蓋挖逆作法車站鋼管柱施工技術(shù)思考

劉朋

中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司 山東 濟(jì)南 250014

1 工程概況

大劇院站是深圳地鐵5號(hào)線工程的終點(diǎn)站，主要沿深南東路下方敷設(shè)。深南東路為雙線8車道的主干道。車站總長度約292m，主體結(jié)構(gòu)為兩層多跨的箱型框架結(jié)構(gòu)，頂板覆土約2.3～4.1m，底板埋深約20m，寬度9.1～34.4m，本站根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及地連墻施工揭露地層顯示，整體地質(zhì)穩(wěn)定，底板主要位于全風(fēng)化花崗巖地層中。結(jié)合工程地質(zhì)特征、工程水文特點(diǎn)、交通疏解和管線遷改條件、周邊環(huán)境的控制標(biāo)準(zhǔn)及工期等，為減小對(duì)深南東路交通的影響以及出于對(duì)周邊建構(gòu)筑物的保護(hù)，本車站采用蓋挖逆作法施工。本站共設(shè)計(jì)有55根鋼管柱，其柱下樁基為Φ1800混凝土灌注樁，樁基上部為Φ1000的永久性鋼管混凝土柱[1]。

2 工藝原理

由于鋼管柱的平面誤差為10mm，垂直度誤差不超過1‰。為此大劇院站鋼管樁施工采用后插入法施工，其技術(shù)的核心就是根據(jù)兩點(diǎn)定位的原理，通過全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)壓入垂直度滿足要求的外套管，通過鋼管柱管壁上的兩塊定位板約束鋼立柱的位置和垂直度使之達(dá)到偏差小于10mm的要求，在柱下樁混凝土澆筑完成后、混凝土初凝前，將底端封閉的鋼管柱垂直插入支撐樁混凝土中，直到插到設(shè)計(jì)標(biāo)高[2]。

3 工藝流程要

4 控制要點(diǎn)

4.1 放線定位

4.1.1 現(xiàn)場技術(shù)主管根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算鋼管柱的坐標(biāo)，并形成坐標(biāo)成果表，報(bào)設(shè)計(jì)單位復(fù)核。復(fù)核無誤后，對(duì)現(xiàn)場測(cè)量人員進(jìn)行交底；

4.1.2 測(cè)量人員根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)位采用全站儀測(cè)量放線確定樁位坐標(biāo)點(diǎn)，以“十字交叉法”引到樁位四周，全回轉(zhuǎn)設(shè)備萬能平臺(tái)以外范圍，并用短鋼筋做好護(hù)樁，樁位中心點(diǎn)處用紅漆做出三角標(biāo)志；

4.1.3 點(diǎn)位放好之后必須進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核無誤后請(qǐng)監(jiān)理單位進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)核、簽證。

4.2 全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)就位

4.2.1 樁位點(diǎn)放樣復(fù)核無誤后，安裝全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)底部萬能平臺(tái)，使萬能平臺(tái)中心與定位中心重合；

4.2.2 測(cè)量定位施放樁中心點(diǎn)后，將全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)定位板吊放對(duì)中樁位，定位板的定位器中心與基礎(chǔ)樁樁位中心在同一垂直線上，鉆機(jī)就位完成后由施工單位復(fù)核無誤后報(bào)監(jiān)理單位復(fù)核確認(rèn)。就位對(duì)中后，全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)可手動(dòng)、自動(dòng)調(diào)整水平度，滿足要求后即可吊裝鋼套管入孔。

4.2.3 全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)機(jī)組吊裝就位后，仔細(xì)做好機(jī)組各設(shè)備的連接安裝工作，確保各設(shè)備連接安裝可靠，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

4.3 吊裝套管

本工程柱下樁基直徑均為1.8m，鋼套管選用外徑2.0m，內(nèi)徑1.88m的鋼套管。

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4.3.1 套管采用廠家定制加工，成品運(yùn)輸至施工現(xiàn)場；

4.3.2 在成孔套管使用前，對(duì)套管垂直度的檢查和校正。首先檢查和校正單節(jié)套管的垂直度，垂直度偏差應(yīng)小于1‰，然后檢查按樁長配置的全長套管的垂直度，并對(duì)各節(jié)套管編號(hào)，做好標(biāo)記，按序拼裝。

