浅析盖挖逆作施工钢管柱定位垂直度控制方法

桑 义（上海地铁咨询监理科技有限公司， 上海 200030）

0 引 言

武汉市轨道交通 7 号线一期工程第九标段土建工程徐家棚站，布置于和平大道与秦园路交叉路口以西的秦园路下，位于和平大道西南侧，与轨道交通 5 号线和 8 号线通道实现换乘。外包总长 217.36 m，标准段总宽 25.3 m，站台宽度为 15 m，车站中心里程基坑深度 34.16 m，小里程盾构井基坑深度 35.962 m，大里程盾构井基坑深度 35.53 m，主体基坑总面积 11 000 m2。

徐家棚站主体结构为地下 4 层双柱三跨现浇钢筋混凝土箱型框架结构，采用盖挖逆作法施工，围护地下连续墙与主体结构侧墙构成“叠合墙”结构，主要竖向承重构件采用钢管混凝土柱。

车站永久钢管桩采用 72 根下部 Φ2 300 钻孔桩+上部Φ1 000 钢管柱的立柱支撑；下部 Φ2 300 钻孔桩兼做抗拔桩，Φ1 000 钢管柱兼做永久立柱。临时立柱采用 16 根下部 Φ1 200 钻孔桩+上部 Φ800 钢管立柱、13 根下部 Φ1 200钻孔桩+上部 Φ700 钢管立柱和 45 根下部 1 000 地下连续墙+上部 Φ700 钢管立柱。抗拔桩采用 C35 混凝土，钢管柱均采用 C50 微膨胀混凝土。

徐家棚车站永久钢管柱为主要承重构件。设计要求永久钢管柱定位垂直度偏差为≤L/1 000 mm (26 mm～31 mm)。根据设计要求，永久钢管柱整体长度为 26 m～31 m；而现阶段部分永久钢管柱垂直度定位偏差达 29 mm～33 mm。控制情况不太理想。因此，如何在实际施工过程中有效控制钢管柱定位垂直度，就成为一个急需解决的课题。本论文着眼于数理统计和小组讨论的方法，统计罗列主要的影响因子，再针对主要影响因素逐条制定解决办法。

1 钢管柱定位垂直度影响因素

对影响钢管桩定位垂直度的主要影响因素进行统计。在累计 18 次的抽测中发现：在影响钢管桩定位垂直度的影响因素中，影响因素 A—作业人员操作不熟练，出现 1 次；影响因素 B—钢管桩对接后垂直度偏差，出现4 次；影响因素 C—工具柱弯曲变形，出现 4 次；影响因素 D—螺旋千斤顶撑板未固定，出现 1 次；影响因素E—钻孔桩成孔垂直度偏差，出现 3 次；影响因素 F—钢管桩配种混凝土偏大，出现 1 次；影响因素 G—铅锤质量偏小，出现 1 次；影响因素 H—螺旋千斤顶脚撑板尺寸偏小，出现 1 次；影响因素 I—泥浆比重偏小，出现2 次。在发现的影响因素中，影响因素 A、影响因素 D、影响因素 F、影响因素 G 和影响因素 H 出现的频率为 5.5%，影响因素 B 出现的频率为 22.2%，影响因素 C 出现的频率为 22.2%，影响因素 E 出现的频率为 16.7%，I 出现频率为11.1%。造成钢管柱定位垂直度偏差难以控制的主要因素为：钢管柱对接后垂直度偏差、工具柱弯曲变形、钻孔桩成孔垂直度偏差和泥浆比重偏小 。

通过以上统计分析可知，影响钢管桩定位垂直度的主要因素可以分为四个方面：一是人员因素，主要是作业人员操作不熟练；二是工艺方法，包括钢管桩成孔垂直度偏差、钢管柱配重混凝土偏大和泥浆比重偏小；三是材料工具，包括铅锤质量偏小和钢管柱对接后垂直度偏差；四是测量，包括螺旋千斤脚撑板尺寸偏小和工具柱弯曲变形。影响钢管柱定位垂直度的主要影响因素属于工艺方法、材料工具和测量方面。针对这一情况，要将钢管柱定位垂直度偏差控制在目标值范围内，就需要从这四个方面逐一制定确认标准。

