一桩一柱立柱桩垂直度控制技术

摘要:一桩一柱立柱桩垂直度控制技术采用一柱一桩结构设计形式,对垂直度偏差控制要求高,施工难度,成为工程施工的难点和重点。文章对一柱一桩结构立柱桩的结构设计进行了分析,并结合某建筑群对其垂直度控制技术进行研究,采用“导向架”校正系统进行立柱桩垂直度的调整是一次成功的尝试。

关键词:一桩一柱;立柱桩;垂直度;控制技术

中图分类号:TH137

文献标识码:A

文章编号:1009-2374(2009)18-0159-02

一、概况

某商业中心基坑呈近似等腰梯形,周长约890m,平面四边尺寸约为120m、35m、275m、250m,基坑开挖深度为10.8m(从原完成一标段基坑底-3.8m标高计),坑底标高为-14.60m。地下室底板厚度1300mm,采用强度C4O抗渗等级0.8MPa的防水混凝土,双面双向布筋28@150;垫层200mm厚,C15混凝土,不配筋。

基坑按设计后浇带分成的自然段作为施工段,共有17个施工段。基坑内分顺作区和逆作区两大区域,中间区域为顺作区(含1、2、7、8、12、13共6个施工段),面积约为18000m2;周边为逆作区(含3、4、5、6、9、10、1l、14、15、16、17共11个施工段),面积约为32496m2。

基坑周边逆作区地下一层的结构用顺作法施工,地下二层结构和地下三层构采用逆作法施工;基坑中部顺作区的结构全部采用顺作法施工,在中心岛下结构向上施工的过程中将中心岛与周边逆作结构逐层连接封闭。主体地下各层结构梁板兼作为基坑开挖阶段的水平支撑系统,直至基坑周边逆作土方至基底标高,将基础底板浇筑至墙边,从而完成整个基础底板的施工,达到下结构稳定的目的。

围护结构采用兼作地下室外墙的地下连续墙,地连墙厚0.8m,有效深度23.25m,地下连续墙混凝土设计强度等级C30(水下混凝土提高一级),槽段按长划分,接头采用刚性接头。主体地下室各层结构梁板兼作为基坑开挖阶段水平支撑系统,其中梁板与地下连续墙的连接处设置环梁,并与结构楼板整浇注,地下一层结构缺失处及逆作施工阶段后作结构构件开口位置的-9.400m及-5.700m处设置有两道临时支撑,形成可靠的水平传力体系,并与周边逆作区结构梁板贯通,形成整体环状封闭体。

二、立柱桩设计

(一)立柱

该项目竖向支承立柱采用“一柱一桩”的钢管混凝土柱和型钢格构柱,截面小而承载能力大,便于与地下室的梁、柱、墙、板等连接,并在钢立柱外侧浇筑外包钢筋混凝土,构成劲性钢筋混凝土柱。同时为了使地下结构逆作施工中地下连续墙和立柱之间的差异沉降控制在允许范围之内,竖向支承构件除应满足强度要求外,还必须有足够的竖向刚度和稳定性,以减小竖向支承构件的绝对沉降量。

竖向支承钢立柱由于柱中心的定位误差、柱身倾斜、基坑开挖或浇筑柱身混凝土先考虑一定的偏心对立柱承载能力的影响,承载能力的下降,定位精度严加控制,而且也会给正常使用带来问题。过大偏心不仅造成立柱施工中必须对立柱的定位并在设计中根据立柱允许偏差验算偏心的影响。

(二)立柱桩

立柱桩是以桩与土的摩阻力和桩的端阻力来承受上部荷载,因此当采用“一柱一桩”时,为满足上部结构一定的施工层数,一般要求立柱桩具有较高的承载力。本工程实践中的立柱桩构延性设计采用大直径的灌注桩,立柱桩的设计内容包括立柱桩承载力和沉降计算以及钢立柱与立柱桩的连接节点设计。

1.承载力和沉降计算。地下结构逆作施工在基础底板浇筑之前,所有结构荷载和施工荷载均由“一柱一桩”的立柱桩和地连墙承担,因此其是否具有可靠的承载能力是逆作法设计和施工成败的关键。设计中必须保证立柱桩的设计承载力具备足够的安全度,并提出可靠的检测方法对立柱桩的成桩质量进行全面检测,保证万无一失。

2.节点连接设计。本项目立柱桩采用灌注桩,钢立柱与立柱桩的节点连接较为便利,可通过桩身混凝土浇筑使钢立柱底端锚固于灌注桩中。施工中需采取有效的调控措施,保证立柱桩的准确定位和垂直精度。

