壓抱緊裝置將鋼管柱抱緊，并用2臺經緯儀雙向復測垂直，垂直度滿足要求后開啟安裝在鋼管柱上的高精度垂直監測儀，監測鋼管柱垂直插入全過程垂直度狀況，根據數據及時調整垂直度。

本工程鋼管柱頂標高約在地面以下3 m，為確保HPE垂直插入機將鋼管柱送至設計標高，需在鋼管柱頂焊接1根與鋼管柱同直徑的工具柱，連接時必須牢固并與鋼管柱同心，如圖5，6所示。

根據鋼管柱安裝與HPE垂直插入機的施工工藝要求，鋼管柱頂的法蘭及錨栓釘暫時不能安裝焊接，必須保證上部鋼管柱表面光滑，確保HPE液壓垂直插入機抱緊鋼管柱垂直插入。

圖5 鋼管柱與工具柱加工平臺

圖6 鋼管柱與工具柱連接節點

由于鋼管柱底端開口，無任何浮力，由HPE垂直插入機將鋼管抱緊，由液壓插入裝置的液壓下壓力將鋼管柱緩慢下壓插入孔內，當插至標高面后，上下抱箍同時抱緊鋼管柱，重新復測鋼管垂直度，如圖7所示。此時可根據HPE垂直插入機自身的垂直儀、經緯儀及鋼管柱上安裝的垂直儀傳感器反映到計算機上的信號確定鋼管柱的垂直度(見圖8)，以此來滿足垂直度小于1/500的要求。

圖7 垂直插入鋼管柱

4.2 導管安裝與清孔

圖8 鋼管柱上的高精度垂直度傳感器

鋼管柱安裝完成后在HPE液壓機工作平臺上下放導管并進行二次清孔。

安裝鋼管柱完成后，應盡快安裝導管，并嚴格控制孔底沉渣。吊放導管應位置居中，穩步沉放，防止卡掛鋼筋籠，下放導管必須嚴格計算長度，確保有效導管底距孔底300～500mm。

如沉渣300mm以內可采用正循環清孔，當沉渣超過300mm，宜采用氣舉反循環清孔，氣舉反循環清孔適用于第2次清孔；氣舉反循環清孔的主要設備機具包括空氣壓縮機、出水管、送氣管、混合噴射器等。設備機具規格一般應根據孔深、孔徑等合理選擇。出水管可利用灌注混凝土導管。

4.3 混凝土灌注

由于鋼管柱安裝HPE插入機的存在，混凝土灌注必須采用泵車灌注；混凝土灌注中應使用隔水板及隔水球，在灌注前首先把隔水球放入導管內，再在混凝土料斗內放入隔水板，待料斗放滿混凝土后快速打開隔水板，使混凝土順著隔水球往導管內下落，考慮混凝土灌注排漿需要，需在工具柱與鋼管柱接口部位對稱開2個200mm×200mm的孔。

混凝土灌注至鋼管柱底以上2 m時將導管拆至柱底部位，更換C40自密實混凝土繼續灌注，灌注至樁頂以上2 m時停止灌注，向鋼管柱四周回填碎石，回填3 m后邊回填邊繼續灌注。

混凝土灌注至鋼管柱頂時將鋼護筒與工具柱之間的泥漿抽出，抽至柱頂以下1.5 m，觀察排漿孔翻出新鮮混凝土即停止灌注，人工下入鋼護筒內將柱頂混凝土挖除至柱頂標高，防止混凝土面過高影響后續工具柱的切割。

4.4 移除HPE插入機

混凝土灌注達到終凝后，將孔內泥漿抽除，由電焊工下至鋼管柱與護筒之間的空隙內，將工具柱與鋼管柱連接部位切割分離，調除工具柱及HPE插入機移位至下一孔位。

4.5 柱頂保護

切除工具柱并將HPE插入機移位后，為避免鋼管柱的中心位置因后期施工造成偏位，需將鋼管柱頂以上部位回填，并澆筑一定厚度的混凝土保護，如圖9所示。

5 結語

上海世博B片區規劃區地下空間逆作法基坑鋼管立柱樁采用增大鋼管柱安裝部位灌注樁孔徑和HPE工法施工，通過科學手段和先進技術，在有限工期內，保證了鋼管柱最終的垂直度偏差都小于1/500，滿足設計要求。另外，HPE工法對地質條件和場地環境適應能力較強，適合軟土地區和場地硬化條件不足環境，具有一定的推廣價值。

圖9 柱頂保護