混凝土灌注樁內(nèi)插鋼管逆作法施工兼作支護(hù)體系的應(yīng)用

付學(xué)俊

廣東省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急搶險技術(shù)中心 廣東 廣州 510062

城市地下項目進(jìn)行時，需要充分考慮工程進(jìn)行對周圍環(huán)境造成的影響，為避免施工造成較為嚴(yán)重的環(huán)境影響或影響施工區(qū)域附近居民的正常生活，在施工進(jìn)行過程中，需要采用對環(huán)境影響較小的施工類型，當(dāng)前頂管法屬于較為常用的施工技術(shù)。然而目前，使用頂管法的情況下由于挖掘的深度不斷加深，施工本身對環(huán)境的影響因此不斷擴(kuò)大，施工空間穩(wěn)定性較差能夠造成較為嚴(yán)重的不良影響，因此需要采用更為有效的支護(hù)措施實現(xiàn)施工空間的穩(wěn)定，本文就內(nèi)插鋼管的逆作法技術(shù)進(jìn)行了論述，該種方法與沉井等其他類型的方法相比，具備更為有效的優(yōu)勢以及施工效果。

1 案例情況

本文所述的案例為橫瀝島施工項目，基本情況為：橫瀝島 DH0502地塊位于南沙橫瀝島，大元路以北、星燦路以西地塊，總用地面積66277m2；其中可建設(shè)用地面積 61170m2，城市道路用地面積2513m2，公共綠地用地面積2594m2。本項目為房屋建筑住宅開發(fā)項目，擬建塔樓暫定 20棟，建筑物層數(shù)約35層，地下1-2層；幼兒園1棟，建筑物層數(shù)3層，無地下室，本項目建筑物高度約100m，預(yù)估柱下最大荷載34000kN，暫定±0.000相當(dāng)于絕對標(biāo)高9.30m，擬采用的框架剪力墻基礎(chǔ)形式為預(yù)應(yīng)力管樁或鉆（沖）孔灌注樁，建筑物整體傾斜應(yīng)小于3mm。

2 項目支護(hù)技術(shù)方案對比

2.1 基本技術(shù)方案對比確定

本案例當(dāng)中，能夠用于構(gòu)建支護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)類型主要包括：

沉井技術(shù)。即在重力作用下，達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，其后澆筑底板、頂板以及其他內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一種技術(shù)方法。根據(jù)施工環(huán)境的差別，該種技術(shù)可以采用排水挖土或不排水挖土的形式進(jìn)行，其中不排水的形式主要用于砂質(zhì)或粉砂質(zhì)的土質(zhì)環(huán)境。使用該種技術(shù)，沉井即能夠用于支護(hù)，同樣能夠作為建筑結(jié)構(gòu)的主體使用，該技術(shù)使用的最大限制在于對周圍土壤影響較為顯著。

SWM工法。該種技術(shù)使用時，需要使用攪拌設(shè)備就地取土，與混凝土混合后攪拌成為土墻，其在H鋼塑形后，能夠形成復(fù)合的圍擋結(jié)構(gòu)。該種技術(shù)構(gòu)建的圍擋，在強(qiáng)度方面優(yōu)勢較為顯著，并具備較好的防滲效果。同時結(jié)構(gòu)的H鋼部分由于能夠反復(fù)使用，因此成本較低。然而，使用該種技術(shù)的情況下，在H鋼回收環(huán)節(jié)，操作偏差均可能對周圍造成嚴(yán)重的影響，另外該種技術(shù)的施工空間要求較高。

灌注樁。正常情況下灌注樁屬于一種能夠永久使用的結(jié)構(gòu)，而使用內(nèi)插鋼管的灌注樁技術(shù)，能夠降低灌注樁的作業(yè)要求，形成能夠作為臨時加固構(gòu)件使用的樁。其主要的優(yōu)勢在于施工產(chǎn)生的噪音較低、振動較小，因此對周圍環(huán)境的影響能夠控制在允許的范圍內(nèi)。相對以上兩種技術(shù)方法，內(nèi)插鋼管的灌注樁技術(shù)，對周圍環(huán)境的影響能夠得到極為有效的控制，其主要的缺點在于相對而言施工的成本較高。

