盖挖逆作法大跨度结构桩中柱施工技术及质量控制要点

盖挖逆作法大跨度结构桩中柱施工技术及质量控制要点陈永祥 中铁十五局集团华南公司【摘要】盖挖逆作法施工是近年发展起来的保证大跨度、大荷载结构施工安全质量并兼顾经济性的有效施工方法。在盖挖逆作法施工过程中，永久性承载结构柱（一般采取桩中柱）施工成为盖挖逆作法施工质量控制的重点。本文以目前世界最大的地下火车站广深港客运专线福田站工程为例，主要阐述了盖挖逆作法施工过程中桩中柱的施工工艺流程，并详细介绍了从钻孔桩施工、钢结构加工、大型钢结构柱吊装、定位、柱芯混凝土灌注等重点施工工序的质量控制要点。【关键词】盖挖逆作 桩中柱 施工工艺 质量控制广深港客运专线福田站位于深圳市福田区市民中心广场西侧益田路与深南大道交叉处、益田路下方，呈纺锤形南北展开，下穿福中一路、深南大道、福华一路、福华路。为地下三层客运车站，站场规模4台8线。东西走向的深圳地铁2号线、11号线与该车站在地下二层呈“十”字交叉。福田站为地下三层客运车站，站场规模4台8线。车站全长1023m（内衬墙外边线），设计里程：DK110+966.00DK111+987.00。主体结构分五个施工段，跨度最大为第四施工段，采用盖挖逆作法施工，基坑宽78.86m，长247.9m，为地下3层5跨标准断面。底板埋深约32m。车站共设12个出入口，11组地面风亭及6个消防疏散口，1道采光井（217.1m9m），1座300m3的室外消防水池和4座冷却塔。总建筑面积134608m2（含附属建筑），其中主体建筑面积121083.10m2，出入口建筑面积6251.6m2，风道建筑面积4450.7m2，消防疏散通道面积952.6m2，采光井面积1264m2，详见图1-1福田站平面示意图。图1. 福田站平面示意图一、施工方法和施工工艺流程福田站主体结构采用盖挖逆作法施工，永久性承载立柱为160035mm钢管柱，施工段四共设82根直径1.6m钢管结构柱，为26#46#轴，柱底部为扩大承台，柱下为2.8m抗拔桩（桩顶部分采用275020mm钢套管作维护），桩长为21-38m(从结构底板底部起算，空桩约32m)不等。永久性结构柱（桩中柱）施工流程为：1、柱下桩砼灌注完成终凝后，及时将275020mm钢套管内剩余泥浆抽干，人工凿除定位器设计标高以上部分砼。2、测量放出桩中心十字线，进行下定位器安装，浇注C40承台混凝土至定位器位置，固定定位器。3、待固定定位器混凝土达到一定强度后复核下定位器中心位置，将整体制作的160035mm钢管柱吊装入孔，底部采用定位器定位，顶部采用花篮螺栓微调，保证上下均符合设计定位要求。4、定位完成后，对钢管柱进行上下外侧架设型钢加固，浇筑孔内砼至设计标高，结构柱外侧回填中粗砂。桩中柱施工工艺流程详见见图2、图3。施工准备及测量放线浇注钢管柱混凝土吊装钢管柱入孔，上定位器定位混凝土养护安装下定位器，浇注混凝土固定清除钢护筒内泥浆，凿除桩头砼钢管柱和钢护筒之间回填中粗砂和素砼安装钢套管、钻孔桩施工图2桩中柱施工工艺流程图3桩中柱施工流程示意图1、施工3.0m钢筋混凝土护壁兼做钢套管承载基础。2、钻孔桩施工，严格控制孔位孔径和各泥浆参数，安装钢套管，灌注桩身砼至下定位器以上1.0m，并确保钢套管伸入桩身混凝土的长度。3、160035mm钢管柱加工安装钢管柱由专业钢结构公司加工制作，运至现场后安装就位。