逆作法“一柱一桩”施工技术

逆作法“一柱一桩”施工技术

夏晨业

上海前璟置业有限公司

摘要：一柱一桩钢构柱在逆作施工中占据非常重要的地位，它不仅在基坑开挖时起临时支撑的作用，同时还是地下室的永久结构，设计时往往提出很高的要求，一柱一桩钢构柱的施工质量直接影响到逆作施工中整个地下结构的施工质量，所以提高逆作法中一柱一桩的施工质量是非常重要的。本文介绍了在复杂地形的情况下，利用特殊机械与简便实用的施工技术，钢丝绳调垂法与实时监测系统等，解决钢构柱垂直度与定位精度等问题，保证了钢构柱的施工质量。

关键词：一柱一桩钢构柱、全回转钻机、管口柱孔安装改进、钢丝绳调垂、实时监测系统

一、工程概况

前海人寿金融大厦项目工程上部结构由1幢办公塔楼，1幢副楼及一幢保留建筑组成，总投资约12亿元。普遍区域下设整体4层地下室。整体规模：总面积约为3万多平方米，整个地块外侧周长约为200多米。基坑分为3个区域进行施工，各分区采用临时地墙进行分割。

二、A区逆作区域一柱一桩施工概况：

目前项目B区地下室已完成地下室结构施工，A区为裙房区域，地下室采用逆作法施工工艺。A区基坑开挖深度约为21米，采用逆作法施工。栈桥立柱设计为Φ5500x16钢管砼柱，支撑立柱设计为L200x24角钢格构柱，桩均为TZ5型桩。一柱一桩工程量及规格见下表：

钢管（格构）柱垂直度设计要求1/600，钢管（格构）柱埋深均≥4m，桩身砼强度等级为水下C40，钢管内及桩顶标高以下8m段砼强度为水下C50。

三、工程地质情况

地基土的构成及特征

四、工程技术难点

4.1、本工程地质条件较复杂且现场已施工地墙与土体加固导致现场施工环境复杂；

a.A区一柱一桩位于地下连续墙附近的部分桩与地墙外墙的净距《500mm。

b.现场施工过程中，在地下连续墙堵漏加固区域在成孔在钻深18-30米段遇软硬不均的复杂地层，该孔段钻进过程中钻具偏斜，虽经反复扫孔钻具仍向南偏斜。

c.部分桩与桩之间净距（一桩边与另一桩边垂直距离）《400mm。

d.由于待施工的各类钢立柱桩是在已完成的抗拔桩间隙中施工，土体已遭扰动，且本施工范围内上部土层以砂性土为主，透水性高，已遭扰动的土体四周浸泡在水中，土体软硬程度不一致。

上述桩均位于特复杂地层，对于保证一柱一桩成桩垂直度及钢立柱垂直度难度极高。

4.2、桩位定位精度高

永久性立柱（72根钢管立柱及65根永久格构柱定位精度为5㎜，25根临时格构柱为10㎜）

4.3、本工程基坑开挖采用逆作法施工，桩基及立柱为一柱一桩形式，该形式对桩基及立柱的垂直度要求高。

五、关键性技术措施及施工方案

5.1、采用全回转钻机保证特复杂地形钻机成孔的垂直度。

5.1.1、由于现场实际施工情况，导致部分桩离地墙外墙较近，桩与桩净距较近等复杂地形情况，为保证一柱一桩成桩垂直度及钢立柱垂直度，采用全回转钻机下直径1.5m钢套管，下钢套管施工深度约30m，即钻透复杂地层，有效保证GPS-15工程钻机的成孔垂直度。