連續(xù)墻。該種技術(shù)的環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，在任何環(huán)境要求下均能夠在實現(xiàn)支撐功能的情況下避免對環(huán)境造成影響。同時連續(xù)墻的技術(shù)對施工環(huán)境的土質(zhì)不存在任何要求，能夠在任何類型的土質(zhì)中使用，同樣能夠用于任何深度基坑的支撐。而該種技術(shù)的最大限制在于施工的成本更高，超過灌注樁的技術(shù)，因此一般主要用于永久性結(jié)構(gòu)的建筑。

考慮以上方案的優(yōu)勢和限制，本文案例選用灌注樁的技術(shù)能夠避免對周圍造成影響，同時相對而言使用內(nèi)插鋼管技術(shù)的情況下其成本能夠得到一定控制[1]。

2.2 逆作法選用原因

與明挖順作法相比，逆作法為一種施工順序相反的施工技術(shù)。明挖順作法的基本施工流程為：搭建圍擋，完成基坑挖掘的施工，完成支護(hù)系統(tǒng)的施工，完成底板、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及頂板部分的施工，完成地面部分的收尾作業(yè)。相比而言，逆作法的基本流程則為：搭建圍擋，沿基坑壁進(jìn)行挖掘，搭建支護(hù)系統(tǒng)，挖掘作業(yè)，完成底板等施工以及地面收尾作業(yè)。

比較而言，明挖順作法雖然技術(shù)要求較低，然而使用逆作法能夠?qū)χ車寥缹崿F(xiàn)更為有效的保護(hù)，對環(huán)境影響更小（施工總位移能夠控制在2cm以內(nèi)）。考慮本文案例施工環(huán)境，采用逆作法能夠滿足項目施工環(huán)境的要求，因此本文施工主要采用逆作法。

3 施工工藝

根據(jù)本文所述案例的基本施工流程，該案例確定使用灌注樁的逆作法進(jìn)行施工，施工中根據(jù)設(shè)計需要，采用旋挖機(jī)完成挖掘作業(yè)。

灌注樁設(shè)計方面，根據(jù)項目的實際情況，確定采用ZBK1、ZBK2、ZBK3三種類型的樁，其樁徑包括φ800mm以及φ1000mm兩個標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計需要關(guān)注的樁總數(shù)量為324根。灌注進(jìn)行時，采用的樁端主要材料為不小于0.5m的中風(fēng)化花崗巖或不小于1.5m的中風(fēng)化花崗巖。

3.1 測量放線

測量以及放線環(huán)節(jié)以業(yè)主提供標(biāo)準(zhǔn)引測，參照設(shè)計圖以及核準(zhǔn)后的測量資料完成。

由于該項目的場地較大且復(fù)雜性較高，因此采用多組平面控制網(wǎng)進(jìn)行測量：（1）距現(xiàn)場200m出設(shè)置首級控制網(wǎng)，為其他各級控制網(wǎng)建立和復(fù)核的唯一依據(jù)，因此應(yīng)當(dāng)在確保主體與圍擋施工參照系統(tǒng)一致的前提下，根據(jù)項目整體確定；（2）施工現(xiàn)場道路一側(cè)設(shè)置二級控制網(wǎng)；（3）施工現(xiàn)場內(nèi)部較為穩(wěn)定的區(qū)域設(shè)置短期使用的三級控制網(wǎng)。另外需要通過高程網(wǎng)與控制網(wǎng)配合使用，完成平面以及高程的測量。

3.2 安放護(hù)筒

該項目選擇護(hù)筒材料時，以堅固性和方屬性考慮，選用鋼板卷制的護(hù)筒，厚度為4mm到8mm之間。

護(hù)筒安防的基本流程為：（1）十字法開挖，確定安放平面傾斜情況；（2）檢查護(hù)筒內(nèi)部，確定突出物，并進(jìn)行護(hù)筒檢查，確定其具備一定的變形抗性；（3）檢查護(hù)筒尺寸，確定其內(nèi)徑較樁內(nèi)徑超過100mm以上；（4）采用錘擊或振動等方法埋入護(hù)筒。護(hù)筒安放時，需要用保證頂端高出地面20cm且中心偏離在1%以內(nèi)。

3.3 配置泥漿

配置泥漿時，按照J(rèn)TJ041-89標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，按照設(shè)計，該項目施工中泥漿注入以及排除階段分貝要求：注入階段，密度要求1.15g/cm3、粘度要求18-20s；排除階段，密度要求、粘度要求20-26s。

