盖挖法车站中柱上浮处理技术方案的研究.pdf

总658期2023年第28期（10月 上）0 引言目前，在城市中心区地铁车站建设时，越来越多地采用全盖挖逆作法进行施工，其竖向梁柱支撑体系具有至关重要的作用。如果出现施工质量问题，必须采用妥善的方案进行处理。基于此，本文分析梁柱支撑体系施工过程中质量问题产生的原因，并就此提出处理方案及预防措施。1 工程概况1.1 车站概况某车站总长度201 m，标准段宽35 m，车站覆土厚度 1.53 m，采用全盖挖逆作法施工，主体分三期施工。主体围护结构采用1200950 mm 咬合桩支护形式，车站竖向支撑体系为纵向设置3道梁柱体系，梁体系为顶纵梁、中纵梁及底纵梁；中柱体系竖向分两部分，一部分底板以下为1800 mm抗拔桩基础，另一部分底板以上为1000 mm钢管柱。车站柱体系平面布置图如图1所示。1.2 工程地质情况根据设计要求，中柱桩基础为端承桩，桩底需位于中风化岩层内。在成孔过程中需穿越较多软弱或不良地层。中柱施工地层情况如下：自上而下分别为杂填土、粉细砂、淤泥质黏性土、中粗砂、砾砂、黏性土、卵石、砂质黏性土、全风化混合岩、土状强风化混合岩、块状强风化混合岩、中风化混合岩。2 中柱上浮质量缺陷的经过及原因车站某钢管柱基础为桩径1.8 m抗拔桩，要求桩底入中风化2.5 m，且不小于底板以下4 m，钢管柱插入底板下不小于3.8 m。中柱施工采用全回转钻机+钢套管+旋挖钻机工法施工。2.1 中柱上浮质量缺陷的经过钢管柱基础抗拔桩成桩采用全回转钻机下压钢套管跟进至桩底，采用旋挖钻机钻进取土，钻至设计标高后，下放抗拔桩桩基础钢筋笼，浇筑混凝土，安装钢管柱。钢管柱安装完成后上拔钢套管过程中发现钢管柱上浮1.45 m，立即采用旋挖钻机重新压入，在压入0.39 m后无法进一步压入。立即调整处理方案，采用全回转钻机上拔钢管柱，重新成孔，但也无法拔出，最终经过核实钢管柱较设计标高上浮1.06 m，造成钢管柱原位于顶板、中板及底板位置处法兰盘错位，钢柱插入桩基础深度不足。中柱上浮与设计位置对比图如图2所示。2.2 中柱上浮质量缺陷的原因分析1）目前，全回转钻机+钢套管工艺还不成熟，无法有效解决拔出钢套管过程中钢管柱定位问题；因需待抗拔桩混凝土初凝后插入混凝土中的钢管柱方可固定，但此时钢套管因混凝土初凝不易采用全回转钻机拔出，两者相矛盾。现场一般做法为钢套管需保证桩收稿日期：2023-01-05作者简介：刘子玉（1991），男，工程师，研究方向为轨道交通工程。盖挖法车站中柱上浮处理技术方案的研究刘子玉（中铁十四局集团有限公司，山东 济南 250000）摘要：结合深圳地铁某车站全盖挖逆作法车站中柱施工案例，研究介绍盖挖逆作法施工过程中中柱出现上浮质量缺陷时的处理技术方案。主要包括对地层条件的判断、中柱施工工艺、中柱桩基成桩质量以及可选择的处理方案等方面。实践表明，中柱上浮处理方案取得了良好效果，承载能力及施工质量均满足各方设计要求，为后续地铁施工提供参考。关键词：全盖挖逆作法；梁柱体系；上浮处理；地铁车站中图分类号：U455文献标识码：A图1 车站柱体系总平图28交通世界TRANSPOWORLD体混凝土未初凝时第一次拔除钢套管，会导致钢管柱上升，在第一次拔除套管后需第二次压入钢管柱至设计标高。2）钢套管与钢管柱之间回填碎石未按方案施工，仅回填2.8 m高度，未按方案要求回填至顶法兰下12m的要求，导致钢管柱柱身周边摩擦力不足，导致钢管柱上浮量过大（1.45 m），在二次压入时难度过大，最终未能达到设计要求1。