广深港客运专线福田站大直径钢管混凝土立柱施工技术.pdf

2 0 1 3年 第 5期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 87 文章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 0 8 7 0 3 广深港客运专线福 田站大直径钢管 混凝土立柱施工技术 杜 万 强 ( 中铁 十五局集团有限公司 ， 河南 洛阳4 7 1 0 1 3 ) 摘 要 ： 广深 港客 运专 线福 田站部 分采 用盖 挖逆 作 法施 工 ， 设 计 采 用 直径 1 6 m 全地 下钢 管 混凝 土 立柱 ， 需在 7 0 m深 的 富水软 弱地 层 中进行施 工 。本 文对 钢 管混 凝 土立 柱施 工 工 艺、 钻 孔桩 施 工 、 定 位 器制 作 安装、 钢管柱吊装及验算、 高强度混凝土灌注、 柱与钢套筒间填砂 处理等施 工要点进行 总结。采用了城 市 中心 区超 大超深基 坑 内钢 管立 柱施 工定位 技 术 ， 将 钢 套筒 作 为护 壁 解 决 了地 下深 层狭 小 空间 的施 工 防护 问题 ， 可供 同类工程 施 工参 考。 关键 词 ： 复杂地 层 大 直径钢 管立柱施 工 工艺 中 图分类 号 ： T U 4 7 3文献 标 识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 3 0 5 2 6 钢管混凝土立柱越来越多地被应用于高层建筑 、 大型建筑 、 桥梁 、 特种结构等工程 ， 作为一种新的结构 形式 ， 与其 他 钢筋 混凝 土 结 构 及 钢结 构 相 比具 有 如 下 优点 ： 强度大 ， 各 向同性 ， 稳定性好 ， 承载力高 ； 在相同 承 载力条 件下 ， 结 构断 面较 小 ， 可 节 约 钢材 5 0 以上 ； 焊 接加工 量 显著减 少 ， 可简 化施 工安 装工 艺 ； 节 点 可设 计为环形 ， 可适应不规则交叉梁 系的支撑要求。本文 介 绍广 深港 客运专 线 福 田站全 地下 大直径 钢管 混凝 土 立 柱施 工技 术 ， 可 供 同类工 程参 考 。 1 工 程 概 况 广深港客运专线福田站为国内首座全地下高铁车 站 ， 是亚 洲 规 模 最 大 、 世 界 上 行 车 速 度 最 高 的 地 下 车 站。该站位于深圳市行政文化中心和高档商务 区， 全 长 1 0 2 3 m， 深 3 2 1 5 I n ， 宽 7 8 8 6 m， 站 场规 模 4台 8 线 ， 总 建筑 面 积 1 4 7 0 8 8 m 。可 与 多 条 地 铁 线 及 公 交 站 实现 无缝 对接 ， 是 福 田交通 枢纽 的核 心组成 部 分 。 福 田站所处 地层 从 上 至 下 依 次 为 素填 土 、 淤 泥质 土 、 粉 质黏 土 、 细 、 中 、 粗 砂 ， 下 伏 全 风 化 至 弱 风 化 花 岗 岩 。地下水主要赋存于冲积砂土层及圆砾、 卵石层中。 福 田站共有全 地下直径 1 6 m钢管 混凝土立柱 1 1 0根 ， 设计长度 3 0 3 m， 由于地质条件差 ， 为 了保证 柱 的承 载 力 ， 柱下 桩 最 大 深 度 达 到 3 8 0 m， 从 地 面 到 柱下桩底总深度超过 7 0 0 m。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 8 0 l ； 修回 日期： 2 0 1 3 0 2 2 0 作者简 介： 杜万强 ( 1 9 7 5 一) ， 男 ， 河南宜 阳人 ， 高级工程师。 