三、一柱一桩的沉降

一柱一桩,即利用大直径工程桩直接支承上部荷载,不另设立柱支承桩。立柱与地连墙的沉降及其差异是逆作法中十分重要的指标,从该商业中心从计算结果看出,立柱及地连墙的沉降具有以下特点:

1.逆作区一柱一桩与地连墙沉降随着土体开挖卸载和主体结构施工加载逐渐增大到土方开挖完成,逆作区完成地下室结构及地上一层楼板时,最大沉降均发生在离地连墙14.7m的第二排立柱上,数值达到18mm。

2.三根轴上的立柱沉降值均与离地连墙的距离有直接关系。

3.与立柱的沉降相比,地连墙的沉降显得相对较小。这是因为地连墙承载能力及刚度比立柱大的缘故。

四、一柱一桩垂直度控制

开孔时可用水平尺校正钻机平整度,并在钻进过程中时常检测,确保钻机水平。钻进时主动钻杆应始终与滑车保持在一条垂直线上,所用钻杆不得弯曲,发现弯曲现象及时更换。保证钻具的垂直导向,防止钻杆晃动过大引起超径,桩孔较深时,钻孔时应使用扶正加压装置。使用锋利钻头,轻压慢转穿透地表层。钻进过程中,根据地层、设备等实际情况及时调整钻进参数。钻进过程中,如发现孔斜、缩径、坍孔现象或沿护筒口周边冒浆、地面下沉等情况,应停止钻进,经采取措施后,方可继续钻进。主要有以下几种方法:

1.气囊法。气囊法智能调垂系统主要由传感器、电脑及程序、空压机、气囊和压电磁气阀等组成。在支承柱上端X和Y方向上分别安装一个传感器,并在下端四边外侧各安放一个气囊,气囊随临时支承柱一起下放到地面下,并固定于受力较好的土层中。每个气囊通过进气管与电脑控制室相连,传感器的终端同样与电脑相连,形成监测和调垂全过程智能化施工的监控体系。

2.校正架法。校正架法调垂系统主要由传感器、校正架、调节螺栓等组成。在支承柱上端X和Y方向上分别安装传感器,支承柱固定在校正架上,支承柱上设置2组调节螺栓,每组共4个,两两对称,两组调节螺栓有一定的高差,以便形成扭矩。若支承柱下端向X正方向偏移,X方向的两个上调节螺栓一松一紧,使支承柱绕下调节螺栓旋转,当支承柱进入规定的垂直度范围后,即停止调节螺栓;同理Y方向通过Y向的调节螺栓进行调垂。

3.导向套筒法。导向套筒法是把校正支承柱转化为校正导向套筒。导向套筒的调垂可采用气囊法和校正架法。待导向套筒调垂结束并固定后,从导向套筒中间插入支承柱,导向套筒内设置滑轮以利于支承柱的插入,然后浇筑立柱桩混凝土,直至混凝土能固定支承柱后拔出导向套筒。

在本项目中主要采用校正架并加设导向柱以达到钢立柱定位目的。格构柱采用履带吊整体吊放,并采用2台经纬仪在平面交叉方向对立柱垂直度进行控制及纠偏。格构柱沉放至设计标高后,顶部(导向柱)与校正架固定,待混凝土终凝后拆除导向架及导向柱如图1所示:

五、结语

竖向支承系统采用一柱一桩永久格构柱以及临时格构柱两种形式。设计桩为钻孔灌注桩,中间顺作区以中600mm的抗拔桩为主,其单桩竖向承载力设值为2300KN,竖向抗拔力设计值为1000KN。周边逆作区一柱一桩采用Φ900mm钻孔灌注桩上加支承立柱,单桩竖向承载力设计值为5100KN。桩底标高52.3m,桩顶标高-14.30m,有效桩长38m;桩尖安装钢立柱,截面为460×46mm,由四角为L160×l6的双角钢,通过缀板-440×400×12周边满焊而成。永久格构柱在逆作施工结束后外包混凝土形成主体结构柱(外包混凝土强度等级为C50,柱内钢筋32@28);而临时格构柱则可待地下室形成并达到强度后割除。本文对一柱一桩结构立柱桩的结构设计进行了分析,并结合某建筑群对其垂直度控制技术进行研究,采用“导向架”校正系统进行立柱桩垂直度的调整是一次成功的尝试。

参考文献

[1]黄运飞.深基坑工程实用技术[M].北京:兵器工业出版社,1996.

[2]康忠.逆作法施工中一柱一桩的施工方法与技术保证措施[J].建筑施工,1999,21(3).

[3]韩庆祝.对改进一柱一桩垂直度的探讨[J].资源环境与工程,2006,(3).

作者简介:叶江忠(1969-),男,浙江东阳人,浙江省地质矿产工程公司二级建造师,研究方向:桩基、地基基础项目管理。