全回转钻机施工是利用全回转设备产生下压力和扭矩，驱动钢套管转动，利用管口的高强刀头对土体的切削作用，将套管钻入地下，然后固定于孔内。管套有两方面功能，一方面将顶部驱动设备提供的扭矩和压力传递给刀头，同时在钻进的过程中还起到保证钻孔垂直的作用。为保证钻孔灌注桩的正常运行，一柱一桩选用RT-150II型全回转钻机进行复杂地层的钻穿，钢套管的长度为33m，钻孔钢套管直径为1.5米，孔深为30米，钻孔位于钻孔灌注桩中心，全回转钻机桩径为1.5米，一柱一桩孔径为1.3米。

5.1.2、施工流程

施工钢筋混凝土地面→与桩同心，钻入1.5m直径的钢套管（深度约30m）→固定钢套管→下入直径1.4m，壁厚6mm内衬管→拔出钢套管（保留内衬管）→工程钻机成孔灌注成桩。

5.1.3、为避免一柱一桩砼灌注完成后，在拔出φ1500mm钢套管时，钢立柱垂直度受到影响，主要为钢立柱四周的空孔内回填的碎石及注浆后的孔壁受到扰动而挤压钢立柱。为此采取在φ1500mm钢套管内下入φ1400mm*6mm钢内衬管的解决措施。内衬管下入孔内其轴心应与桩中心完全重合，管底插入土层中，管口上端与钢套管间隙打入木塞固定。φ1500mm钢套管拔出后，钢内衬管留在孔内，待基坑开挖时割除。

5.2、加工特制钢制定位板结合二次定位

5.2.1、为提高平面定位精度，项目部研制加工了钢制定位板，并采用二次定位方法进行定位，即先用全球定位系统GPS定出桩位，并将钢制定位板安放在桩位处，然后再用高精度测量仪器进行微调，以使定位精度满足5㎜的要求，位置确定后，钢板固定在砼地坪上，稳机时，钻机调平，钻杆调直，钻头尖对准定位钢板的十字线，锁定钻机，低速开钻，下钢立柱时，用镶嵌在定位钢板中心圆洞四周的螺杆调整钢立柱，以使钢立柱中心对准定位钢板的定位中心。

钢制定位板

5.2.2、管口柱孔安装改进

在试桩过程中，在测量定位后，将孔口定位调垂钢板用膨胀螺丝固定于桩孔四周硬地坪上，使钢板孔中心轴线与桩孔中心轴线重合。如下图所示：

钢管柱孔口安装示意图现场钢管柱孔口固定图

5.3、控制立柱桩垂直度

5.3.1、采用钢丝绳调垂与固定钢立柱

在一柱一桩试桩及刚开始施工过程中，采用在桩钢筋笼顶部即钢立柱下端对称安装4个千斤顶作为调整装置。根据现场施工情况分析，千斤顶调垂难度较大，操作不方便，且在砼浇捣至钢管桩底时，必须将千斤顶取出，如砼浇捣导致钢管桩发生垂直度偏差则无法进行调节。为便于钢立柱垂直度调整和固定，减少其施工程序，项目部根据现场实际情况，将钢立柱下端对称安装在钢筋笼顶端的4个千斤顶取消改为在钢立柱下端对称安装4跟钢丝绳对钢立柱的垂直度进行调整和固定。

该调垂固定方式操作简易，孔内调垂空间大，在地面通过拉伸连接在钢管下端的不同方向的钢丝绳可有效调整钢立柱垂直度。钢立柱垂直度调整完成后，将连接在钢管壁上的4根钢丝绳同时拉紧，对钢管下端的固定简单有效，减小砼灌注时对钢管柱垂直度的影响。

调垂钢丝绳安装方法：

（1）在钢筋笼锚筋顶端焊接一道φ25加强筋，钢丝绳绕过该加强筋厚再拉住钢立柱调垂。由于钢筋笼自重>10吨且与孔壁间隙配有保护块，因此在拉伸钢丝绳调垂过程中不会影响钢筋笼的垂直度。

