逆作钢管柱旋挖桩施工工法.docx

逆作钢管柱旋挖桩施工工法
摘 要：某商住楼项目采用逆作钢管柱旋挖桩施工，克服了老式逆作旋挖桩定位钢管柱的诸多局限性，大大提高了施工进度，并减少了成本。文中就钢管柱和桩基础同步施工工法做了深入探讨，为后来的有关工作提供研究根据。
关键词：逆作法；钢管柱；旋挖桩；持续浇筑
1 工程概况
广州市海珠区某商住楼项目，地下室4层，基坑深约20m，基坑支护采用800mm厚地下持续墙，深度约为23m，桩基础为旋挖桩。构造形式为圆钢管混凝土柱框架-钢支撑构造体系，楼盖采用钢筋混凝土板，共147根桩及143根钢管柱，旋挖桩混凝土强度等级C35，钢管柱混凝土强度等级C60。地下室采用逆作法施工技术。
2 逆作钢管柱旋挖桩施工特点
2.1 可节省现场旋挖桩基内钢管柱施工时间，旋挖桩基和钢管柱可持续施工，节省了工期和工程成本。
2.2 取消老式的桩基内钢管定位器施工环节，钢管柱吊装、定位及固定均直接在地面进行，不用人工进入桩基内进行操作，场地不需要所有硬化，并可减少开挖土方、场地混凝土硬化，预制钢筋混凝土承台、钢管柱安装支架均可以反复运用，环境保护节能。
2.3 桩基和钢管柱内不一样强度混凝土可持续浇筑，桩基和钢管柱施工时间过程不用停留，可节省工期。
2.4 采用易于安装可反复运用的钢筋混凝土预制承台和钢管柱安装支架，可保证施工质量和安全。
3 施工工艺流程及操作要点
3.1 施工工艺流程
旋挖桩基开挖→钢筋混凝土预制承台安装和调整→桩基钢筋笼吊装及固定→钢管柱安装钢支架安装及固定→钢管柱吊装、调整及固定→安装混凝土浇筑平台→安装混凝土导管→反循环法清孔→浇筑桩基混凝土→浇筑桩基和钢管柱交接面混凝土→浇筑钢管柱混凝土（同步回填钢管柱与桩基间空隙石子）。
3.2 重要施工措施
⑴ 旋挖桩基施工
开孔前桩位应定位精确，根据桩位点设置护筒，护筒位置应埋设对的稳定。护筒中心和桩位中心偏差不得不小于50mm，护筒与坑壁之间应用粘土填实。护筒埋设后再将桩位中心通过4个控制护桩引回，使护筒中心与桩位中心重叠，并在护筒上用红油漆标识护桩方向线位置。护筒埋设深度约4m，某些素填土层因夯填不实易出现地面塌陷，故应合适增长护筒的埋置深度并高出地面20～30cm。
在桩基旋挖过程中应根据前期的地质资料，在桩基进入不一样岩层时进行比对以验证地质资料的精确性。在桩基进入设计规定的基岩时应复核其深度（标高），此时基本可以确定桩基深度。桩基到达设计深度后应再次复核其标高及孔底的岩性，如满足规定则可终孔。
⑵ 安装预制承台
由于场地未硬化，经方案讨论后决定旋挖桩孔后在桩周安装钢筋混凝土预制承台（平面尺寸为 4.3m×4.3m，高0.4m，混凝土强度为C35），用来承受钢柱、钢支架、混凝土浇注等荷载。
安装时先将预制承台吊装至指定位置，再以承台孔为基准打入型钢桩，预制承台超平后运用型钢桩上部螺栓孔将固定，钢支架通过预埋于承台上的M20锚栓固定，预制承台尺寸须满足安装条件。
为了防止安装后的预制承台在浇筑混凝土时出现不均匀沉降，必须做好如下措施：①预制平台安装位置的土方开挖深度必须保证有20cm，采用人工开挖和清底，再回填砂卵石并扎实平整，必须按每根钢柱规定控制好承台底标高，安装前必须让钢柱安装单位做好标高交底规定；②预制承台安装后，中间与桩基间地面空隙用土方回填比承台低5cm，然后用1∶2水泥砂浆抹平；③安装后预制承台边，必须做好排水沟（宽、深20cm），防止承台被水浸泡。
⑶ 钢支架设计和临时钢管柱设置
钢支架为双层钢框架，上层通过耳板固定钢柱临时钢梁，下层提供千斤顶校正支点。根据钢管柱外径、钢筋笼外径及桩孔直径，钢支架设计内径为2.2m，与桩孔最大直径相等，保证钢筋笼顺利进入；支撑架外部尺寸为2.6m，钢支腿可稳固支撑于承台上，且不影响相邻钢柱安装。根据钢管柱施工工艺及有关安装进度，本工程拟投入6套钢支架周转使用。
为以便在地面钢支架校正与固定，在构造钢柱顶部设置临时钢管柱，长800mm，与构造钢柱截面外径相似，板厚10mm，以4组连接耳板与双夹板固定。临时钢管柱与钢支架配套周转使用。构造钢柱共有5种截面外径，数量较多的截面外径设3个临时钢管柱，数量较少的截面外径设2个临时钢管柱，综合考虑共需要12个临时钢管柱周转使用。