小组成员依据规范和设计要求，结合现场实际情况，经过多次充分的分析和讨论后形成了一致意见，确认了主要原因，并对各个原因分别设立确认标准。在通过现场调查、统计、测量和分析等手段后，针对每种影响因素制定了确认标准。

(1) 作业人员操作不熟练问题。运用调查统计法，对现场定位操作工人进行调查，确定其操作熟练程度。对钢管柱定位作业人员进行技术交底和安全交底，让其熟练螺旋千斤顶的定位操作；再次上岗仍不能胜任者，直接调换成有经验的熟练工人。要求工程部在一周内完成，确保所有操作工人熟练操作定位并熟悉相关注意事项。

(2) 钢管柱对接后垂直度偏差问题。运用测量分析法，经监理人员现场测量复核，共计有4根钢管柱对接垂直度偏差较大，最终均造成钢管柱定位垂直度偏差超标。要求钢管柱对接后对垂直度偏差进行复核，对接后的垂直度偏差必须≤1 cm。

(3) 工具柱弯曲变形问题。运用测量分析法对现场工具柱进行量测，发现工具柱在吊装使用 2～3 次后，弯曲变形明显。有 4 根工具柱直径的变形超过 1 cm，最大处为 1.6 cm。要求工具柱使用后及时复测，工具柱直径弯曲变形量必须≤1 cm。

(4) 螺旋千斤顶撑板未固定问题。监理人员在运用现场观察法对钢管柱定位复核时发现，钢管柱 GZ7-4 二次定位时，螺旋千斤顶撑板跟着丝杆一起转动，影响了钢管柱定位调节。要求下部螺旋千斤顶增加一个轴承以固定脚撑，防止脚撑板跟着丝杆一同转动。

(5) 钻孔桩成孔垂直度偏差问题。运用现场检测法，通过现场超声波成孔检测发现，钻孔桩 GZ7-2、GZ7-3、GZ7-7在成孔 30 m～35 m 的垂直度偏差为 25 cm～30 cm，偏差较大；虽及时进行了修壁，但是对钢管柱垂直度定位造成了影响。要求进行超声波成孔检测，确保成孔垂直度偏差≤L/300 mm。

(6) 钢管柱配重混凝土偏大问题。监理人员运用统计分析法进行下孔检查发现，在钢管柱配重高度为 13 m 时，螺杆转动困难，影响了垂直度定位调节。要求在满足抗浮要求的前提下，作业人员下孔能够在正常条件下转动螺杆。

(7) 铅垂质量偏小问题。在现场运用现场调查法调查发现，2 kg 的铅垂在 20 m 左右高度时的稳定性不够，对作业人员的定位造成了一定影响。要求将铅垂质量由 2 kg 增大至 5 kg；能保证铅垂在 20 m 高度时的定准性。

(8) 螺旋千斤顶脚撑板尺寸偏小问题。监理人员运用现场调查法，下孔对螺旋千斤顶定位调节进行复查，确保撑板与孔壁的完全接触和螺杆的有效调节。检查结果发现，GZ7-4 的撑板尺寸较小且嵌入孔壁中，造成丝杆难以调节。要求螺旋千斤顶在定位调节时，脚撑板能与钢管桩孔壁完全接触，确保螺杆能有效地进行调节。

(9) 泥浆比重偏小问题。钻孔桩成孔后，运用现场调查法，及时地对现场的成孔质量进行了检测。发现泥浆比重偏小且 ZJ7-1 和 GZ7-11 在 30 m～35 m 处存在局部坍孔现象，给人工下孔定位造成了较大困难。要求钻孔桩成孔后，螺旋千斤顶定位部位不允许出现坍孔现象。

