逆作钢管柱在旋挖灌注桩内的安装技术

摘要：本文着重介绍了逆作钢管柱在旋挖灌注桩内安装的施工技术。包括钢管柱安装流程、主要施工方法、钢管柱安装质量等技术措施，以及在施工过程中不断摸索总结改进的重点环节施工经验。

关键词：逆作法；旋挖灌注桩；钢管柱安装；水下混凝土

中图分类号：TU375 文献标识码：A

1、工程概况

东华东商业住宅楼位于广州市越秀区东华东路，为地下2层，地上16层建筑，总建筑面积13418m2，建筑高度为51.7m。本工程基坑开挖设计深度约9.600m～12.600m，基坑支护采用地下连续墙，地下连续墙兼作地下室外墙的一部分。地下室采用逆作法施工，在旋挖灌注桩中预埋钢管柱（格构柱）作为中间逆作柱，利用逆作柱做各层的支撑承重，由首层楼板作为水平分界面，同时向分界面上、下各层分别组织施工。

旋挖成孔灌注桩，桩径分别为800mm、1000mm、1200mm、1400mm、1600mm、1800mm，其中以1000mmm居多。大部分桩顶标高为-9.900m，部分桩顶标高为-12.900m，桩芯砼采用C25水下混凝土。工程桩均具有一柱一桩的作用，即工程桩施工同时安装地下逆作钢管柱。逆作钢管柱管径为Φ500（19条）和Φ600（4条），长度为12～15m，嵌入桩芯650mm。

2、 施工难点

由于逆作钢管柱是地下主体结构柱骨架的一部分，其在旋挖灌注桩内安装定位直接影响到整体地下结构的工程质量，因此钢管柱定位必须准确，垂直度偏差不得超过规范的规定。另外，与钢管柱安装相关的旋挖灌注桩桩芯混凝土浇筑质量控制也是施工的难点。

结合本工程的实际情况，桩基采用旋挖成孔灌注桩，受泥浆的影响难以采用下口及上口二次定位的方法来保证钢管柱的垂直度。为此，在确保安装精度在设计允许的前提下，拟采用仅进行上部定位的方法安装钢管柱。因此，在实际施工中存在以下问题：

①仅进行上部定位如何保证钢管柱的垂直度。

②工程桩直径较小，且根据桩基工艺特点，为检测砼灌注桩的桩身质量及提高桩端、桩侧的阻力，需在基桩钢筋笼上预埋声测管及后注浆管，如此造成钢管柱两侧净空过小，难以吊放导管（现场采用Φ250导管浇筑水下砼）。因此，只能先行浇筑桩芯砼，再安装钢管柱，钢管柱的安装必须在砼初凝前完成。安装时间较为紧凑，存在钢管柱难以锚入桩芯砼或锚入深度不符合设计要求的可能。

③根据②可知，钢管柱插入桩芯砼时，不可避免地将泥浆卷入砼中，影响混凝土的质量。

④由于钢管柱自重较小，钢管柱插入桩孔时可能会被泥浆浮起。

⑤钢管柱在混凝土中难以进行纠偏操作。

3、钢管柱安装流程

场地硬化及埋设定位支架锚筋护筒埋设、十字控制线及标高引测工程桩旋挖成孔、清孔、钢筋笼沉放定位器安装、调平、固定吊放导管、浇筑桩芯砼导管拆除，定位器位置及垂直度复核、调整钢管柱吊装钢管柱平面位置及垂直度复核、固定桩孔回填定位器拆除。

4、主要施工方法

①工程桩施工前，用全站仪进行桩位放样，并在离桩边线约1.5m的地面上设置十字控制线。

②根据地面上的十字控制线、定位器的平面尺寸、桩中心到定位器各边的距离确定定位支架锚筋的位置，并打入Φ18圆钢（共16根）进行预埋操作，钢筋露出地面约400mm。

③场地硬化处理。考虑到旋挖机、履带吊、砼运输车等重型机械在场地内作业，计划在现场浇筑100mm厚的C20素混凝土进行场地硬化。

④地坪砼达到设计强度后，用全站仪放出桩位并根据放出的点位在砼面上引出十字控制线。然后埋设护筒，用水平仪将标高抄测到护筒上。为方便定位器的就位安装，根据定位器的平面尺寸，桩中心到定位器各边的距离，计划在砼面上放出定位器的平面位置线。