泥漿配置后，以正循環(huán)方式成孔，成孔高于地面30cm以上且表面標(biāo)高需高于地下水位0.8m到1m。清孔后需要于孔底50cm處按照清孔標(biāo)準(zhǔn)完成檢測。

3.4 鉆孔作業(yè)

鉆孔時，需要按照孔徑偏差±50mm、垂直偏差1%以內(nèi)、淤積厚度50mm以內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，位置要求方面需要按照施工圖確定。如圖1所示。

圖1 鉆孔示意圖

如上，作業(yè)過程中需要滿足以下的基本技術(shù)要求：（1）按照施工設(shè)計以及施工要求，完成作業(yè)人員的技術(shù)交底和培訓(xùn)；（2）作業(yè)設(shè)備必須確保能夠正常使用，所有作業(yè)必須進(jìn)行完整記錄；（3）作業(yè)實際情況與設(shè)計存在較大差別時，需要由監(jiān)理人進(jìn)行調(diào)整；（4）鉆孔采用靜態(tài)護(hù)壁工藝，鉆孔時鉆頭倒土的孔距需要在6m以上，廢土堆放距施工場地應(yīng)當(dāng)達(dá)到20m以上[2]。

3.5 第一次清孔作業(yè)

第一次清孔的作業(yè)時間為鉆孔完成后、鋼筋籠開始吊裝前，其基本的施工方式如圖2所示。

圖2 清孔作業(yè)示意圖

按照該項目的設(shè)計，第一次清孔作業(yè)中使用的鉆頭為平底的鉆頭，清孔進(jìn)行時，應(yīng)當(dāng)按照以此達(dá)到清孔預(yù)計標(biāo)準(zhǔn)的形式進(jìn)行，實際清孔作業(yè)時，如一次性操作無法達(dá)到預(yù)計的清空效果，則可以采用多次下鉆的形式完成清孔目標(biāo)。清孔作業(yè)完成后，由本項目的監(jiān)理人對孔底的沉渣進(jìn)行加測，確定沉渣厚度低于標(biāo)準(zhǔn)的50mm后，方可確定清孔完成。

3.6 制造鋼筋籠

本項目使用的鋼筋籠，采取自制的形式，制造鋼筋籠的鋼筋為HRB400鋼筋。制作過程中，主筋以及箍筋的間距、鋼筋籠的直徑差值均需要控制在±10mm范圍內(nèi)，鋼筋籠長度偏差則需要控制在±100mm范圍內(nèi)。

制作的基本流程為：（1）完成對材料的清理，按照設(shè)計要求切割材料；（2）平整場地內(nèi)，使用環(huán)形模具制作鋼筋籠；（3）焊接主筋以及箍筋各部分。焊接時要求：雙面焊搭接長度不小于5d，單面焊不小于10d；焊縫寬度不小于19.6mm，厚度不小于0.84mm。鋼筋籠堆放時，堆放層數(shù)不可高于2層[3]。

3.7 吊裝鋼筋籠

根據(jù)設(shè)計，該項目使用的鋼筋籠長度為17到47m范圍，由于長度較長因此需要采用分段吊裝的形式，分段時第一段的長度為12m，其后各段的長度約為12到13m左右。分段吊裝時，需要在保障各段的接口對齊的情況下，將上下兩端主筋進(jìn)行焊接。

這一環(huán)節(jié)施工時，選用的吊車其吊臂的最大仰角為75°，能夠180°旋轉(zhuǎn)，且鋼筋籠吊起后其與吊臂的距離能夠達(dá)到3m以上。本項目的主吊車輛為25噸，上吊高度17.9m，最大起吊重量18噸，能夠滿足鋼筋籠（0.8到1.5噸）吊裝需要。

3.8 下放鋼筋籠

鋼筋籠下放安裝過程中，需要對準(zhǔn)孔。緩慢旋轉(zhuǎn)下放，安放完成的鋼筋籠，其標(biāo)高與樁頂?shù)脑O(shè)計標(biāo)高差距需要控制在100mm以內(nèi)。每節(jié)鋼筋籠下放安裝后，需要使用護(hù)筒完成對其的保護(hù)，兩節(jié)鋼筋籠對齊焊接后需要使用螺栓完成對其的固定，各節(jié)鋼筋籠全部安放完成后，檢查合格需要對鋼筋籠整體使用螺栓進(jìn)行固定。各節(jié)鋼筋籠安放后，需要撤出導(dǎo)管，過程中需要實時檢測鋼筋籠是否發(fā)生位移，及時調(diào)整。

