岩区逆作法中一柱一桩施工关键技术_符伟猜.pdf

202212Building Construction2852岩区逆作法中一柱一桩施工关键技术符伟猜上海建工四建集团有限公司 上海 201103摘要：结合某邻地铁工程逆作法施工案例，对陡峭坚硬岩石中的一柱一桩关键施工工艺进行创新、总结，并提出设计优化。重点阐述了特坚岩中的扩底人工挖孔桩施工、坡面上桩孔内的钢管柱定位调垂、复杂梁柱节点的深化设计与施工等施工技术，可为今后同类工程施工提供借鉴。关键词：逆作法；一柱一桩；水磨钻；调垂；梁柱节点中图分类号：TU753 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2022)12-2852-03 DOI：10.14144/ki.jzsg.2022.12.012Key Technology of One Column-one Pile Construction in Reverse Construction Method in Rock AreaFU WeicaiShanghai Construction No.4(Group)Co.,Ltd.,Shanghai 201103,ChinaAbstract:Combined with a case of reverse construction method of a project adjacent to subway,the key construction technology of one column-one pile in steep hard rock is innovated and summarized,and the design optimization is proposed.The construction techniques such as the construction of manual excavation pile with enlarged bottom in extremely hard rock,the positioning and verticality adjustment of steel pipe column in the pile hole on the slope,and the deepening design and construction of complex beam column joints are emphatically described.It can provide reference for similar projects in the future.Keywords:reverse construction method;one column-one pile;water grinding drill;verticality adjusting;beam-column joints2）支承柱定位调垂方面，目前现有地上与地下调垂装置，地上钢柱调垂成本较低，一般采用液压调垂盘法调垂系统，对设备操作人员专业要求较高，垂直度调节精度差（1/200）；下液压调垂系统对周边场地要求高，材料损失率大，综合成本高；而气囊法调垂精度较差，且气囊易被勾破而无法使用，造成工期延误；因此，如何在陡峭岩壁中控制支承柱垂直度并兼顾质量、效率、经济，是值得研究的问题。3）钢管混凝土立柱与梁之间的连接形式主要有2种：环梁连接节点、钢牛腿连接节点。环梁连接节点即为环梁与钢管柱通过环筋、栓钉或钢牛腿等方式形成整体连接，其后框架梁主筋锚入环梁，而不必穿过钢管柱，此节点深化难度小，施工较为方便，但对建筑空间的占用大。钢牛腿节点相较于环梁节点，其对建筑空间的占用小，但是图纸深化的要求高，对钢筋锚固长度、焊接质量的要求也更高1。因此，如何优化连接节点并控制施工质量是个难题。为解决这些难题，本文结合某邻地铁工程逆作法施工案例，对一柱一桩的施工技术重难点展开技术攻关，并经过试验，总结出一套成熟、高效的施工方法。