图1 钢筋混凝土预制承台平剖面图

⑷ 桩基钢筋笼安装
由于本工程钢筋笼和钢柱分开吊装，桩基钢筋笼顶标高位于地面如下约20m深处，在钢筋笼对称的两边上各自将2根主筋运用套筒连接引至地面洞口标高位置，再各自焊接上A25钢筋吊环，然后横穿14#工字钢放置于洞口位置（如图 2），保证钢筋笼的轴线位置、垂直度及浇筑混凝土时不上浮。
⑸ 钢管柱定位安装
旋挖孔清孔后，在孔口安装钢支架（用螺栓将钢支架与下部承台牢固连接），钢支架分为两部分，下部支架用于支撑钢柱和调整标高；上部支架用于调整钢柱垂直度。符合安装长度的钢牛腿在厂内焊接，与钢柱一起安装，超过安装长度的钢牛腿，在后期进行制作，待土建开挖至工作面后再进行装焊。
在预制承台安装后进行钢支架安装，钢支架高1.4m，分为上下两个平台，上部平台设有4个连接耳板作为钢柱定位与固定的基准；下部平台作为千斤顶支撑，校正钢柱垂直度，测量钢支架安装定位处的标高及轴线等（为安装钢柱顶端的临时连梁提供数据），如图3所示。

图2 桩基钢筋笼安装施工现场

图3 钢支架装配平立面图
钢管柱吊装措施如下：①为以便现场施工，钢柱两端在工厂加工时即把钢柱轴线标识在两端，吊装时缓慢下放至预定标高，根据下部钢支架平台上测设的钢柱轴线放置钢柱，保证钢柱上的轴线与下部钢支架平台上测设的钢柱轴线对中；②钢柱在堆放时应用枕木垫底，为防止钢柱底部被碰撞，钢柱起吊采用2台吊机地面直接倾斜起吊的方式；③钢柱采用与底部钢筋笼分别就位的方式，钢柱吊装前先吊装好底部钢筋笼，再吊装钢柱；④吊装钢管柱就位后，运用全站仪进行复核，测量钢柱中心坐标保证与设计坐标吻合。
钢柱垂直度调整措施如下：①垂直控制系统铅垂仪进行控制，通过支架下部千斤顶对钢柱施加侧向推力，从而变化钢柱的倾斜角，使其垂直度到达规定。在柱顶牛腿4个轴线方向设置∠50角钢预留测垂孔，并在负1层牛腿垂直处设置激光铅垂仪定位靶；②安装时使用激光铅垂仪通过测垂孔投射至定位靶进行垂直度测量，钢柱对中后在钢柱4个方向分别用铅垂仪测量并用千斤顶调校至满足规定。钢柱顶端轴线及柱身垂直度均满足规定后通过钢支架上端连梁及钢护筒下端支撑板进行钢柱固定，控制垂直度偏差不超过0.001‰，如图4所示。

图4 钢管柱垂直度控制剖面及平面图
混凝土浇筑时，在钢支架外设置混凝土浇筑平台架，尺寸为 3m×4.7m（H·B）（如图 5），在其上进行浇筑施工，本工程钢管混凝土浇筑平台顶标高高出自然地坪2m以上，采用泵车浇筑，浇筑支架与混凝土预制平台、钢柱安装支架不能有任何连接。