2施 工 工 艺 流 程 1 ) 采用直径 2 8 m冲击钻冲孑 L 。 2 ) 钻孔到设计标高后 ， 下放钢套筒 。钢套筒整体 加 工成 型 ， 外 径 2 7 5 m， 长 度 约 3 6 5 0 i n ， 筒 底深 入 车 站底板结构柱定位器以下 3 0 0 m， 采用履带 吊整体起 吊人孔 ， 吊装时严格控制标 高。钢套筒下放到设计深 度后 ， 其顶部高出地面 5 0 c m。 3 ) 钢套筒下放到位后 ， 使用反循 环清孔， 清孔合 格 后下 放钢 筋笼 ， 用 吊筋 长度控 制钢 筋笼 的设计 标高 。 4 ) 采用水下混凝 土进行灌注 ， 由于桩直径较大 ， 灌注过程应将导管精确控制在桩 中心位置。 5 ) 灌注 完 成 并 终 凝 后 ， 及 时将 孔 内泥 浆 抽 干 ， 人 工凿除定位器设计标高以上的混凝土。 6 ) 测量放 出桩 中心十字线， 进行下定位器安装 ， 浇筑与柱下承台同强度等级混凝土( C 4 0 ) 至定位器位 置 ， 固定定 位器 。 7 ) 待 固定 定 位 器 混凝 土 达 到 一 定 强 度 后 将 整 体 制作 完成 的钢 管柱 吊装入 孔 ， 底 部 采用定 位器 定位 ， 顶 部采用花篮螺栓微调， 保证上下均符合定位要求。 8 ) 定位完成后 ， 浇筑孔 内混凝土至设计标高 ， 结 构柱 外侧 回填 中粗砂 。 施 工 工艺 流程见 图 1 。 3 施工要点 3 1 钻 孔桩施 工 根据 测放 的桩 位 ， 在 地 面施作 2 3 m钢 筋混凝 土 8 8 铁道建筑 施工准备及测量放线 I笪 三l 室 茎 塑 壅 笪 制 作 钢 套 筒J 率 壶 隔 混凝土生产运输I l 上端微调定位 质量检查卜 浇筑C 6 0 混凝土 钢管立柱和钢套筒之间回填中粗砂 图 1 钢管混凝土立柱施工 工艺流程 护 筒 。由于桩 基要 入 岩 ， 选 用 反 循 环 冲击 钻 机进 行 冲 孔 ， 使用 旋流 、 压滤 于一体 的泥水 分离设 备对 钻孔过 程 中的泥浆和钻渣进行分离 ， 分离出来的泥浆循环利用 ， 渣 土装 车运走 。 钻孔桩成孔后 ， 先安装钢套筒 ， 进行第一次清孔， 再安装钢筋笼 ， 进行二次清孔 ， 孔底合格后灌注水下混 凝 土 。为 了消除桩底 沉 渣 对 承 载力 的影 响 ， 预埋 4根 底部注浆管 ， 在承台二次灌注完成后， 及时注水泥浆 ， 注 浆压力 控制 为 2 MP a 。 3 2定 位器制 作安装 1 ) 下定位器制作 下定位器需有足够的强度 、 刚度和精确度， 以保证 钢 管立柱 安装 时 ， 定 位器不 发生破 坏 、 变形 、 移位现 象 。 下定位器呈十字锥形 ， 由钢板组合焊接而成 ， 见 图 2 。 锥底宽度每侧 比钢管立柱 内径小 5 m m。主要包括锥 形引渡板 、 定位十字板等构件 。其 中锥形引渡板实现 对钢管立柱的引渡功能 ， 并控制钢管立柱底部水平位 置中心和垂直度 ， 限定钢管立柱的水平位移 ； 定位十字 板承托钢管立柱 ， 控制钢管立柱的标高。 2 ) 安装前的准备工作 柱下 桩混凝 土终凝 2 4 h后 ， 用 泥浆 泵将 钢套 筒 内 的泥浆抽出， 人工清除孔底沉积的泥渣 ， 并凿除承台底 以上 超灌 的混凝 土 。 3 ) 定 位器测 量定 位 先从地面用 5 k g锤球将桩中心对 中引测至 已清 图 2下定位器及安装示意 理 平整 的桩基 面上 ， 进行 定 位器 十字 底板 的初 定位 安 装 。再 用 i 1 0万 的红 外线 垂 直投 点仪 通 过全 站 仪直 接置于地面桩心位置 ， 将桩心直接投测于定位器 中心 ， 指挥定位器精确定位 ， 直至安装完毕。 采用水准仪 、 钢尺 ( 经标定 ) 相结合 ， 测设钢管立 柱底 标高 。