地下空間工程格構柱樁施工技術研究

陶世馨 TAO Shi-xin

（中國葛洲壩集團第一工程有限公司，宜昌 443002）

0 引言

隨著我國經濟的飛速發展，對地下空間的利用率越來越高，深基坑工程也越來越普遍。在深基坑工程中，基坑支護體系非常關鍵，對基坑支護施工技術的研究也極其重要[1]。格構柱樁作為基坑支護體系中的豎向受力結構，是基坑支護結構中的一種常見形式[2]。在格構柱樁施工過程中，如何保證格構柱的標高、垂直精確度，是影響工程施工質量的關鍵[3-5]。本文以南京江北新區地下空間工程為例，對格構柱樁施工技術進行研究，通過合理打立柱樁和利用主體結構工程樁作立柱樁兩種類型的施工，有效解決如何控制格構柱樁施工質量和垂直度的問題。

1 項目概況及地質概況

江北新區地下空間一期建設工程，位于江北新區核心區域，總用地面積約29.66 公頃，地下總建筑面積約85.10萬平方米。其中本區段工程為總高600m 的多功能塔樓，主結構高約533m，塔樓包含地上116 層和4 層地下室。地塊基坑面積11000m2，基坑長為423m，預估挖深23.90～28.20m，基坑安全等級為一級。

場區地貌類型上屬長江漫灘平原區。場區地表多為人工填土，淺部為全新統沖湖積淤泥質粉質黏土，中部為全新統沖積粉細砂及上更新統沖洪積中粗砂及卵礫石，下伏基巖為白堊系浦口組泥質砂巖、砂質泥巖。巖面起伏不大，一般埋深在64.7～68.7m 左右。場地南側為長江，距場地僅600m 左右。場地深部分布有巨厚的高富水承壓含水層，厚度約45～80m，且具有承壓性、含水量豐富、透水性極強。

2 格構柱樁施工重難點

①根據場地地質條件分析，土體性質對基坑支護結構受力和變形控制較為不利，需采取合理、可靠的支護結構體系。基坑工程面臨突出的地下水問題。為確保基坑的安全，必須采取可靠的地下水控制措施。

②本項目設計格構柱樁數量多，長度長，垂直度要求高，需要精準把握施工工藝，才能保證施工質量。

3 主要施工技術

3.1 格構柱樁構造

本工程支撐結構格構柱樁，主要包括格構柱和立柱樁兩部分，上部格構柱為鋼構件，下部立柱樁為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁基礎。格構柱樁上部采用540×540mm2的格構柱作為臨時中立柱，長度為25.4～30.9m。下部立柱樁共分為增打立柱樁和利用主體結構工程樁作立柱樁兩種類型，增打立柱樁采用Φ900mm 的鉆孔灌注樁，利用工程樁，按照工程樁樁基原設定成孔工藝進行。

格構柱長度約為25.4～30.9m，所用角鋼、鋼板為Q235B 鋼，采用500×400×14 綴板。立柱樁為Φ900mm 的鉆孔灌注樁，格構柱插入鉆孔灌注樁部位大于3.0m。格構柱樁構造詳見圖1，立柱的角鋼結構詳見圖2、圖3。

圖1 格構柱樁結構圖

圖2 角鋼拼接平面圖

圖3 角鋼拼接立面圖

3.2 格構柱樁劃分

本工程格構柱尺寸為0.54×0.54m，格構柱樁分6 種類型，共計109 根，增打工程樁命名為ZD-LZ，利用工程樁命名為LY-LZ，具體詳見表1。

表1 格構柱樁類型統計表

3.3 技術操作要點

格構柱樁上部格構柱中心偏差不大于20mm，垂直度的允許偏差應不大于1/300。下部鉆孔灌注樁，采用反循環鉆機進行成孔，注漿采用樁端后注漿工藝，樁身混凝土設計強度等級為水下C30，中心偏差不大于20mm，樁身垂直度偏差不大于1/200。利用工程樁，按照工程樁樁基原設定成孔工藝進行，裙樓區域用作立柱樁的工程樁有效樁長加長至40m，樁頂至格構柱以下1m 范圍擴張至φ900mm，采用樁端后注漿工藝。

為保證格構柱樁施工質量，需重點研究以下工序要點：①埋設護筒。選用1 臺液壓挖掘機或旋挖鉆機，將直徑Φ1000mm，長2～5m 長護筒打入孔內進行護壁。②鉆孔。增打立柱樁選用反循環鉆機，泥漿固壁，鉆進成孔。③清孔。樁孔成孔后，在鋼筋籠插入孔內前，進行第一次清孔，成渣厚度滿足要求后，下放鋼筋籠和鋼立柱，鋼筋籠和鋼立柱下放完成后進行第二次清孔，成渣厚度滿足要求后即可澆筑[6]。清孔方式均采用泵正循環清孔。④鋼筋籠下設。鋼筋籠在現場胎架上整體制作成型，分節吊裝下設；吊車采用50t 及以上履帶吊。⑤格構柱下設。格構柱在現場胎架上整體制作成型，整體吊裝下設；吊車采用50t 及以上履帶吊。⑥混凝土澆筑。樁體混凝土采用水下直升導管法澆筑。⑦空樁回填。利用工程樁回填方式與工程樁相同，采用C10 混凝土回填；增打立柱樁空腔及格構柱與樁孔側壁之間采用級配碎石、砂石回填。