（2）为了保证灌注后的钢管垂直度钢丝绳调垂后不拆除，留在桩孔内。

原调垂装置现调垂装置

5.3.2、采用全自动实时监测调垂法

在一柱一桩试桩时，采用安装测直管与测斜仪相连计算垂直度的方法。此方法由

于测直管长度10米，而钢管柱长为23米，垂直度误差较大，且测斜速度较慢，精度不高，

不利于现场实际施工。并且在砼浇捣过程中极易造成对测直管的破坏，导致无法进行测斜。

后项目部改用全自动调垂法进行垂直度的检测。

实时监测系统是将激光的原理和倾斜仪的原理有机的结合起来研制了一种内部带

有微型激光发射器的高精度倾斜仪，通过激光发射器发出的光束找出倾斜仪在钢构柱柱管上的安装面，在钢构柱柱管竖起后即可利用倾斜仪的输出实时检测钢格构柱柱管的倾斜状态，通过程序设计，倾斜仪可以直接与电脑连接或配套的显示仪表连接，直观的反应出被测物的垂直度，倾斜角度和偏移尺寸。

现场测量垂直度

实时监测系统的主要特点：（1）高效率：实时监测系统可以实时反映被测钢格构柱柱体的倾斜变化情况。（2）高性能：实时监测系统的测量范围可以达到30米以上。（3）高精度：理论测量精度在1/1500以上。（4）重复精度高；（5）安装简单。

5.3.3、多次测量垂直度及时调整垂直度以提高施工精度

由于采用钢丝绳调垂与全自动实时监测调垂法，调垂操作简易，倾斜数据直观，保证可以多次测量钢管柱的垂直度，及时调整垂直度，提高施工精度。

（1）钢管柱孔内安装完成后检测一次，利用钢丝绳调垂，使其垂直度达到设计1/600要求后进行下道工序。

（2）第二次清孔厚检测一次，利用钢丝绳调垂，使其垂直度达到设计1/600要求后进行下道工序。

（3）砼浇筑钢管柱底部时，检测一次，此时可能由于在浇筑钻孔灌注桩时导致钢管柱发生偏差，同样利用钢丝绳调垂。

（4）在砼浇筑至钢管柱底部向上1米时，再检测一次，此时调垂完毕后，钢管柱发生大偏移的可能性较小。

（5）砼灌注完毕后检测一次，以确定钢管柱最终垂直度。

（6）严格控制水下C50砼塌落度，以减少砼灌注时对钢管柱的影响。

六、经验与结论

在逆作法一柱一桩钢构柱施工完毕后，对每个钢构柱的平面定位与垂直度的检测数据进行统计，基本达到设计1/600的要求，有很大一部分甚至超越了设计的垂直度要求。

通过本工程一柱一桩钢构柱的施工，得到如下体会：

（1）一柱一桩钢构柱施工过程中，平面定位是第一步，通过特制的钢支架，精确的对钢构柱的平面位置进行确定，同时通过管口柱孔安装改进，保证钢构柱的水平定位不受后续施工工序的影响，大大保证了一柱一桩钢构柱的平面定位精度。

（2）通过简单实用的钢丝绳调垂法，不仅施工操作简便，且施工成本小，可以随时进行钢构柱垂直度的调整，大大节省了施工时间，并且提高了垂直度的精度。

（3）利用实时监测系统可以迅速的直观的看到钢构柱垂直度的变化情况，且精度较高，操作方便，可以很好的配合钢丝绳调垂对钢构柱的垂直度进行调整，既方便施工，又保证施工质量。

参考文献：

[1]章国华.浅谈逆作法“一桩一柱”施工技术[J].城市建设理论研究（电子版），2011，（20）.

[2]陈坚毅.逆作法一桩一柱工艺中的钢管柱垂直度、平面位置与高程控制——以北京东商业、旅业楼工程1幢工程项目施工单项工程为例[J].中国高新技术企业，2012，（10）：84-86.doi：10.3969/j.issn.1009-2374.2012.10.035.