3 中柱上浮处理方案3.1 处理方案的比选车站钢管柱上浮后，经过专家论证及设计单位核算后，确定两种处理方案：方案一：检测桩基的完整性，若桩基质量完好，保留现有已施工抗拔桩及钢管柱，需对钢管柱节点进行重新处理。具体方案如下：顶板施工前，即钢管柱非受力状态下，采用可靠的施工方案将钢管柱中板以上周边土方开挖，将既有钢管柱顶板位置法兰盘和中板位置法兰盘割除，按设计中板及顶板位置重新焊接法兰盘，焊接质量需满足设计要求。底板位置处，在不影响车站使用功能的前提下，增大底纵梁尺寸，将底板法兰盘包裹至底纵梁内。方案二：保留目前已出现质量问题的钢管柱，沿车站纵向在该根钢管柱左右两侧新增两根临时格构柱，在主体基坑开挖阶段，将支撑体系转换至新施工两根型钢柱上，使该根钢管柱对支撑体系受力可忽略不计。在施工至车站顶板、中板及底板位置时，分别割除钢管柱现状法兰盘，并按设计顶板、中板及底板重新焊接法兰盘，焊接质量需满足设计要求。经过两种方案比选，并结合现场实际情况，经设计单位核算，最终选定方案一为处理方案。3.2 处理方案的实施1）桩基完整性检测首先需对钢管柱底部抗拔桩桩基完整性进行检测，桩身混凝土质量良好方可采用。桩基混凝土检测主要通过钻芯法进行取样尖刺，经过专业单位检测桩身完整性完好，可按方案一进行下一步顶板及中板法兰盘割除及重新移位焊接。桩基检测芯样如图3所示。图3 桩基芯样2）顶板及中板法兰盘处理根据设计要求，顶板及中板位置处法兰盘处理必须在非受力状态下进行，即在车站盖板结构施工前必须处理完成。结合现场施工条件及设计要求，采用倒挂井壁法开挖圆形竖井，开挖至中板法兰盘位置处，依次处理中板及顶板位置处钢管柱法兰盘，处理步骤为：施工止水帷幕，采用旋喷桩在开挖竖井周边设置止水帷幕；施工竖井，采用600 mm800 mm现浇混凝土圈梁+300 mm厚钢筋混凝土井壁支护，竖井开挖至设计钢管柱中板法兰盘下65 cm，采用15 cm厚素混凝土封底。由专业人员割除原中板及顶板位置处法兰盘、铆钉及牛腿，在设计标高位置焊接中板位置法兰盘、铆钉及牛腿。分段分层回填压实至盖板开挖面，经验收合格后施工盖板结构。3）竖井施工具体做法止水帷幕施工。钢管柱处地下水位较高，自地面下3 m到达水位线，为保证竖井开挖无水作业，沿竖井周边先期施工600450 mm旋喷桩止水帷幕，桩身自盖板底下8 m，穿过透水层，桩底位于全风化花岗岩中。竖井施工。竖井采用现浇圈梁+喷射混凝土井壁方式施工。现浇圈梁横截面宽度 600 mm、高度 800mm，采用早强C30普通混凝土浇筑。竖井壁采用倒挂井壁法，井壁厚度300 mm，每段高度不高于1 m，混凝土采用早强 C25喷射混凝土。开挖到要求深度时浇筑15 cm厚C20素混凝土封底保证基坑稳定。4）钢管柱法兰盘处理法兰盘切除。法兰盘切除作业共分三步进行，分别为栓钉、牛腿及法兰切除切割采用分段对称切割法，用两把手割枪、两名工人对面同时对称切割，切单位：mm图2 中柱上浮后实际位置29总658期2023年第28期（10月 上）割时工人尽量保持切割速度一致，以保证受力均匀性，切割时注意火焰风线与钢管柱表平行并留出2 mm间隙，以保证火焰不伤及母材，切割后用电动角磨机磨平。法兰盘恢复，法兰由工厂下料并把单边工艺坡口完成，坡口40，钝边12 mm，法兰内径大钢管直径 1012 mm，装配时留出间隙 56 mm，坡口朝上，下部加5 mm垫板，将法兰与钢管柱固定，该工艺为加垫板单面焊接成型。焊接完成后，涂刷防腐蚀涂料，涂层与钢管基础的附着力不小于5 MPa。