1 工程概况1.1 工程总体概况本工程基坑西侧为同期施工并先行完工运营的地铁站随着城市化进程的快速推进，邻地铁的深基坑工程也大量涌现，逆作法在保护周边敏感建筑、缩短工程工期、降低施工临时支护成本等方面有着明显的优势，应用前景广阔。一般情况下，鉴于一柱一桩基础承载力高、沉降变形小、传力直接、易于施工的特点，其常作为逆作法施工时竖向支承桩柱的首选方案，也即一根结构柱位置布置一根支承柱和支承桩的竖向支承结构形式。一柱一桩的设置需同时满足基坑逆作施工阶段和永久使用阶段的要求，其施工质量直接关系到竖向结构承载和稳定性。因此，一柱一桩的开挖成孔、定位调垂、节点连接等施工技术是逆作法的关键。然而，当逆作区位于陡峭坚硬的岩石中时，一柱一桩的施工将受技术条件限制，面临多重困难。1）桩基成孔方面，常用的旋挖钻机、正反循环回转钻机单桩作业范围一般为10 m10 m，对平整坚硬的施工地坪要求高，因此无法使用，在不允许使用炸药爆破、风镐又凿不动的情况下，如何提高人工挖孔桩的施工进度及质量保证是个难题。作者简介：符伟猜（1993），男，本科，工程师。通信地址：广东省深圳市福田区市花路5号长富金茂大厦1号楼5404（518000）。电子邮箱：收稿日期：2022-10-21地基基础FOUNDATION BED&FOUNDATION建筑施工第44卷第12期2853台，两基坑围护结构距离仅有48 m。为减少对地铁的扰动，基坑西侧采用咬合桩预留土石台的支护形式，预留土石台区域地下室结构采用逆作施工工艺。土石台南北向长约265 m，宽度432 m，高度约11 m。由北至南，岩面逐渐抬高，靠北1/3长度范围为土台，二级放坡，坡间平台宽2 m，坡率约为11；靠南2/3长度范围为石台，一级放坡，坡率设计为10.3，但现场甚至更陡（图1）。根据地勘报告，石台属微风化粗粒花岗岩岩石，其饱和单轴抗压强度值介于39.2120 MPa，平均值为76.5 MPa，属较硬-坚硬岩。图1 逆作区现场环境航拍1.2 一柱一桩设计概况本工程竖向支承结构采用一柱一桩形式。支承柱为永久钢管混凝土柱，钢管规格为700 mm 25 mm，材质为Q345，内灌C50微膨胀混凝土。柱下基础采用2次成形。施工阶段，支承桩为扩底嵌岩人工挖孔桩，桩径1 400 mm，扩大头尺寸1 4002 200 mm，桩端持力层为中、微风化花岗岩，从独立基础底起算最小桩长3 m，桩端入持力层最小深度0.5 m，桩身为C35水下混凝土，浇筑至底板面标高。使用阶段，结构地基采用天然地基，柱下基础为独立基础，不考虑施工阶段采用的柱下支承桩作用（图2）。钢管混凝土柱此部分先浇至板面标高，待施工基础时凿开至设计标高中(微）风化基础（柱帽）500入岩深度1 500图2 一柱一桩基础节点剖面2 特坚岩中的扩底人工挖孔桩施工本工程逆作区共计20余根支承柱，局部支承柱位于陡峭岩壁当中，无法实施人工挖孔桩作业，需进行二次修整岩边，将该部分支承柱位开挖至基坑底，与顺作区一同施工。根据现场实际情况，在人工挖孔桩挖至强风化岩层时，可以采用风镐开挖；进入中、微风化岩层时，岩石的抗压强度很强，抗拉和抗剪强度较低，利用水磨钻施工是比较高效、经济的方法。2.1 水磨钻施工工艺水磨钻主要由水磨钻机、水磨钻筒和专用水泵三部分组成。一个水磨钻机配备35个水磨钻筒，一个水磨钻筒上焊有7个刀头。钻筒外径为160 mm，高度为620 mm，一个循环可钻取600 mm岩芯。工艺流程：1）钻取四周岩石：采用水磨钻沿桩外径钻取岩芯，形成一圈外围临空面。2）钻取中间岩石：对剩余的桩芯岩体进行分块，形成内部临空面。3）分裂岩石：使用手电钻在桩芯岩体根基上钻上一排小孔，在小孔内锥入钢楔，捶击钢楔挤压岩石，岩石在水平冲击力作用下沿铅垂面被拉裂，底部发生水平剪切破裂。依次分裂岩体，直至该层桩芯岩体全部从基岩中分裂出来。4）人工装渣，电动提升机出渣。5）依次按照分层取芯、破裂、取岩块的循环工序作用，最终达到成孔的目的2-3（图3）。