为便 于钢 护 筒 内定 位 器 的安 装 ， 将 柱底 标 高上返 3 0 c m。使用钢尺直接传递标高时， 变动钢尺 3 次 ， 在护筒 口侧壁作好标记 ， 以此作为定位器安装标高 控 制点 。 4 ) 定位 器安装 定位器 的安装主要包括两方面工作 ： 一是将定位 器 十字底板 中心 与设 计 钢管 立 柱 中心对 中 ， 并 调 至设 计标高； 二是将定位器锥形引渡板与十字底板焊接， 并 复核 中心位 置 。 定位器 十字 底板 和锥形 引渡板 分两 步安装 。先将 定位 器底板 运入 孔底 ， 然 后 通过 调 节 螺栓 调 节 定 位器 标高， 推移定位器调节其桩心 ， 精确校核其平面位置 、 标 高 、 垂直 度后 ， 紧 固定 位器 ， 浇筑 承台混凝 土 。 3 3钢管柱 吊装 验算 根据工地实际， 钢管立柱在工厂分节段加工制作 ， 运至现场后 在工装 台座上 拼接 成型 。钢管立 柱 长 3 O 3 m， 重量 4 5 t ， 采 用徐 州重 工 Q U Y 2 6 0 t 履带 式起 重机 和 C K E 1 3 5 0型 1 6 0 t 履带式起 重机双机抬 吊配合作业 。 综合考 虑本 工程 的机 械设 备 配 置 、 钢管 立 柱 刚度 以及 现场实 际情 况 ， 吊点位置 设置 为 ： 主 吊机对 称设置 2个 吊点 ， 副 吊机采取 2个 截面 4个 吊点 起 吊 ， 见 图 3 。 主吊点采用钢板三面帮条焊接打孔 ， 焊缝厚 1 0 m m， 副 吊点采 用 T形 顶 接 ， 横 向、 竖 向焊 接钢 板 分 别 满 足 平 抬 和竖直 时 的抗 剪强 度 。 钢管立柱起 吊质量 =安全系数 ( 钢管立柱质量 +加 筋 板 及 内 支 撑 质 量 )=1 1 ( 3 1 4 1 6 0 0 3 53 0 37 8 5+3 6 3 )=5 0 t 。 根据起吊时对 A点弯矩平衡条件可计算 得平抬 起 吊时 主 吊机 起 吊质 量 为 1 3 1 t ， 副 吊机起 吊质 量 为 3 6 9 t 。 2 0 1 3年第 5期 杜万强 ： 广深港客运专线福 田站大直径钢管混凝 土立柱施工技术 8 9 图 3 吊点布置示意 ( 单位 ： m) 3 4钢 管柱 吊装 1 ) 在 焊好 的钢 管 柱上 端 0 2 m处 切 割 两 个 圆孔 ， 并在 内部加强焊 2个厚 2 0 m m 的钢板环作为 吊环 ， 在 钢管 柱 内壁设 十字 支撑 ， 在 另一端 距 端 头 5 m和 1 5 m 处直径上分别对称焊接 2个 吊环 ， 2台履带机同时起 吊， 起升到 2 m高时， 主吊机继续缓慢抬升 ， 副 吊机慢 慢下降， 直到钢管柱垂直 ， 最后 由主吊机将钢管柱吊运 安装 就位 。 2 ) 顶端采用型钢作“ 井” 字固定 ， 在型钢上焊微调 器 ， 然后对钢管柱上端精确定位 ， 校正钢管柱顶纵轴线 位置 、 垂 直度后 ， 用 工字 钢将 钢管柱 顶 与钢 护筒 焊接 牢 固。钢管柱上 口固定支架需设置工作 台( 工作台用井 口钢筋混凝土导墙 代替 ) ， 在工作 台上使用 型钢焊接 支架 ， 支架通过预埋螺栓固定在工作台上 ， 支架中间设 可调 丝杠 ， 用来 调整 和 固定钢 管柱 上 口。 3 ) 由于钢管立柱 下端平面设置、 标 高、 垂直度 已 由下定位器确定 ， 钢管立柱上端空间位置复核无误后 ， 即可认为钢管柱顶与柱底在垂直方 向投影重合 ， 钢管 立柱 位置 已精 确定 位 。 3 5钢管柱 内灌注 高强 度混 凝土 1 ) 灌注 前对 桩 头混 凝 土 面进 行 清 洗 及 湿润 处 理 ， 导管下 口距离底部的垂直距离控制在 5 0 0 m m， 确定钢 管 立柱 安装 位 置和垂 直度 及各 预埋 件准 确无 误 后进行 钢管立柱内高强度混凝土灌注施工 。 