上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

隨著超大、超深基坑逆作法開挖回筑的施工越來越普遍，設(shè)計(jì)對(duì)逆作支撐樁柱的要求也逐步提高，目前在上海中心、白玉蘭廣場(chǎng)、國金中心等超大超深基坑中逆作支撐柱的垂直度都要求在1/600～1/500之間，如此高精度的鋼立柱施工除要求下部支承樁的垂直度達(dá)到1/300～1/200的精度外，還必須有一套成熟、高效且穩(wěn)定的調(diào)垂方法和設(shè)備。

本文結(jié)合一柱一樁先插法在上海軟土地基中某超深基坑工程項(xiàng)目的成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)軟土地基中施工逆作法高精度一柱一樁的機(jī)械設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)作深入分析，提供一套先進(jìn)、高效、成熟的施工方法。

1 工程概況

上海國際金融中心工程位于上海浦東新區(qū)，是集商務(wù)、辦公一體的綜合性工程，總占地面積約5.5萬 m2，基坑總面積48 000 m2，周長960 m，由3 幢塔樓和5 層地下室組成，無裙房，其中塔樓區(qū)域挖深28 m，純地下室區(qū)域普遍挖深約26.5 m，整體基坑開挖方式為：首先B0層整體同步挖深約9 m，然后地下室停止開挖，塔樓區(qū)域順挖到底，待塔樓區(qū)地下結(jié)構(gòu)回筑至地面，地下室再繼續(xù)向下逆作開挖，最終實(shí)現(xiàn)塔樓地上結(jié)構(gòu)與地下室開挖、結(jié)構(gòu)回筑平行施工。

地下室的逆作區(qū)采用一柱一樁（圖1）作為豎向支承系統(tǒng)承受整體地下結(jié)構(gòu)完成前的樓板荷載及施工超載受力，下部支承樁用Φ1 200 mm的鉆孔樁，設(shè)計(jì)孔深61.5 m，樁端后注漿。

支承樁內(nèi)插Φ550 mm×16 mm的鋼管，插入支承樁5 m，鋼管內(nèi)澆筑水下C55的高強(qiáng)混凝土。支承樁成孔垂直度在鋼管柱插入范圍內(nèi)≤1/300（插入范圍以下≤1/200），鋼管柱調(diào)垂垂直度≤1/500。

該工程成樁上部30 m的土層主要為軟黏土層，30 m以下的土層為密實(shí)砂層，支承樁底標(biāo)高為－64.41 m，持力層為⑦層砂性粉土層，鉆孔在軟黏土和密實(shí)砂層的交界面處垂直度控制難度極大；且較厚的黏性土中鉆進(jìn)成孔極易產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，影響后續(xù)的鋼管柱插入和高精度調(diào)垂效果；另外，由于下部支承樁樁身基本上全部位于粉土層和粉砂層中，孔底沉渣清除要求極高。

圖1 一柱一樁剖面示意

2 先插法工藝原理[1,2]

2.1 工藝原理

先插法施工是一種比較傳統(tǒng)、成熟的施作一柱一樁調(diào)垂鋼管柱的施工工藝，具有設(shè)備簡單、操作方便的優(yōu)點(diǎn)。

其主要采用1 個(gè)3 層的調(diào)垂架，通過中、下2 層水平排布的各4 只調(diào)節(jié)螺桿，利用杠桿原理對(duì)鋼管柱進(jìn)行調(diào)垂。理想情況下鋼管柱在鉆孔內(nèi)僅受側(cè)向泥漿阻力，利用上層螺桿一點(diǎn)固定，下層螺桿一點(diǎn)調(diào)整可以輕易地將鋼管柱移動(dòng)、調(diào)整。如果僅靠螺桿調(diào)整鋼管柱比較困難，可以同時(shí)開啟孔內(nèi)（地下5 m處）的導(dǎo)向糾偏千斤頂給鋼管柱施加水平力，提高調(diào)垂的效果和精度。再配合精密的經(jīng)緯儀、三維激光測(cè)斜儀以及第三方的測(cè)斜管等測(cè)量儀器，從而控制垂直度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，如圖2所示。