4.3.3 全過程中加強(qiáng)對(duì)鉆孔垂直度的量測(cè)，必須保證量測(cè)次數(shù)不小于3次。垂直度的量測(cè)除機(jī)械自身控制外，還需采用高精度超聲波垂直度測(cè)斜傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量監(jiān)控：采用兩臺(tái)全站儀和一臺(tái)超聲波垂直度監(jiān)測(cè)器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4.3.4 全回轉(zhuǎn)操作平臺(tái)定位滿足要求后即可回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)套管的同時(shí)下壓套管，實(shí)現(xiàn)套管快速鉆入地層，鋼套管鉆進(jìn)時(shí)，采用全站儀測(cè)量垂直度，通過鉆機(jī)控制套管垂直度，成樁垂直度偏差應(yīng)小于3H/1000（H為樁長），且需控制樁位中心偏差不大于5mm，樁徑允許偏差+50mm。

4.4 成孔

首先采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+全套管護(hù)壁+旋挖鉆機(jī)取土方式施工至地面以下17m位置（底板頂部），套管段鉆進(jìn)采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)，套管壓入超前，旋挖挖斗取土依次進(jìn)行，在軟弱地層取土面要保證高于鋼套管底部2m；在鋼套管進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化巖面后可超前取土不大于1m，鋼套管及時(shí)跟進(jìn)。全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)至地面以下17m處時(shí)套管停止跟進(jìn)，后續(xù)孔內(nèi)采用泥漿護(hù)壁形式進(jìn)行支護(hù)。在全套管跟進(jìn)至15m位置處，向孔內(nèi)加入泥漿，泥漿比重控制在1.2～1.25，護(hù)筒內(nèi)泥漿液面高度不低于地面以下1.5m，采用旋挖鉆機(jī)繼續(xù)成孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置。

4.5 終孔判定

4.5.1 建設(shè)單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位、勘察單位及施工單位五方成立大劇院站鋼管柱下樁巖層判定小組，指定具體負(fù)責(zé)人，并建立溝通協(xié)調(diào)機(jī)制；

4.5.2 成孔深度進(jìn)入中風(fēng)化巖層后，需要施工單位現(xiàn)場技術(shù)人員通知各單位相關(guān)負(fù)責(zé)人到現(xiàn)場確認(rèn)成孔深度，巖層狀態(tài)等信息；

4.5.3 各方對(duì)巖層判定完成后，施工單位應(yīng)繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深，并進(jìn)行終孔，各方簽署終孔確認(rèn)單。

4.6 清孔

清孔分二次進(jìn)行，第一次清孔在成孔完畢后立即進(jìn)行，通過高壓空氣把樁孔內(nèi)懸浮的大量鉆渣的泥漿通過導(dǎo)管進(jìn)入分離設(shè)備，沉渣分離出來以后，將凈化的泥漿排入孔內(nèi)，直到清除孔底沉渣。第二次清孔在下放鋼筋籠和導(dǎo)管安裝完畢后進(jìn)行，再次檢測(cè)沉渣厚度，如果沉渣厚度超過規(guī)范要求，則進(jìn)行二次清孔，如果達(dá)標(biāo)，則不需進(jìn)行。

4.7 鋼筋籠及鋼管柱吊放

鋼筋籠在現(xiàn)場加工制作，一般采用加勁箍成型法，鋼筋籠制作所用的鋼筋規(guī)格、數(shù)量及焊接制作的質(zhì)量要求嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行，鋼筋籠制作偏差應(yīng)嚴(yán)格控制在允許偏差范圍內(nèi)。鋼筋籠制作成形后，應(yīng)會(huì)同監(jiān)理人員進(jìn)行驗(yàn)收。鋼管柱采取委外加工，場地內(nèi)設(shè)專用堆場放置鋼管柱及鋼套管，上設(shè)篷布遮蓋防雨，以防其銹蝕。鋼筋籠及鋼管柱采用1臺(tái)履帶吊和1臺(tái)汽車吊進(jìn)行吊裝。鋼管柱安裝過程中注意對(duì)聲測(cè)管的保護(hù)，吊裝入孔時(shí)鋼管柱預(yù)留孔槽與聲測(cè)管對(duì)準(zhǔn)，當(dāng)聲測(cè)管穿過定位法蘭及牛腿預(yù)留孔槽時(shí)，嚴(yán)禁鋼管柱旋轉(zhuǎn)。