图5 桩基混凝土浇筑平台立面
⑹ 二次清孔
一次清孔后安放钢筋笼和混凝土导管，通过导管连接运用气压反循环泵组进行二次清孔，同步注意补充清浆保证泥浆液面的高度，设计规定灌注混凝土前孔底0.5m内泥浆相对密度应不不小于1.2，含砂率不得不小于2%，粘度17s～20s。二次清孔完毕后，由专人测量孔深及孔底沉渣，沉渣厚度≤5cm。本工序的重点是孔内泥浆各项指标若不符合设计和规范规定则应重新清孔直至合格为止。
⑺ 桩基及钢柱混凝土浇筑
计算和控制首批封底混凝土数量，规定导管下口埋入混凝土1m以上。安装混凝土导管并检查其气密性，运用混凝土导管做反循环清底，控制好泥浆指标、沉渣深度，导管底端离孔底 30～50cm。桩基和钢柱不一样强度等级交接面及持续浇筑混凝土施工控制措施如下：

图6 桩基及钢管柱浇筑剖面图
①本工程桩基与钢柱混凝土同步浇筑，且桩基和钢柱混凝土强度不一致，采用专人负责，桩基混凝土量必须严格控制；②钢柱底端下2m范围内转换浇筑钢管柱混凝土，保证导管插入混凝土4～6m，转换区混凝土浇筑约2m深时，控制导管插入混凝土3～4m。桩基与钢柱混凝土浇筑交接区域，按每2m深度进行拆管；③由于钢管柱环板与桩基间距离为350mm，为防止钢柱外混凝土上反，必须待混凝土浇筑至同底板面标高时回填砂石，在钢管内灌注C60混凝土达一定高度（地下室底板顶标高位置），对钢管外侧桩孔内回填石子略高于钢管内灌注混凝土面标高，回填时保证对称均匀，石子需回填至自然地坪高度，同步规定边回填边拔管以防因回填时间过长而导致无法拔管；④本工程因钢柱安装工艺规定，在每根上部都此外接一同规格的0.8m长钢管。混凝土浇筑时要保证加接的钢管内浆反出管外，同步首梁钢筋规定锚入钢柱0.7m，因此钢柱内需要预留0.7m深空，满足钢筋弯锚入钢柱内，实际操作过程中除浮浆所有反出钢柱外，其中1.5m深混凝土也同步剔除，钢柱中混凝土能满足设计规定。
⑻ 支架拆除、钢柱保护及洞口安全防护
混凝土浇筑后立即拆除混凝土浇筑平台，待钢柱和桩基混凝土到达设计强度后再拆钢柱安装平台，并并拆除临时钢管柱，转移到下一根钢管柱使用。已浇筑的钢柱必须采用对应的防护措施，防止相邻桩基施工或钢柱安装或混凝土浇筑影响其质量，采用跳桩施工，施工机械操作范围内必须专人指挥，防止破坏钢柱质量。
3.3 桩孔作业安全防护措施
①桩孔开挖完毕后，须在洞口设置临时封闭措施，防止人员坠落；②钢支架安装完毕后，人员在钢支架上进行洞口临边作业时必须配置双道安全绳，作业时安全绳高挂低用；③在钢支架底层设置局部安全兜网（如图7），防止人员、工具坠落。

图7 安全兜网平立面图
4 施工效果
4.1 工期
本工程桩基础和钢管柱施工进度约为3d，总共147根桩和143钢管柱，由于工序交叉和搭接，共需工期约60d。按老式的桩基内钢管定位器施工工法，投入5组工人进行桩和钢管柱施工，平均1根5d，则需工期约150d，工期节省到达90d。
4.2 质量
钢立柱桩的垂直度偏差不不小于0.001L，钢管柱内混凝土及桩基础混凝土抽芯检测成果表明，钢管柱内混凝土平均强度为C61.2，符合设计规定；桩基础混凝土强度符合设计规定，Ⅰ类桩98根、Ⅱ类桩49根。
4.3 人工材料效益
采用逆作钢管柱旋挖桩施工，比较老式施工措施，人工在桩基内运用定位器安装钢管柱，可以节省工期3个月（90d），重要是业主、监理、施工各方可节省工期及管理费，仅监理就可节省约10.5万元；施工单位可节省约130万元。
5 结语
本项目应用逆作钢管柱旋挖桩施工新工艺、新技术，并大胆探索创新形成了多项专利技术，从而有效地减少了工期，保证了工程质量，参建各方均减少了成本，现已投入使用超过2年，使用状况良好，得到业主方的高度评价。