圖2 改進(jìn)的先插法施工示意

2.2 施工工藝的改進(jìn)

常規(guī)的地面調(diào)垂架僅依靠地面以上的2 個(gè)支點(diǎn)調(diào)垂，且兩支點(diǎn)間距僅約2 m，依靠僅2 m的短管節(jié)調(diào)垂下部近30 m的鋼管柱難度極大。

改進(jìn)的先插法調(diào)垂工藝新增加了地下的4 只導(dǎo)向糾偏千斤頂做調(diào)垂支點(diǎn)，一方面在鋼管柱下插過程中開啟導(dǎo)向糾偏千斤頂作導(dǎo)向，另一方面，在調(diào)垂時(shí)延長了地面上和地面下2 個(gè)支點(diǎn)的距離，由原來的2 m增長為7 m，以7 m長度的短管節(jié)來調(diào)垂下部逾20 m的鋼管柱，調(diào)垂達(dá)到設(shè)計(jì)要求精度的保證率提高很多。

3 下部支承樁垂直度控制技術(shù)[3-5]

3.1 成孔機(jī)械設(shè)備

采用GPS-20及以上型號(hào)的重型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔，配備三翼雙腰箍鉆頭、配重鉆桿以及鉆桿扶正圈等鉆進(jìn)設(shè)備；使用長6 m，壁厚10 mm的超長鋼護(hù)筒，為初始成孔起導(dǎo)向作用，且為孔內(nèi)導(dǎo)向糾偏千斤頂提供反力支點(diǎn)。

3.2 循環(huán)泥漿管理

泥漿用優(yōu)質(zhì)膨潤土外加化學(xué)添加劑（Na2CO3、NaOH）的人工漿，泥漿經(jīng)除砂機(jī)凈化循環(huán)后再抽回孔內(nèi)重復(fù)利用，保證黏性土、砂性土層中孔壁穩(wěn)定；清孔泥漿采用黏度、相對(duì)密度、泥皮和膠體率適中的指標(biāo)，保證孔底沉渣滿足≤50 mm。

3.3 鉆進(jìn)過程控制

黏性土層中用中等轉(zhuǎn)速、大泵量以及較稀泥漿的鉆進(jìn)方法；粉質(zhì)黏土和粉土中泥漿相對(duì)密度不超過1.3，以利進(jìn)尺為準(zhǔn)，防止產(chǎn)生糊鉆、進(jìn)尺緩慢等現(xiàn)象；密實(shí)砂性土中用低擋慢速、大泵量、分級(jí)鉆進(jìn)的方法，防止孔斜度超過公差范圍；軟硬土層交界面應(yīng)放慢進(jìn)尺速度，鉆頭穿過交界面后上下重復(fù)掃孔2～3 次，防止不平衡接觸面造成的孔斜。

3.4 成孔質(zhì)量檢測(cè)

鉆進(jìn)至1/2孔深時(shí)通過專業(yè)檢測(cè)儀從鉆桿內(nèi)量測(cè)鉆桿垂直度，如不滿足1/300的精度，應(yīng)立即糾偏，指導(dǎo)后續(xù)繼續(xù)鉆進(jìn)；終孔經(jīng)井徑儀檢測(cè)垂直度，鋼管柱插入范圍內(nèi)成孔垂直度≤1/300，插入范圍以下成孔重直度≤1/200，否則掃孔調(diào)整孔斜率。

4 鋼管柱調(diào)垂及檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)[6-8]

4.1 先插法調(diào)垂架的改進(jìn)

本工程采用的先插法調(diào)垂架在借鑒上海中心大廈工程調(diào)垂架的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了以下改進(jìn)：