⑤工程桩旋挖成孔，验孔，清孔，吊放钢筋笼。

⑥摆放枕木，在砼面上铺一层普通枕木（240×160×250），枕木应根据砼面上的定位器平面位置线放置并初步整平。此外，为保证定位器的平整度计划用马钉将枕木连成整体。

⑦定位器安装、调平、固定。用履带吊把定位器吊放到枕木上（定位器加工制作时，应根据设计图纸预先在架体井字限位杆上标示钢管柱的十字控制线），放置定位器时应使定位器上的十字线与砼面上的十字线重合。定位器安装后，用水准仪复核护筒标高，并对定位器进行抄平，通过在枕木上垫铁块（规格：240×160×10）逐步调平。定位器安装应保证其垂直度满足规范要求，为此，现场在互相垂直的十字线上设置两台经纬仪，观测调整定位支架的垂直度。定位支架的平整度和垂直度经复核满足规范要求后，将砼面上的预留钢筋与支架的调平杆焊牢，固定支架。

⑧吊放导管、浇筑桩芯混凝土。

⑨钢管柱吊装。由于钢管柱自重不大（吊装的最大构件重约9t），现场计划用1台50t履带吊吊放钢管柱，采用四点起吊的方法。钢管柱制作时预先在柱顶以下约200mm开设四个吊孔。吊放钢柱时，将钢管缓慢吊起，至垂直位置，缓慢移向定位支架。现场安排两名工人站在定位支架上，将钢柱引至支架的限位孔内，根据钢柱上的轴线标记与支架限位杆上的十字线偏差，指挥吊车司机缓慢移动钢柱，直至钢柱上的轴线与限位杆上的十字线重合，方可把钢柱缓慢下沉至设计标高。为保证钢柱进入桩芯砼的深度达到设计要求，在钢柱加工制作时，预先在钢柱外壁上标示钢柱进入桩芯砼面及钢柱进入设计深度时，钢柱露出地面部分所对应的标高，在钢管柱沉放过程中，应反复校核，确认无误后方可把钢柱固定。

⑩钢管柱沉放入孔后，应及时复核钢管上的轴线与定位支架上的十字线是否存在偏差，根据护筒上的标高复核钢管柱的设计标高，在护筒周边砼面上的十字控制线或其延长线上设置两台经纬仪，对中整平后，瞄准钢管柱上的十字线，用以观察钢管柱垂直度。通过定位支架上的调节螺栓，实现对钢管柱垂直度的纠偏。上述标高、轴线和垂直度经复核符合规范要求后，用4条10#槽钢将钢管柱焊牢固定于定位支架上。

⑪桩孔回填。钢管柱安装完成后，为约束上部水平荷载对地下段钢柱产生的位移影响，以及增加柱身的稳定性，必须对桩孔进行回填。桩孔回填应在桩芯砼终凝后进行，桩孔回填材料要求既能减少水平荷载对钢柱水平位移的影响，又要能方便以后土方开挖。当混凝土达到一天强度后，用黄砂或碎石填充钢柱四周至柱顶，并将孔内泥浆排除。当回填至柱顶后即可拆除定位器，拔除钢护筒。（定位器及钢管柱安装详见下图）