2 针对主要影响因素进行控制

2.1 钢管柱对接垂直度偏差问题

在钢管柱对接前，通过托架及千斤顶进行调节，并且运用钢尺及水准仪对钢管柱进行第一次垂直度复测，如垂直度偏差较大则及时进行调整；在钢管柱对接完成后，进行二次垂直度复测。在工具柱对接完成后，进行第三次垂直度复测，确保工具柱与钢管柱的对中，并对钢管柱与工具柱连接处的法兰进行密封处理。

在监理人员对钢管柱对接前和对接后的垂直度多次进行复核后，钢管柱对接后的垂直度偏差得到了明显改善，最大垂直度偏差为 8 mm。

2.2 工具柱弯曲变形问题

工具柱使用完后，监理人员及时对工具柱的周长及直径弯曲变形量进行复测。对直径弯曲变形量超过 1 cm 的工具柱及时进行了更换，同时对新加工的工具柱在吊环处增加了一道法兰。提高了工具柱的抗拉性能，减小了工具柱的弯曲变形。

监理人员对工具柱及时复测并采取控制措施后，工具柱弯曲变形量明显减小，最大变形量为 9 mm。

2.3 钻孔桩成孔垂直度偏差问题

旋挖钻在成孔过程中，每 20 m 进行一次超声波检测，确保成孔垂直度偏差满足 L/300 mm 的要求；如偏差较大应及时更换小钻头进行孔壁的修复。

在增加钻孔桩成孔垂直度复测及修壁后，钻孔桩成孔的最大垂直度偏差为 23 mm, 钻孔桩成孔垂直度均符合设计偏差 L/300 mm 的要求。

2.4 泥浆比重偏小问题

钢管桩成孔后，及时更换新鲜泥浆，将泥浆比重控制在 1.1～1.15。终孔后，及时抽查泥浆比重并对孔深进行超声波检测，确保螺旋千斤顶定位部位无坍孔问题。

对策实施后，经监理人员调查统计分析：在钻孔桩成孔后更换新鲜泥浆并调大比重后，钻孔桩未出现坍孔问题；在钢管柱定位过程中，未出现钢管柱上浮的现象。

通过监理小组成员的不懈努力，大家对此次 QC 活动所取得的效果进行了全面的检查。期间完成立柱钢管桩 24根，对策实施后，钢管柱定位垂直度偏差均在 2 cm 以内，达到了预期目标。

重新编制的《钢管柱定位施工监理控制要点》实施后，QC 小组人员严格按照控制要点实施：按照要求对钢管柱对接垂直度进行复测；及时对工具柱弯曲变形进行检查；按照要求多次对钻孔桩进行成孔超声波检测；及时抽测并调整泥浆比重；在后期钢管柱定位施工中，已经将钢管柱垂直度偏差基本控制在 20 mm 以内。

3 结 语

此次 QC 活动开展后，有效提高了永久钢管柱的定位垂直度，同时也减小了钢管桩的施工成本。该项成果的取得，倾注了监理小组全体人员的智慧和心血，为今后类似工程的施工积累了宝贵的经验。通过本 QC 小组此次务实、规范的 PDCA 循环，监理小组全体人员在如何开展 QC 活动、如何正确利用科学规范的质量控制方法等方面得到了进一步的锻炼。本次活动的成功，大大地增强了各成员对质量管理的信心和决心。在实际工作中将 QC 活动和项目实际情况相结合，注重创新创效，体现专业技术和管理技术的结合，用数据说话，善于发现问题，学会用科学的方法指导施工，有利于更加深入地开展全面质量管理活动。

徐家棚站为武汉轨道交通 7 号线与轨道交通 5 号线和8 号线的换乘站，地处武汉交通繁忙地段，工程为盖挖逆作法施工。工程作为全国轨道交通车站深基坑施工的一次实践，具有很高的社会影响力和借鉴意义。本次 QC 课题的成功，不仅节约了钢管柱定位施工的成本，更解决了传统施工工艺(钢管柱人工定位)垂直度偏差较大的技术难题。此举赢得了武汉地铁公司各级领导的高度赞扬和好评，为上海地铁咨询监理科技有限公司在武汉市轨道交通建设中树立了良好的形象。