2 ) 钢管立柱 内混凝土采用 C 6 0微膨胀高性能混 凝 土 ， 采用 导管 顶升 法灌 注 ， 灌 注 时在钢 管立 柱 内插入 上 端装 有混 凝土 料 斗 的钢 制 导 管 ， 自下 而 上 边退 边 完 成 混凝 土 的灌 注 。灌 注过 程 中导管 下 口埋入 混凝 土 的 深度控制在 51 0 m左右 ， 要经常上下抖动导管 ， 对混 凝 土进 行插 捣 ， 灌 注 到距 钢管立 柱顶 部 5 m 时 ， 减 小导 管埋深 ， 采用插入式振动棒振捣 ， 确保灌注质量。孔内 的混 凝 土一 次连 续灌 注完 毕 。 3 ) 为满足后期型钢节点施工需要 ， 混凝 土灌注到 距设计钢管立柱顶 0 2 m位置停止灌注 ， 混凝土终凝 后 ， 在钢管立柱顶部蓄水养护 1 4 d 。在型钢梁施工前 清除柱顶混凝土浮浆 ， 不足部分与顶板一起灌注。 3 6 柱 外填 砂保 护 钢管立柱 内混凝土灌注完成后 ， 对钢管立柱 与钢 套筒 之 间 的 5 0 0 m m 间 隙进 行 填 砂 处 理 ， 填 砂 时 要 四 周均匀 回填 ， 同时采用水密的方法 ， 以保证回填的密实 度。确保开挖施工过程 中不对钢管立柱产生影响。在 地下 一 、 二层 板梁底 部 1 m 范 围 内浇 筑 C 2 0素 混凝 土 形成横向支撑 。 4 结束语 广深港客运专线福 田站共有全地下大直径钢管混 凝土立柱 1 1 0根， 全部采用上述施工技术进行施工 ， 保 证 了施 工安全 ， 缩 短 了施 工工 期 ， 提前 2个月 开始基 坑 开挖 ， 节 约 了工程成 本 。 1 ) 有效解决 城市 中心 区超大超深基坑 内钢管立 柱施 工定 位 问题 ， 完善 了城 市 中 心 区客 运 专线 地 下 车 站施 工工 法 的技术 体系 。 2 ) 采用钢套筒作为施工安全护壁 ， 解决了深层地 下狭小空间的施工防护技术 ， 确保 了深孔内作业人员 的安全 。 3 ) 采 用 冲击钻 施工 柱 下 桩 ， 较人 工 挖 孔施 工 方 法 快一倍多， 缩短了施工工期 ， 节省了成本 。 4 ) 所 研 制 的新 型 钢 管 立 柱 定 位 器 ， 制 作 安 装 简 便 ， 精度高， 解决了深基坑作业条件下钢管立柱安装定 位问题 ， 扩大了地下高铁车站盖挖逆作法施工工艺 的 适用 范 围 。 参 考 文 献 1 郑骐 盖挖 逆作 法地 铁车站 的中间桩施 工技术 J 市政技 术 ， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 4 9 8 5 0 0 2 程新军 天津站 交通枢纽 地下连续 墙及 中间桩柱施 工技术 J 铁道建筑 ， 2 0 1 2 ( 8 ) ： 7 1 7 3 3 唐剑 ， 付洵 大型地铁车站基坑盖挖逆作中间立 柱施 工关键 技术 J 铁道建筑 ， 2 0 1 1 ( 1 1 ) ： 5 6 5 8 4 李彪 地铁 车站盖挖逆作法钢管柱施工技术 J 施工技术 ， 2 0 0 8 ( 增 2 ) ： 8 O 一 8 3 5 李永运 地铁车站盖挖法 钢管立柱 施工技术 J 中国高新 技 术企业 ， 2 0 1 2 ( 1 0 ) ： 6 9 7 1 6 张志坤 ， 杨开武 南京地铁新街 口站中间桩柱测量定 位技术 J 铁道建 筑 ， 2 0 0 3 ( 1 2 ) ： 2 0 2 2 7 刘红 跃 地铁盖挖车站超深 钢管柱 安装定位 技术 J 价值 工 程 ， 2 0 1 1 ( 3 O ) ： 7 1 7 2 ( 责任审编李付军)