污水處理廠項目一柱一樁施工工藝研究

0 引言

一柱一樁鋼立柱通常用作逆作法基坑工程中的臨時支撐部件，并在基坑施工完成后通過鋼筋混凝土澆筑的方式形成建筑結構的一部分。相對而言，鋼立柱作為臨時支撐時，如果施工人員對其垂直度和位置定位不準確，將導致后續施工受到影響，甚至可能導致工程穩定性無法滿足需求，引發工程返工等影響進度的問題。在污水處理廠項目制作中，基坑工程所需要應用的一柱一樁鋼立柱數量相對較多，在工藝質量把控不到位時可能導致大量立柱質量不合格，產生不必要的成本支出。為此，工程單位需要深入研究一柱一樁施工工藝，做好工程質量和進度把控工作。

1 逆作法施工中的一柱一樁施工技術概述

逆作法施工常用于地下建設結構施工，施工順序為自上而下，即工程單位沿地下建筑周邊布置密排樁或連續墻圍護基坑，并依靠支撐樁實現各部位的有效支撐，構建穩定性符合施工需求的豎向承重體系，在此基礎上可以逐步向下挖土方、澆筑建筑結構。逆作法施工中的承重結構主要由支撐樁構成，工程單位在確保結構穩定性的基礎上選擇對建筑結構進行優化設計，采取一柱一樁的施工工藝實現對項目成本的有效節約，該施工工藝對于鋼管柱垂直度、沉渣控制、成孔施工等具有較高要求，工程單位需加強對一柱一樁施工工藝的研究應用。

2 一柱一樁調垂施工期間注意事項

垂直度誤差控制是一柱一樁施工中的關鍵環節，工程單位需要針對各鋼管柱開展3次垂直度測量工作，實現對鋼管柱垂直度誤差的充分把握。垂直度的測量可以通過圖1所示方法開展，將鋼管一端連接十字鋼板作為裝設激光測斜儀的平臺，一端裝設有機玻璃作為光靶，通過激光線對準光靶中心的方式調整鋼管垂直度，待鋼管插入鋼筋籠且與調垂架固定時，利用副激光測斜儀對垂直度進行再次調整。

圖1 垂直度測試原理示意圖

待鋼管柱、灌注樁混凝土初凝后，施工人員可以將管樁測斜儀裝設于鋼管柱端頭部位，借助藍牙與電腦對垂直度進行遠程監測，此時施工人員僅可以通過調垂架對地面上方的鋼管柱垂直度進行調整，對于灌注樁內部的鋼管柱則由于被混凝土固定，無法進行調整，否則將導致鋼管柱形成影響穩定性的撓度，而且當前測斜儀所檢測的結果只能代表端頭部位垂直度參數，施工人員只能通過換柱的方式完成垂直度調整工作。為此，工程單位需要重視初凝前的鋼管柱垂直度調整工作，避免后續耗費更多時間、成本進行換柱處理。此外，施工人員也可以根據圖2所示方式，利用高壓供氣調垂裝置，通過控制器調節氣壓，為鋼柱增加旋轉應力，完成二次調垂。

圖2 二次調垂示意圖

3 某污水處理廠項目一柱一樁施工工藝應用分析

3.1 工程概況

某污水處理廠規劃占地面積約28公頃，項目單位計劃按照每天40萬m的標準進行建設，后期達到每天55萬立方米的標準，短期內工程用地約19公頃，后期控制用地為8公頃。為滿足工程建設需求，項目單位擬采用一體化箱體施工，箱體尺寸為350m×350m，頂板標高5m，操作層標高1m，項目施工期間需采用一柱一樁施工工藝，一柱一樁數量約1650根，鋼管柱垂直度誤差精度需控制在1/500范圍內，一旦誤差超出限制，將產生鋼管柱大規模偏移等影響工程結構穩定性的問題。為此，項目單位結合工程現狀選取了適宜的調垂技術，并嚴格控制一柱一樁各項工序施工質量，確保工程建設工作有序推進。

3.2 鉆孔、清孔施工工藝

鉆孔前施工人員需借助水準儀測量現場標高尺寸，結合測量結果對成孔深度進行調整，依次完成樁點放樣和護筒埋設工作。針對不同的土層所應用的鉆進參數也有所不同，粘土層通常需要使用較低鉆壓和較高鉆進速度，轉速可以選擇Ⅱ檔；砂土層通常需要使用較高鉆壓和較低鉆進速度，轉速可以選擇Ⅰ檔。鉆孔施工人員需控制鉆孔位置鄰樁的間距，待混凝土灌注完成并間隔36h后方可在灌注樁附近區域鉆孔。

成孔之后，施工人員可以采取泥漿護壁循環清孔的方式完成第一次清孔施工，在操作過程中，施工人員需在鉆孔深度達標后對孔徑、孔深等參數進行測量，并嚴格控制底部沉渣厚度，避免因10cm以上厚度的沉渣對灌注樁穩定性造成影響。在孔底沉渣清理階段，施工人員需對孔內水頭高度進行嚴格控制，避免產生塌孔問題，同時也需要避免采取持續鉆井的方式清孔，采取泵吸反循環的方式進行清孔處理，待孔底沉渣厚度、含砂率等測試達標后完成清孔施工。