3.4 成孔施工技術

①成控設備。結合工程地質條件和工期、質量要求，本工程增打立柱樁選擇反循環鉆機進行施工，利用工程樁按原工程樁施工方法不變。

②成孔工藝。針對不同地質層選用不同的鉆頭、鉆進壓力、鉆進速度及適當的泥漿比重。鉆進過程中及時濾渣，同時經常注意地層的變化，在地層的變化處均應撈取渣樣，判斷地質的類型。經常檢查泥漿的各項指標。

③樁孔質量檢測。樁孔質量參數包括：孔深、孔徑、鉆孔垂直度等。1）孔深：鉆孔前先用水準儀確定護筒標高，并以此作為基點，按設計要求的孔底標高確定孔深，以測錘確定孔深。2）孔徑用探孔器測量，若出現縮徑現象應進行掃孔，符合要求后進行下道工序。3）垂直度：采用雙向錘球或孔錘測定，偏差應小于1%。

④清孔。1）第一次清孔。樁孔成孔后，在鋼筋籠及臨時立柱（格構柱）插入孔內前，進行第一次清孔，用泵正循環清孔，使密度達1.2 左右。2）第二次清孔。鋼筋籠、臨時立柱（格構柱）及導管下好后，用泵正循環進行第二次清孔，第二次清孔時間不少于30min。清孔結束后孔底500mm以內的泥漿相對密度應小于1.2，含砂率應小于3%，提高泥漿的持壁性能，保證孔徑質量、樁端沉渣＜50mm。

3.5 鋼筋籠、格構柱加工及下設

①加工要點。格構柱樁主要由抗拔樁鋼筋籠和格構柱兩部分組成，其中格構柱插入鉆孔樁長度為3～4m。鋼筋籠制作應嚴格按照圖紙施工。本工程中鋼筋籠整體加工，主筋采用機械連接，主筋的連接接頭以50%錯開。格構柱采用現場加工制作。②鋼筋籠制作。本工程鋼筋籠最大重量約12.472t，最大長度57m，在胎架上分節加工成型。鋼筋籠采用分節制作、分節吊裝下設，籠長30～57m，利用工程樁鋼筋籠加密區箍筋的間距100mm，非加密區箍筋的間距為200mm，增打立柱樁鋼筋籠加密區箍筋的間距200mm，非加密區箍筋的間距為300mm；在骨架外側設置保護層混凝土塊，其間距豎向為5m，每個斷面設不少于3個，1.2m 利用工程樁主筋保護層厚度為70mm，其他鋼筋籠主筋保護層厚度為50mm。③格構柱制作。該格構柱主要設計為混凝土支撐下部，鋼構件連接均為滿焊。格構柱長度為25.4～33.2m，鋼立柱嵌入鉆孔灌注樁3～4m，格構柱最大重量為12.787t。鋼立柱與鉆孔灌注樁主筋焊接，一起吊放，鉆孔灌注樁樁徑1.2m/0.9m/0.8m。

因本工程格構柱長度大，不便于運輸，格構柱采用分節組裝焊接。單節格構柱采用模具定位進行拼裝，以保證格構柱的垂直度。

3.6 混凝土澆筑

增打立柱樁，采用水下C30 混凝土。利用原工程樁的按工程樁標準配料。入倉時坍落度18～22cm，擴散度49～55cm；1.5h 后坍落度≥15cm。初凝≥12h，終凝≤24h。施工前根據原材料的情況進行混凝土配合比試驗以取得最適合的配合比。施工時據現場材料的含水量等調整各種材料的用量。灌注樁混凝土澆灌可采用泥漿下直升導管法澆筑，導管直徑為Φ250mm，導管開澆順序為自低處至高處。導管距孔底25cm 左右，采用滿管法開澆。采用1 根導管中心位置澆筑，導管均勻進料，混凝土面高差不大于0.5m，導管埋深不得小于2m，不宜超過6m。立柱樁內混凝土泛漿高度須滿足相關規范要求且應滿足基坑基底開挖面標高以上混凝土超灌高度不小于1m。

增打立柱樁內外側回填級配碎石、砂石，要求四周均勻投料，同時計量其方量，回填的方量須接近計算方量；利用主體結構工程樁使用C10 混凝土回填。

4 結語

本項目特點是鋼格構柱數量多、長度長、垂直度要求高等，為保證標高、方位精確度，本工程設立立柱樁，分為增打立柱樁和利用主體結構工程樁作立柱樁兩種類型。增打立柱樁選擇反循環鉆機進行施工，利用工程樁按原工程樁施工方法不變。本施工技術具有如下優點：

①工程樁兼作立柱樁，能優化豎向結構設計，節省材料，降低工程造價。

②增打立柱樁選擇反循環鉆機進行施工，反循環挖鉆機具有成孔快速、整體重量輕、性價比高、維修保養費用低等優點。

③能適應場地的地質條件，滿足格構柱樁的標高和垂直度要求，同時工程質量合格。

本工程的經驗可為類似項目施工提供參考。