为保证起吊刚度，钢管柱采用300t履带吊和150t履带吊联合吊装。钢管柱长按30m计，重量为41.4T。在吊装前重点对吊车与构件的间距及吊点焊缝进行严格检算，并对吊点焊缝进行检查。钢管柱在吊装过程中吊点设置在工字钢支撑位置，防止变形。孔口固定T形钢及工字钢支撑详见图4，吊点布置详见图5。图4 固定T型钢和工字钢支撑示意图图5 吊点布置图4、下定位器安装结构柱下桩浇注混凝土时一次浇注到相对标高（相对站台装修标高）5.407位置，桩身浇注后及时抽干泥浆，破除混凝土到设计标高6.407，安装下定位器，混凝土浇注顺序及定位器安装详见图6图6 下定位器安装详图桩基施工完成后，在混凝土初凝而未终凝前使用泥浆泵将桩孔内的护壁泥浆抽走，最后人工凿除6.407以上混凝土。彻底凿除浮浆，保持砼面新鲜并达到设计强度，而后安装承台钢筋网及二次浇筑混凝土。自动定位器呈十字锥形，由3cm钢板型组焊而成（见图7），锥底宽度比钢管内径小10mm（单侧）。主要包括锥型引渡板、定位十字板等构件，其中锥形引渡板实现对钢管柱的引渡功能，并控制钢管柱的垂直度，限定钢管柱的水平位移；定位十字板承托钢管柱，并控制钢管柱的水平位置及标高。定位器的制作质量必须严格控制，并保证其具有足够的强度、刚度及精确度，以确保钢管柱安装时，定位器不发生破坏、变形、移位现象，并提供所要求的精度。图7 下定位器安装大样图定位器的安装主要包括2个方面的工作：第一，将定位器水平板面标高调整到设计钢管柱底标高；第二，将定位器中心与设计钢管柱中心对中。先从地面用5KG锤球将桩中心对中引测至已清理平整的桩基面上，进行定位器底板的初定位安装。再用1/10万的红外线垂直投点仪通过全站仪直接置于地面桩心位置，将桩心直接投测于定位器中心，指挥定位器精确定位，直至安装完毕。采用水准仪、钢尺（经标定）相结合，测设钢管柱底标高。为便于钢护筒内定位器的安装，将柱底标高上返30cm。使用钢尺直接传递标高时，变动钢尺3次，在护筒口侧壁作好标记，以此作为定位器安装标高控制点。定位器底板和锥形板分两次安装。先将定位器底板运入孔底，然后通过调节螺栓调节定位器标高，推移定位器调节其桩心，精确校核其平面位置、标高、垂直度后，紧固定位器，浇筑二次砼。等混凝土强度满足要求后重新测量放线，在底板上精确定位后安装锥形板。为保证钢管柱安装精度，定位器的安装精度，定位器的安装必须牢固准确，并做到安装前精确放线定位，安装后重新复验。5、回灌C40承台混凝土预埋柱底承台钢筋和定位器底板安装完毕后，开始进行二次混凝土浇注，二次浇注混凝土采用与承台同标号的C40早强混凝土。灌注时，砼通过串筒到达浇灌工作面，其自由落下的高度不大于2米，否则容易造成砼的离析和不均匀，影响砼的密实度。井下操作人员用插入式振动器把砼分层捣密实，每层高度不超过500mm，振动器垂直插入，间距500mm，快插慢拨。必须严格控制砼的浇灌高度要超出设计标高100mm，在安装钢管柱前进行凿除，避免浮浆影响砼质量。浇注过程中不得触动定位器，以免影响钢管柱就位。二次混凝土浇筑完成后钢管柱安装前，对桩基础预先埋设的注浆管进行注浆，以加固桩底土体。注浆起始压力取2MPa，控制压力取6MPa。6、结构钢管柱安装 待二次浇注混凝土达到强度后再次测量对定位器进行校核，对位置进行调整后开始进行钢管柱安装。 