基岩达到中风化层布置取芯点水钻钻取柱状岩心分裂中部岩石取渣图3 水磨钻开挖人工挖孔桩工艺流程2.2 基于施工工艺的扩底桩设计优化2.2.1 桩径在一柱一桩施工中，人工挖孔桩钢筋笼绑扎完成后，再使用汽车吊或其他吊装机械将钢管柱吊放入桩孔中。若桩径设计过小，钢管柱吊放过程会极为困难，甚至因为人工挖孔桩施工定位或垂直度的偏差，导致钢管柱无法正常吊入孔内，给工程质量及进度产生较大影响。若桩径设计过大，人工挖孔桩施工工期延长，也不利于资源、资金的节约。因此，人工挖孔桩的桩径确定尤为重要。本工程钢管柱外径为700 mm，环板宽度为200 mm，栓钉长度为120 mm。人工挖孔桩的纵筋规格为25 mm，焊接加强筋规格为20 mm，螺旋箍筋规格为12 mm，钢筋保护层厚度为50 mm。为尽可能减小桩径，并消除钢管柱安装标高误差传递给环板的误差影响，采用环板后焊的施工措施。假定施工误差和吊放钢管柱空隙之和为100 mm，则人工挖孔桩桩径至少为1 354 mm，本工程桩径取为1 400 mm。2.2.2 桩端扩大头尺寸开挖桩端扩大头时，水磨钻仍是比人工风镐和静态破碎更为安全、高效的施工方法。工程实践中，水磨钻的倾斜角度超过10时，钻机难以固定作业，容易倾倒。因此，扩大头的斜率有限值，以确保与水磨钻施工工艺匹配。符伟猜:岩区逆作法中一柱一桩施工关键技术202212Building Construction2854工程中使用的水磨钻一般高度为1 750 mm，钻筒外径为160 mm，一个循环可钻600 mm，水磨钻倾斜角度为10，tan10 0.176，每侧向外扩底宽度0.176600102 mm，因此每进尺600 mm约可扩大200 mm桩径。3 坡面上桩孔内的钢管柱定位调垂竖向钢管支承柱通常作为正式地下室结构的一部分，其安装定位及垂直度需严格控制。目前，广泛应用的方法有气囊法、校正架法。本工程钢管柱作为永久结构柱，一次成形，使用阶段钢管柱外无混凝土包裹，因此安装精度要求高，单节柱垂直度允许偏差为H/1 000（H为柱高）且不大于10 mm，柱全高垂直度允许偏差为35 mm。但部分钢管柱位于坡面上，孔口地面不平整，无法安装固定校正钢架，而气囊法调垂精度较差，且气囊易被勾破而无法使用，造成工期延误。为解决这一问题，本工程采用了柱底定位靴固定钢管柱底部中心位置，调节柱顶位置使柱顶柱底平面坐标一致，并辅以线锤复核，达到钢管柱定位调垂的目的4。3.1 调垂装置定位调垂装置包括柱底定位靴（图4）、孔口调垂装置。柱底定位靴由底盘、十字形导向定位板、固定杆。孔口调垂装置由双向正交的一对千斤顶、固定钢筋组成。直径40吊装孔十字形导向定位板d=16钢筋固定杆底盘d=1616575630900135135390165150 15060500图4 柱底定位靴加工尺寸与现场3.2 钢管柱定位、调垂施工方法1）人工挖孔桩浇筑第一段桩身混凝土。2）待桩身混凝土终凝后，清凿表面浮浆至钢管柱底 标高。3）在孔顶测放柱心位置，传递至孔底，施工人员下孔安装定位靴，精确校核平面位置、标高、水平度。4）将柱底定位靴的固定杆与桩身钢筋网连接牢固，具体过程为：每个定位靴配有4套固定杆，每套固定杆由直角筋与斜撑筋组成，两者焊接牢靠；定位靴位置、标高、水平度校准后，仅需将直角筋与定位靴底盘、桩身纵筋焊接，即完成该步操作。5）吊放钢管柱进入人工挖孔桩内，使钢管柱底部直接嵌入定位靴中。6）在钢管柱顶测放正确的柱心位置，人工挖孔桩孔口正交方向放置2个千斤顶，千斤顶尾端顶住孔桩侧壁，头部顶住钢管柱壁，通过千斤顶油缸的伸缩调节钢管柱顶部的位置，直至柱顶、柱底位于同一垂直线上。8）使用4根短粗钢筋焊在钢管柱的4个正交方向，并牢固顶在桩孔侧壁上，固定钢管柱位置。9）浇筑桩身混凝土至设计标高，后浇筑钢管柱内混 凝土。10）待桩身混凝土达到一定强度后，在钢管柱与人工挖孔桩护壁间的空心段内回填粗砂并灌水密实（图5）。钢管柱孔口固定钢筋千斤顶定位靴浇筑的第1段桩身混凝土坡面桩身钢筋图5 钢管柱定位、