5、钢管柱安装的质量保证措施

①垂直度保证措施

本工程地下室采用逆作法施工，旋挖桩基础上预埋钢管柱,由于采用泥浆护壁成孔的工艺，无法对钢管柱的下端进行定位。根据设计图纸要求，钢管柱的顶标高为地下室顶板梁底部往上25mm。钢管柱上部长度较短，若只进行上部定位，钢管柱的垂直度难以保证。鉴于此，计划在钢管柱顶设置一辅助柱（工具柱），辅助柱长约2.0m，与钢管柱通过法兰盘连接。辅助柱制作时应在柱身标示出十字轴线和钢柱进入砼面时及钢柱达到设计深度，工具柱所对应的标高。在钢管柱上部定位器设置两道限位杆，上下两道限位杆的竖直距离为1.5m。通过这两道限位杆控制管体的垂直度。另外，在钢管柱吊放过程中，通过钢管柱上的十字轴线标记和限位杆上的轴线对比，以及在桩孔十字控制轴线上设置的两台经纬仪，对中整平后，瞄准工具柱上端的十字轴线，用以观测钢管柱垂直度。通过定位支架上的螺栓，实现对钢管柱垂直度的纠偏，确保钢管柱能垂直放到设计标高（注：吊放钢管柱时，当钢管柱插入桩孔，距离砼面300mm时，通过调节螺栓对钢管柱进行垂直度纠偏，垂直度经确认符合规范要求后，把钢管柱压至设计深度）。

②抗浮力措施

由于钢管柱底部密封，且钢管柱自重不大，若仅进行钢管柱沉放，则钢管柱受到浮力影响难以沉至设计深度。为此，计划对钢管注水，利用钢管与水的自重克服泥浆及桩芯砼对钢管柱的浮力。另外，由于钢管柱长度较大，注水存在一定困难。拟开挖一条长约12m，宽2m，深1.5m的沟槽，既可用来储存泥浆，也可用于放置钢管柱进行注水操作。施工时，用履带吊将钢管柱吊至沟槽内，倾斜放置。为便于注水，钢管柱上口应尽量靠近地面。钢管柱安装完毕混凝土浇筑前应用小型潜水泵将水抽出。考虑到钢管内积水抽排不彻底，现场采用人工吊放海绵包，把残留水吸干，保证钢管混凝土的质量。

③保证桩芯砼质量的措施

钢管柱吊装是在桩芯混凝土浇筑完成后，砼初凝前进行的，且钢管柱底部是密封的，钢管柱插入桩芯砼时，泥浆会被卷入砼中形成泥浆层，降低桩芯混凝土强度。由于采取上述工艺，不可避免地带入泥浆。计划将桩芯混凝土超灌1m，通过超灌部分的混凝土对顺着钢管柱流入的泥浆的层层阻隔，降低钢管柱嵌入桩芯设计长度范围内的泥浆含量，以降低泥浆对桩芯混凝土强度的影响。超灌部分的混凝土在底板（承台）施工时予以凿除。

④钢管柱安装各工序的衔接措施

本工程钢管柱两侧净空过小，只能先行浇筑桩芯混凝土后，再安装钢管柱。安装时间较为紧凑。为确保钢管柱在预定的时间内安装至设计深度，通过与设计单位、监理单位及混凝土搅拌站协商，在桩芯混凝土添加缓凝剂，延长砼的凝固时间。另外，钢管柱安装前应严格落实技术交底，为使钢管柱各安装工序衔接得当，钢管柱应进行试安装，拟选取2-3根钢管柱试安装。钢管柱试安装应分步进行，并应针对安装过程出现的问题提出解决措施。钢管柱的安装精度符合规范要求后方能全面推进施工。

6、结束语

东华东商业住宅楼钢管柱安装是整个±0.00以下工程的关键项目之一，在工期、质量以及经济效益等方面的效果很好，钢管柱的尺寸、平面位置及标高较为准确，垂直度允许偏差项目合格率在85%以上，基础桩及钢管内的混凝土经抽芯检测，均达到或超过设计要求。本项目逆作钢管柱在旋挖灌注桩内安装技术，作为钻孔灌注桩内插入钢柱的新施工方法，降低了施工成本，提高了工效，确保了施工质量和安全，为逆作钢管柱安装提供了新思路、新方法，具有良好的借鉴意义和参考作用。

参考文献：

[1] 《建筑施工手册》（第四版）.中国建筑工业出版社,2003.