（a）將調(diào)垂架的上下兩層螺桿端部改造成Φ400 mm的環(huán)形手柄，便于操作工人旋擰螺桿時(shí)省時(shí)省力；

（b）調(diào)垂架的第3層上安裝護(hù)欄和踢腳板，提高操作的安全度；

（c）調(diào)垂架上增加回填碎石的漏斗，四個(gè)方向可以實(shí)現(xiàn)同步均勻回填碎石，保證鋼管柱受力均勻，減少擾動(dòng)；

（d）調(diào)垂架4 個(gè)底角的固定措施進(jìn)行了加強(qiáng)，在底角接觸面擴(kuò)大的基礎(chǔ)上，增加了螺栓孔，便于和地面連接固定，保證調(diào)垂時(shí)架體絕對(duì)穩(wěn)固。

4.2 鋼管柱調(diào)垂的輔助措施

（a）首次采用長6 m的加厚壁鋼護(hù)筒，使用90#振動(dòng)錘振設(shè)埋入，埋設(shè)垂直度≤1/300，且四周回填足夠密實(shí)，為導(dǎo)向千斤頂提供穩(wěn)定的水平反力；

（b）吊放鋼管柱之前，在孔內(nèi)（地面下5 m）沿超長鋼護(hù)筒內(nèi)壁四周安放4 只各300 kN頂升力的導(dǎo)向糾偏裝置，為鋼管柱插入、調(diào)垂提供導(dǎo)向和水平糾偏推力，便于高效調(diào)垂；

（c）引進(jìn)三維激光測(cè)斜儀安放在鋼管柱柱身，及時(shí)反映柱身的傾斜方位并指導(dǎo)調(diào)垂，同柱身的測(cè)斜管檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比校核；

（d）增加了鋼管柱外的附加注漿，保證調(diào)垂后柱身四周受力均勻，避免鋼管柱在懸臂狀態(tài)下產(chǎn)生較大的撓度；

（e）支承樁鋼筋籠頂部增加2 道雙箍筋，鋼管柱插入范圍內(nèi)箍筋間距適當(dāng)調(diào)大，防止鋼管柱上的栓釘、環(huán)筋等碰觸鋼筋籠造成無法正常調(diào)垂。

（f）鋼管柱設(shè)計(jì)頂標(biāo)高以上安裝長3 m的工具管柱，與主柱靠4 個(gè)Φ32 mm的螺栓連接，保證連接的順直和穩(wěn)固，方便調(diào)垂。

4.3 鋼管柱調(diào)垂關(guān)鍵步序

（a）支承樁鋼筋籠順直吊放入孔后，全站儀再次復(fù)核孔位和護(hù)筒中心偏差，并做好標(biāo)識(shí)；沿護(hù)筒內(nèi)壁安放4 只導(dǎo)向糾偏裝置；

（b）先插法調(diào)垂架吊放就位對(duì)中、調(diào)平與理論樁位中心偏差≤10 mm后及時(shí)固定4 個(gè)底角；

（c）鋼管柱插入調(diào)垂架后，開啟孔內(nèi)導(dǎo)向糾偏導(dǎo)向，利用互成直角的2 臺(tái)激光經(jīng)緯儀觀測(cè)柱身的通長墨線，待鋼管柱靠自重插入至支承樁內(nèi)5 m時(shí)，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行初調(diào)；

（d）根據(jù)測(cè)斜管和三維激光測(cè)斜儀的檢測(cè)數(shù)據(jù)，利用調(diào)垂架的上下2 層螺桿機(jī)孔內(nèi)導(dǎo)向千斤頂對(duì)鋼管柱進(jìn)行調(diào)垂，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求的1/500；

