逆作法施工中地下钢管柱专项方案分析

蒋神龙 侯海泉 陈天宇

1. 江苏中南建筑产业集团有限责任公司 海门 226124；2. 如东县房屋征收管理办公室 如东 226400

1 工程概况

天津富力中心工程位于天津市核心区，占地面积9 588.1 m2，总建筑面积18 万m2，场地极度狭小，建筑边缘距市政人行道最小距离不到1 000 mm。工程采用了筒体先施工，地下车库后施工，地上主体同时顺作的工艺，即完成基础底板时，上部主体结构施工至25层左右。作为主要竖向承载构件，结构柱为Φ1 200 mm钢管柱共计88 根。工艺要求施工桩基时，同时完成地下室钢管柱的施工，钢管柱用来支撑地下室的结构、作为结构柱，才能保证向上正常的主体结构施工。

2 专项施工工艺分析[1-7]

2.1 专项施工工艺介绍

分别对气囊法、微型液压顶法、“一点定位法”以及“两点定位法” 等工艺进行了方案比较，从其安全性、适用性、可靠性以及定位精度等多方位的比较，拟定采用“两点定位法”，其施工节点作法见图1。该工艺即工程桩施工时直接插钢管柱的工艺，通过地面的调节设备调整钢管的垂直度，使用科学的检测手段进行验收，进行水下混凝土浇注，以满足钢管柱的设计要求。

2.2 工艺流程

桩定位平台→柱位桩成孔→挤扩支盘施工→定位钢架安装→下钢筋笼→下钢管柱→校正钢管柱的轴线位置和垂直度→浇筑水下混凝土到钢管桩顶

图1 “两点定位法”施工节点

2.3 桩定位平台

桩定位平台使用钢筋混凝土结构，其主要作用是桩施工的平台和钢管柱校正的设施之一。平台厚2 000 mm，C30混凝土，宽为桩径外1 500 mm，平台中心留设大于桩径100 mm的圆孔，设置3 层双向Φ18 mm钢筋平台上预埋定位埋件，混凝土浇筑后，分层夯实到地貌标高，桩桩定位平台如图2所示。

2.4 定位施工

（a）混凝土桩定位平台完成后，放出桩的中心线，在混凝土平面上弹出桩的十字线，在预留桩孔边上抄设出标高，作为桩柱施工过程中的定位和标高控制的依据。

（b）为了确保钢管柱的有限校正，在钢管下放时，与钢筋笼不能连接。

（c）钢管下放到设计标高后，使用钢架上下两端的8 个调节装置校正钢管柱的位置和垂直度，确保钢管柱满足设计和规范要求。

图2 桩桩定位平台示意

（d）按照设计要求，工程桩混凝土强度等级为C40，钢管柱的混凝土强度等级为C70。使用泵车从操作平台上向下浇筑水下混凝土，先C40后C70，连续一次浇筑到顶。

3 技术难题的分析与解决

3.1 大直径钢管下插小直径桩的问题

本工程的工程桩Φ1 000 mm，结构钢管柱Φ1 200 mm。基础底板完成后，该处有多根工程桩承台，属于群桩，但在逆施阶段，钢管所在的桩独立承载，属于单桩单柱。考虑结构受力情况和桩柱施工垂直度要求的不同，通过桩头扩大的方式给予解决，即桩顶标高向下6 000 mm范围桩径扩大为1 650 mm，钢管柱下插桩4 000 mm。施工时，扩大头向上成孔直径为1 650 mm，成孔质量要求为1/200，在柱底标高处的垂直度小于130 mm，能满足钢管柱下插后自由的校正摆动。扩大桩头不但解决了大柱小桩的连接难题，同时解决了单桩桩头承载力偏低的不足，使逆施阶段结构安全得到进一步保证。

3.2 钢管下插垂直度控制和调整

钢管下插后，通过安装在地面钢架上的调节千斤顶，调节延伸地面3 000 mm的钢管柱，使之伸出的钢管中心位置和垂直度满足规范要求。利用“两点确定一条直线和误差递增”的原理，推算出桩底垂直位移情况。垂直度控制值与设计允许值之间的差值（2 mm）作为其他不定因素的预留。通过进行理论分析，在钢管柱上端可校正段的高度为+3 m的情况下，在±0.00 m标高处的初始偏差逐渐增大，偏差值与其成正比增加。

3.3 钢管垂直度的检测

这是本工艺的关键点之一，钢管柱混凝土浇筑前，必须对地下钢管柱的垂直度进行检测和矫正。结合水下检测和钢管的特点，利用超声波发射的原理，选用DM-604系列钻孔监测仪，来实现精确测量需要。DM-604提供清晰的钻孔记录，甚至在高密度泥浆的恶劣应用中，也一样清晰，且X-X’和Y-Y’的测量可以同时进行。

为了得到清晰的边界图像，满足测量精度要求，泥浆比重应小于1.10，有固定的操作平台，不小于3 000 mm×3 000 mm。施工时，若检测结果满足设计要求后，固定钢管柱，进行水下混凝土的浇筑；若满足不了设计要求，根据检测数据的偏移方向和偏移量进行矫正钢管，直至满足规定值。根据工程的情况，在地面上进行了一次模拟检测试验，选用同条件长25 m、Φ1 200 mm的钢管，内注满相对密度为1.20的泥浆，进行了垂直度的检测，其检测值与全站仪检测结果进行比较，基本吻合。

3.4 不同强度等级水下混凝土一次浇筑的质量控制

地下的工程桩混凝土强度等级为C40，钢管柱混凝土强度等级为C70，均采取水下混凝土浇筑，连续一次到顶的施工工艺。

根据水下混凝土浇筑时第一次下灌料在上泛过程中保持部分到顶的特性，以及考虑到两种混凝土截面的转变问题，确定首灌5～6 m3混凝土采用C70。C40混凝土的充盈系数考虑为1，两种混凝土的交接面确定在扩大头处，扩大头部分的混凝土考虑为C70混凝土。

3.5 高强度自密实水下混凝土施工技术

由于本工程对混凝土技术性能及混凝土与管壁的粘接密实性要求比较严，为验证配合比，进行了C70混凝土施工性能的实体验证，确定配比如表1所示。

表1 混凝土配比

4 结语

本着节约成本、控制造价、技术创新、安全可靠、施工可行的原则对本工程钢管柱施工工艺进行确定。通过各种模拟验证，对比各种工艺，参照成熟经验，借鉴专家意见，调整设计，虽然对施工工艺进行优化、确定，但仍需要在施工过程中不断完善，对逆作法中的各种工艺进行进一步探索。