钢管柱桩法兰切除示意图如图4所示。图4 钢管桩法兰切除示意图4 预防措施4.1 严格控制施工工艺盖挖法中柱施工建议严格采用全回转+全套管施工工艺，保证成孔质量2。4.2 严格控制成孔质量1）钢套管压入超前，采用全回转钻机或冲转钻机钢套管内取土，交替进行。在软弱地层取土面要保证高于钢套管底部2 m，钢套筒及时跟进。进入中风化地层以后，钢套管停止跟进，但旋挖钻机继续钻机取土，利用中风化岩层自身强度护壁。2）挖土过程中实时测量地下钢套管内土体标高，利用测绳量取地面套管高度以及套管内部深度，然后反算地下入土深度，直至钻进至设计要求高度。例如某车站设计要求永久工程桩桩基础入中风化岩层不小于2 m，并且结构底板以下不小于5 m后停止钻进。4.3 严格控制全回转上拔钢套管速度因钢套筒跟进至桩基底部，桩基混凝土浇筑完成后，钢套管部分已埋入浇筑混凝土中。因此，在桩基混凝土浇筑完成后，立即采用测绳测量桩基实际浇筑混凝土标高，根据测量标高立即利用全回转钻机上拔钢套管，保证上拔至距离混凝土面100200 mm位置。防止因桩基混凝土初凝，钢套筒无法拔出7。同时也应严格控制钢套管上拔速度，防止因上拔过快导致护壁效果不佳，发生塌孔等质量事故，导致混凝土液面在孔内快速上浮，极易造成中柱上浮3。4.4 严格控制型钢中柱安装质量1）型钢中柱为专业加工厂预制加工，加工成品后运输至施工现场。2）型钢中柱顶部位于顶板以下，一般位于地下4m，下放至设计标高后，顶部距离地面约4 m高，也就是位于钢套管内4 m以下，此时型钢柱定位及固定均不宜实现，现场通过两种方法进行改进控制：定制辅助工具节，长度大于 4 m，保证露出地面及钢套管顶面，辅助节与型钢柱在地面提前进行连接。在型钢柱柱身及辅助节上焊接定位法兰，定位法兰仅比钢套管内径小10 mm，通过此方法可有效控制型钢柱柱身垂直度4。3）柱下桩基础混凝土浇筑完成后立即进行型钢柱安装，型钢柱安装前必须用全站仪对柱位点及标高重新复测并引至钢护筒边做标记或其他固定点加以保护。4）采用两台吊车两点起吊，保证整体、平直起吊。钢管柱扶直过程中两台吊车密切配合使用，柱吊离地面后，利用重心偏移原理，由水平起吊转化为垂直吊装，方便入孔。用吊车吊放，入孔时应慢放，严禁高起猛落、碰撞和强压下放。5）入孔过程中当插入混凝土阻力较大时，可向型钢柱内灌水，增加自重；同时采用挖机或旋挖钻机下压至设计标高，用钢筋将钢管柱固定在钢套筒内壁。4.5 严格控制回填填充型钢柱与钢套管之间空隙在型钢柱插入至设计标高且柱下桩基础混凝土初凝后，钢管柱管口采用钢板封口，钢管柱四周相向、均匀回填，直至顶梁牛腿下12 m，并加水密实。此时的回填目的主要是增加型钢柱与钢套管摩擦力，保证后续型钢柱内安放钢筋笼及浇筑混凝土型钢柱不下沉，保证柱身标高11。5 结束语本文总结了车站中柱出现较大上浮质量缺陷的原因及处理方案，并详细介绍了处理方案中各阶段关键的施工技术。经实践证明，上述施工技术可操作性强、施工速度快、工艺安全可靠，能够保证施工质量、降低施工风险，并经济合理，满足工期要求。可为同类工程提供参考。参考文献：1 程绣.浅谈钢管柱施工技术J.建筑设计管理，2010（3）：63-65.2 朱元生.HPE液压垂直插入机施作钢管柱施工技术J.铁道建筑技术，2012（10）：74-77，86.3 赵伟.水下混凝土灌注中钢筋笼上浮问题的解决对策J.建设科技，2012（7）：81.4 李彪.地铁车站盖挖逆作法钢管柱施工技术J.施工技术，2008（S2）：80-83.30