3.9 第二次清孔

該次清孔同樣采取正循環(huán)的方法，清孔時泥漿灌入后能夠引起反漿，促使孔底的沉渣排出；清孔使用后的泥漿，可以通過鐵絲網(wǎng)類型的過濾網(wǎng)進(jìn)行過濾，以便于循環(huán)使用；執(zhí)行清孔作業(yè)時，泥漿的比重應(yīng)當(dāng)在1.12g/cm3以下，粘度18到20s；清孔后孔底的沉渣需要控制在50mm內(nèi)。

3.10 澆筑混凝土

該項目使用的混凝土為C35等級。

該項目的水下部分樁徑為800mm到1000mm，長度約17m到47m，因此單樁的澆筑總量約為17m3到52m3。為避免澆筑時出現(xiàn)塌落，澆筑的時間需要控制在3小時左右，不超過4小時，初凝約8小時。澆筑時需要使用帶有密封圈的導(dǎo)管，管徑為250mm，能夠在混凝土緩慢流動情況下快速升降。澆筑時需要對所有情況進(jìn)行記錄，出現(xiàn)泥漿外溢需要引至泥漿池，澆筑時混入空氣等需要由監(jiān)理人提出解決方法[4]。

澆筑時，導(dǎo)管埋入的深度需要達(dá)到3至5m，且鋼筋籠底部填充1到2m后需要提升導(dǎo)管，單樁澆筑的總體積不能低于設(shè)計體積，且高出樁頂0.8到1m。澆筑完成后需要切斷吊籠，提出護(hù)筒，并清除孔口附近的泥漿以及混凝土殘余。由于導(dǎo)管并非一次性使用，因此澆筑時導(dǎo)管使用后需要對內(nèi)部進(jìn)行及時清理，避免堵塞。

3.11 鋼立柱

該項目324根樁中需要使用鋼立柱的共計131根，使用鋼立柱進(jìn)行逆作法的區(qū)域包括兩層以及僅負(fù)二層的地下室，這一環(huán)節(jié)使用采用的鋼管為A450*12mm（GZ1）、A550*16mm（GZ2,GZ3）三種類型，長度在5.4到9m之間。鋼立柱與其下混凝土部分組合后，需要使用砂完成對空隙部分的填充，在位置確定方面，參照下圖：

圖3 鋼立柱安裝示意圖

逆作法施工分為底板、負(fù)一層以及負(fù)二層三個部分。由于施工作業(yè)的空間標(biāo)高不超過7.2m，因此施工時采用分段施工的方法。施工時鋼管連接完成后需要采用無損探測的形式進(jìn)行焊接質(zhì)量的檢查。

進(jìn)行鋼立柱安裝時，需要采用鋼筋籠進(jìn)行固定，整體吊裝完成后，其標(biāo)高與設(shè)計的差值需要控制在100mm以下。與定樁施工相同，這一部分施工中同樣需要采用正反旋轉(zhuǎn)的形式緩慢下放，并在安放完成提起護(hù)筒時實時監(jiān)測鋼立柱的位移情況，進(jìn)行必要的調(diào)整。鋼立柱吊裝過程中，需要于頂部安裝雙耳環(huán)用于進(jìn)行垂直位置的調(diào)整，且安放后需要確定底部的螺栓未受到任何損傷[5]。

4 結(jié)語

部分地下施工項目當(dāng)中，如本文所述案例，由于周圍環(huán)境的影響，因此不僅施工范圍相對有限，同時如施工過程中對周圍土壤造成過于嚴(yán)重的影響，則可能引發(fā)其他風(fēng)險，因此在此種類型的工程當(dāng)中，需要采用對周圍土壤等環(huán)境影響較小的技術(shù)類型。本文所述的內(nèi)插鋼管的灌注樁技術(shù)，即屬于對施工環(huán)境影響較小的技術(shù)類型，采用逆作法完成灌注樁的作業(yè)，能夠更進(jìn)一步降低施工的外部影響。當(dāng)前城市環(huán)境的施工項目，施工環(huán)境類似本文所述案例的工程較多，采用本文所述的技術(shù)方法，能夠在控制總體施工成本的前提下，以不影響環(huán)境為基礎(chǔ)達(dá)成施工目的。