4.8 樁基混凝土澆筑

采用提升隔水栓法灌注首批混凝土，即開灌前儲(chǔ)料斗內(nèi)必須有足以將導(dǎo)管的底端一次性埋入水下混凝土中1.0m以上深度的混凝土儲(chǔ)存量。混凝土澆灌的上升速度不得小于2m/h，隨著混凝土的上升，要適時(shí)提升和拆卸導(dǎo)管，導(dǎo)管底端埋入混凝土面以下一般保持2～4m，不宜大于6m，也不得小于1m， 嚴(yán)禁把導(dǎo)管底提出混凝土面，避免造成斷樁。在水下混凝土灌注過程中，安排專人測(cè)量導(dǎo)管埋深，填寫好水下混凝土灌筑記錄。水下混凝土的灌注應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得中斷。

4.9 鋼管柱安裝

4.9.1 柱下樁基礎(chǔ)混凝土澆筑完成后立即進(jìn)行鋼管柱安裝，鋼管柱安裝前必須用全站儀對(duì)柱位點(diǎn)及標(biāo)高重新復(fù)測(cè)并引至鋼護(hù)筒邊做標(biāo)記或其他固定點(diǎn)加以保護(hù)并請(qǐng)監(jiān)理單位進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)核、簽證。

4.9.2 鋼管柱的垂直度通過定位板控制，定位板的尺寸比鋼套管內(nèi)徑小10mm，一個(gè)定位板安裝在委外加工5m長的Φ1400工具柱的下方，另一個(gè)定位板安裝在鋼管柱上，兩定位板在整個(gè)鋼套管長度內(nèi)垂直偏差小于10mm，鋼套管長度為20m，垂直精度可以滿足設(shè)計(jì)要求。

4.9.3 剛開始下放永久性鋼管柱時(shí)，由于鋼管柱的自重，鋼管柱能自由下入孔內(nèi)一定深度，當(dāng)浮力大于鋼管柱重量后，采用旋挖機(jī)及柱內(nèi)加水的方式壓入，因?yàn)橛卸ㄎ话宓募s束，鋼管柱的位移水平和垂直方向上只有10mm偏差，可以滿足鋼管柱安裝的設(shè)計(jì)要求精度，通過鋼管柱頂部連接的工具柱控制鋼管柱插入深度，至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4.10 鋼管柱外側(cè)填筑砂石

當(dāng)樁基混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，即可對(duì)鋼管柱四周進(jìn)行砂或碎石回填，在鋼管柱四周設(shè)置溜槽均勻填入，邊回填邊將孔內(nèi)泥漿排除。碎石回填高度與鋼管頂標(biāo)高以下300～500mm。鋼管柱上部待工具柱拆除后回填。

4.11 柱內(nèi)混凝土澆筑

鋼管柱插入樁基混凝土且四周回填后，此時(shí)仍將工具柱與鋼套管采用鋼筋連接牢固，控制好柱頂標(biāo)高，即可進(jìn)行鋼管柱柱內(nèi)澆筑混凝土，混凝土采用直徑Φ250，壁厚4mm無縫鋼管澆筑C50微膨脹混凝土，混凝土澆筑至鋼管頂位置停止?jié)补唷?/p>

4.12 鋼套管拔出

待柱內(nèi)混凝土初凝后，拆除工具柱，將全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)就位拔出鋼套管。必須待柱內(nèi)混凝土初凝后對(duì)鋼管柱上部用石屑或砂回填至原始地面下250mm處；其余采用250mmC30混凝土硬化，防止大型機(jī)械行走對(duì)鋼管柱的擠壓造成變形。

5 結(jié)束語

對(duì)于蓋挖逆作法施工車站，鋼管柱的垂直度控制貫穿于整個(gè)施工過程中，主要是通過控制鋼套管的垂直度、柱下樁基的垂直度、鋼管柱本身的垂直度及插入過程中鋼管柱的垂直度來控制。