顶端采用型钢作井字固定，在型钢上焊微调器，然后对钢管柱上端精确定位，校正钢管柱顶纵轴线位置、垂直度后，用工字钢将钢管柱顶与钢护筒焊接牢固。由于钢管柱下端平面设置、标高、垂直度已由下定位器确定，钢管柱上端空间位置复核无误后，即可认为钢管柱顶与管底在垂直方向投影重合，钢管位置已精确定位。因本段为盖挖逆做施工，考虑到施工荷载影响，结构柱在施工时预留沉降量38mm，其中地下一层5，地下二层5mm，地下三层8mm，柱底20mm。7、浇注钢管柱混凝土 钢管柱内混凝土采用C60高性能混凝土，混凝土由专业混凝土公司提供，施工前进行配合比试验，并由设计单位、施工单位、生产单位共同编制高性能混凝土质量控制和保证措施，并严格遵照执行。浇注前对二次浇注混凝土面进行清洗及湿润处理，以保障混凝土面的新鲜和良好结合。确定钢管柱安装位置和垂直度及各预埋件准确无误后进行钢管柱内高强度混凝土浇注施工。为保证混凝土浇注质量，浇注时严格控制混凝土坍落度，利用串筒进行浇注，为防止混凝土离析，混凝土自由下落高度不大于2m。混凝土浇注时利用高频振动器进行振捣密实，孔内的混凝土应一次连续浇筑完毕，浇注达到设计柱顶标高后超浇10cm，以保证混凝土钢管柱的强度，待达到强度后凿除。二、桩中柱施工主要质量控制要点1、严格控制桩基施工质量福田站工程是大型的交通枢纽工程，其较大的外部荷载和自身荷载决定了桩基施工质量的重要性。本工程桩基直径大、钻孔深，质量控制难度大，须合理的安排施工工序，严格控制施工过程，才能有效的保证施工质量。施工过程中严格控制各项施工参数，确保工序衔接，控制混凝土质量和灌注高度。2、切实处理好桩顶与回灌承台、承台与钢管柱混凝土接触面由于钢套管安装后至浇筑桩基混凝土之间的时间差及混凝土自身的收缩以及钢套管内外的巨大压力差，桩顶混凝土与钢套管之间存在一定的渗漏水情况，如何解决渗漏水是处理好接触面质量的重点。其主要处理基本原则为“堵疏结合，综合防治”，主要措施为：加大钢护筒伸入抗拔桩长度，加紧工序衔接，积极采取措施缩短钢护筒安装到混凝土灌注之间的时间，尽量减少钢护筒内侧泥皮附着层厚度，缩小空隙，达到减小渗水量的目的。对于渗水量较大较集中的渗水点，采取高压灌注水泥水玻璃混合浆液、“堵漏灵”等方式进行止水处理。对于特别严重的渗漏水桩顶，用棉纱堵塞漏水点后在护筒周围进行旋喷桩注浆止水。 优化承台混凝土配合比设计，减小水灰比，采用少水混凝土进行灌注。3、切实保证上下定位器定位精准牢固定位器的定位方法关系到永久性结构柱位置偏差，如何在地面以下36m的位置进行精确的定位关系到整个主体结构工程质量。本工程采用JC100型全自动激光垂准仪与重锤相结合的定位方式。在浇筑回灌承台混凝土之前及安装钢管柱之前分别定位一次，红外线投点为主，重锤进行复核。红外线投点时采取90O、180O、270O、360O各取一点，取中点为钢管柱中点。定位准确后将定位十字板与锥形引渡板垂直焊接牢固，确保钢管柱安装过程中不变形。4、管外填砂 钢管柱内混凝土灌注完成后，钢管柱外皮与钢护筒有500mm的间隙，需进行填砂处理，填砂时要四周均匀回填，同时采用水沉的方法，以保证回填的密实度。在结构楼板位置浇注固定钢管柱混凝土，以保证在开挖施工过程中不对钢管柱产生影响。 从已经施工完成的本工程26#41#桩中柱的检测结果显示，本站施工的桩中柱强度、平