3.3 鋼筋籠加工處理工藝

灌注樁垂直度不合格問題通常與鋼管柱安裝階段出現傾斜情況存在關聯，該問題的出現將伴隨鋼筋籠傾斜、成孔傾斜等問題，最終對一柱一樁施工質量造成嚴重影響。由于鋼管樁、灌注樁的長度較大，且截面直徑存在漸變情況，這需要工程單位分節制作鋼筋籠，結合一柱一樁安裝、澆筑需求將各節鋼筋籠吊裝至指定區域，并按工序要求開展焊接拼裝工作。清孔完成后，施工人員需對硬標高尺寸參數進行測量，結合測量結果對吊筋長度進行控制，避免出現鋼筋籠安裝偏差過大的問題，誤差最終需控制在±100mm范圍內，應在裝設鋼筋籠期間做好兩節鋼筋籠主筋連接部位的對標調整工作，確保水平與垂直位置對接到位，實現鋼筋籠與樁孔同心度的優化調整。在調整期間，施工人員應注意操作緩慢，避免與土壁碰撞，在焊接期間則通過點焊、綁扎混用的方式將主筋與箍筋連接牢固，最終將孔口與鋼筋籠頂部的間距控制在14m，確認無誤后開展注漿管與聲測管的裝設工作。

3.4 調垂施工工藝要點

3.4.1 調垂技術選型

1650根一柱一樁施工過程中，項目單位需要在短時間內完成大規模鋼管柱、灌注樁的調整、澆筑施工，為確保工程質量滿足需求，垂直度調整是施工的重點環節。為確定垂直度控制標準，對不同項目工程中一柱一樁的垂直度要求與柱樁數量進行調研，選擇將1/500作為本工程的垂直度控制標準。不同調垂系統的對比情況詳見表1，HDC高精度液壓法雖然在精度方面較高，但對于操作要求為中間且效率和經濟性不高，而調垂盤法不僅操作簡易、效率高，而且經濟性良好，滿足本項目大規模一柱一樁施工需求，由于該方法的精度僅為1/300，為滿足精度要求，需對其進行優化改進。

表1 現有調垂系統對比分析

3.4.2 重視對鋼管柱材料的驗收排查工作

工程單位需要重視鋼管柱質量對一柱一樁施工質量的影響，在鋼管柱采購前需做好供應商資質、信譽、技術能力等多方面的調研工作，組織人員做好生產環境監督管控工作，并在鋼管柱入場前嚴格按標準進行驗收檢驗，避免出現鋼管柱自身垂直度相關參數不標準等情況。

3.4.3 結合項目特點對調垂架優化改進

①方案一。

為滿足工程建設需求，實現對一柱一樁施工中鋼管柱垂直度調整精度高效控制，工程單位可按照圖3、圖4所示方式對調垂架結構進行優化改進，使用4組可調鋼管螺桿作為撐腳，滿足調垂架的水平調節需求，同時將4組螺桿抱夾分別裝設于東南西北四個方向，其中2組位于上方、2組位于下方，能夠結合需求對鋼管柱的方向進行調整；調垂架頂部增設具有500mm直徑孔的孔口板，該直徑尺寸略高于鋼管柱，能夠用于初步調整鋼管柱的垂直度。

圖3 調垂架結構優化模型

圖4 調垂架示意圖

應用該方案將鋼管柱垂直度調整完畢后，施工人員在澆筑前復測時通常會發現部分鋼管柱的垂直度與之前測量結果存在較大偏差，現場檢查人員發現，調垂架雖然將鋼管柱垂直度調節到位，但1650根鋼管柱的裝設間距相對較近，極易出現外力碰撞等影響調垂架穩定性的問題。針對這一情況，施工人員需在調垂完成后將4組抱夾緊固到位，并利用膨脹螺栓將調垂架固定于混凝土地基上，避免因外力撞擊引發鋼管柱偏移問題。

②方案二。

新型調垂盤主要部件為鋼絲繩調節架、底座以及調節板，其中調節板分為角鋼格構柱調節板與鋼管混凝土柱調節板，詳見圖5。工作原理為水平固定底座，借助調節板將鋼立柱固定，通過鋼絲繩調節架調節鋼立柱的垂直度，在高精度傾角儀監測設備的監控下調節鋼立柱的垂直度直到達到工程要求，傳感器示意圖詳見圖6，垂直度調整效果詳見表2。通過對比發現，該方案效率、精度更高，更能滿足調垂施工需求。

圖5 新型調垂盤

圖6 傾角傳感器工作示意圖

表2 “一柱一樁”垂直度統計

3.5 混凝土澆筑

項目單位需要在混凝土澆筑環節重點關注樁頂擴孔區的施工質量，施工期間需結合現場情況對灌注導高高度進行調整，避免成樁質量無法滿足設計標準。在實踐操作時，施工人員應在導管沉放至孔底時向上提拉0.5m，將第一斗混凝土澆筑完成后續始終將導管在混凝土中的埋入深度控制在1.3-1.8m；第二斗混凝土澆筑后續適當提拉導管，避免在混凝土中的埋入深度超出2m。在水下施工環境中，施工人員需在二次清孔后立即開展混凝土澆筑施工，并將導管埋深控制在2-8m范圍內，結合澆筑清孔對導管埋深進行實時調整，待混凝土初凝后將鋼筋籠吊筋切斷，并抽出護筒，開展表面泥漿清理工作。為固化樁底沉渣，施工人員可以采用二次樁底注漿工藝，漿液可選取硅酸鹽水泥材料，注漿期間需對注漿壓力、注漿量等嚴格控制。

4 結語

綜上所述，在污水處理廠項目施工期間，工程單位所應用的一柱一樁施工需重點控制鋼管柱的垂直度，對于鋼管柱數量較多且工期較短的項目，工程單位需積極采用機械螺桿人工調垂技術，并結合工程需求對調垂架進行優化改進，待調垂完畢后應利用膨脹螺栓將調垂架固定，避免因外力撞擊導致鋼管柱垂直度無法滿足施工需求。對于鉆孔、清孔、鋼筋籠裝設、混凝土澆筑等各項施工，工程單位需嚴格按工序標準開展施工，做好鉆進參數控制、孔底沉渣清理固化等相關工作，確保一柱一樁施工有序開展。