（e）將調(diào)垂架和鋼管柱分上下2 層用槽鋼呈井字形固定，同時(shí)在鋼護(hù)筒和鋼管柱之間用短鋼筋加強(qiáng)固定；

（f）從鋼管柱內(nèi)下導(dǎo)管，采用氣舉反循環(huán)法將孔底沉渣清除，以滿足孔底沉渣≤50 mm標(biāo)準(zhǔn)；

（g）分別澆筑支承樁水下C35和鋼管柱內(nèi)水下C55混凝土，孔內(nèi)回填碎石；

（h）待鋼管柱內(nèi)混凝土終凝后（一般為24 h），拆除固定措施，移走調(diào)垂架，拔出鋼護(hù)筒，進(jìn)行鋼管柱外孔內(nèi)注漿。

5 一柱一樁高低標(biāo)號(hào)混凝土澆筑控制

由于下部支承樁澆筑水下C35混凝土，鋼管柱內(nèi)澆筑水下C55混凝土，兩種不同混凝土澆筑界面的控制關(guān)鍵在于：

（a）采用泵車布管澆筑，開始澆筑水下C55混凝土?xí)r導(dǎo)管埋深2.5 m，使兩種混凝土置換面位于鋼管柱底以下2 m；

（b）通過前幾根的原位試驗(yàn)，依據(jù)泥漿相對(duì)密度、石子體積、質(zhì)量等精確計(jì)算出C35混凝土的上升速率，當(dāng)管外碎石與C55混凝土的頂托力平衡時(shí)即可停止回填；

（c）保證合理低速的澆筑速度，拆除起拔導(dǎo)管時(shí)嚴(yán)禁生拉硬拽碰觸鋼管柱本身；

（d）待鋼管柱頂端（高出地面約20 cm）的溢流孔內(nèi)溢出C55混凝土?xí)r停止?jié)仓?/p>

6 鋼管柱垂直度的保持控制

由于鋼管柱垂直度的控制精度比較高，調(diào)垂達(dá)標(biāo)后的保持至關(guān)重要，后續(xù)施工步序?qū)︿摴苤臄_動(dòng)將會(huì)使調(diào)垂效果大打折扣，施工過程中主要從以下幾個(gè)方面重點(diǎn)控制：

（a）鋼管柱調(diào)垂達(dá)標(biāo)后應(yīng)立即分別與調(diào)垂架和鋼護(hù)筒固定，同時(shí)調(diào)垂架自身必須與地面穩(wěn)固連接；

（b）二次清孔從鋼管柱內(nèi)下放導(dǎo)管時(shí)，應(yīng)采取措施嚴(yán)禁碰觸鋼管柱本身；清孔采用的氣舉反循環(huán)壓力控制應(yīng)確保在徹底清除孔底沉渣的同時(shí)不會(huì)對(duì)鋼管柱產(chǎn)生附加擾動(dòng)；

（c）澆筑不同標(biāo)號(hào)混凝土?xí)r應(yīng)采用泵車布管，以勻速且最低速度泵入鋼管柱內(nèi)的C55混凝土，嚴(yán)禁拆拔導(dǎo)管時(shí)對(duì)鋼管柱造成擾動(dòng)；

（d）回填碎石應(yīng)四個(gè)方向同步、對(duì)稱、均勻，避免單側(cè)擠壓受力擾動(dòng)鋼管柱；

（e）后期基坑開挖階段應(yīng)在鋼管柱四周均勻掏挖，嚴(yán)禁單面卸載對(duì)鋼管柱產(chǎn)生擠壓，導(dǎo)致處于懸臂狀態(tài)的柱身傾斜。

7 結(jié)語

在常規(guī)的地面調(diào)垂架調(diào)垂的基礎(chǔ)上，通過改良的調(diào)垂架、改進(jìn)的先插法調(diào)垂工藝不僅提高了調(diào)垂的工效，更提高了鋼管柱的垂直度精度保證率，現(xiàn)場(chǎng)施工澆筑混凝土前一次性調(diào)垂達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的比例高達(dá)90%以上。

利用該改進(jìn)的先插法工藝取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，該先插法工藝的操作使用比常規(guī)的地面調(diào)垂架調(diào)垂，技術(shù)更加成熟，推廣使用的空間得到了較大拓展。