位帥鵬，劉汝超，樊子爍，丁光鑫，李宏芬，李文軍

（中國建筑第四工程局有限公司，廣州 510665）

隨著社會蓬勃發(fā)展，更多超高層的多層地下室、地下商場和隧道等結(jié)構(gòu)采用逆作法施工工藝，而國內(nèi)大直徑的逆作樁柱一體安裝技術(shù)尚未成熟。鋼管柱設(shè)計做法存在環(huán)板，回轉(zhuǎn)鉆機平臺在夾持鋼管柱插入設(shè)計深度的過程中受到浮力阻礙，如何避免與環(huán)板節(jié)點碰撞，保證鋼管柱施工達(dá)到設(shè)計要求是研究樁柱一體安裝技術(shù)的重點。本文結(jié)合北京城市副中心站綜合交通樞紐工程，以超長大直徑逆作樁柱一體安裝施工中的實際操作經(jīng)驗，有針對性地對該施工技術(shù)進(jìn)行探討。

1 工程概況

北京城市副中心站綜合交通樞紐工程03A 地塊位于通州區(qū)芙蓉路以東，楊坨一街以南，既有6 號線以北，地下結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)體系，普通樓面采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板體系，地上有100、150 和240 m 的塔樓，地上裙房5 層，地下3～5 層地下室，無裙房區(qū)域地面覆土約3 m，基礎(chǔ)埋深最深約-28 m，工程項目整體效果圖如圖1 所示。

圖1 項目建設(shè)效果圖

蓋挖逆作區(qū)域工程樁深度達(dá)到68 m，樁徑為2 m，鋼管柱最小直徑1.5 m，最小長度29 m；逆作鋼管柱施工過程中，由于混凝土?xí)ζ洚a(chǎn)生浮力阻礙，鋼管柱環(huán)板與回轉(zhuǎn)鉆機夾持產(chǎn)生節(jié)點碰撞，現(xiàn)擬通過研發(fā)一種超長大直徑逆作樁與鋼管柱一體安裝的施工技術(shù)，以達(dá)到降本增效、節(jié)約工期的目的?；剞D(zhuǎn)鉆機夾持鋼管柱效果圖如圖2 所示。

圖2 回轉(zhuǎn)鉆機夾持鋼管柱效果圖

2 逆作樁柱一體安裝施工的難點

由于逆作鋼管柱依靠自重下沉到與樁混凝土臨界面時，繼續(xù)插入樁的過程中將產(chǎn)生浮力阻礙，另一方面，鋼管柱按照設(shè)計要求焊接環(huán)板與回轉(zhuǎn)鉆機夾持部分存在碰撞，鋼管柱環(huán)板后焊接施工困難，且存在結(jié)構(gòu)安全隱患，成本較高、經(jīng)濟效益不理想。因此，研究發(fā)明一種回轉(zhuǎn)鉆機平臺可周轉(zhuǎn)混凝土底座，以抬高平臺高度避免與回轉(zhuǎn)鉆機平臺的碰撞。鋼管柱組合布置圖如圖3 所示，鋼管柱環(huán)板節(jié)點如圖4 所示，鋼管柱結(jié)構(gòu)梁搭接環(huán)板如圖5 所示。

圖3 鋼管柱組合布置圖

圖4 鋼管柱環(huán)板節(jié)點效果圖

圖5 鋼管柱結(jié)構(gòu)梁搭接環(huán)板效果圖

3 逆作樁柱一體安裝施工加設(shè)混凝土底座的原理及作用

逆作樁的鋼管柱在插入已施工完成逆作樁內(nèi)的過程中，鋼管柱接觸到樁內(nèi)混凝土界面時，會受到浮力阻礙且下沉深度增大，隨著浮力逐漸增大，需借助回轉(zhuǎn)鉆機夾持鋼管柱插入設(shè)計深度，調(diào)整鋼管柱中心線偏差與垂直度。由于鋼管柱環(huán)板節(jié)點位于回轉(zhuǎn)鉆機機身高度范圍內(nèi)，外徑較大，且回轉(zhuǎn)鉆機原機身高度受限，回轉(zhuǎn)鉆機在夾持位置點與環(huán)板碰撞，若鋼管柱環(huán)板采用后焊接，即在土方開挖完成后對鋼管柱進(jìn)行環(huán)板焊接，將造成施工及其困難且成本較高，經(jīng)濟效益不理想。所以在不采用鋼管柱環(huán)板后焊接的前提下，依據(jù)樁內(nèi)混凝土產(chǎn)生的浮力阻礙計算設(shè)計出一組可周轉(zhuǎn)混凝土底座，使回轉(zhuǎn)鉆機定位平衡板增加高度，滿足施工要求。鋼管柱基礎(chǔ)節(jié)點如圖6 所示。

圖6 鋼管柱基礎(chǔ)節(jié)點詳圖

3.1 鋼管柱插入樁內(nèi)過程中的受力分析計算

鋼管柱進(jìn)入樁內(nèi)即受到泥漿的阻力，在未接觸到樁內(nèi)混凝土之前，依靠鋼管柱自重可以克服泥漿阻力作用（G＞F阻），在這個過程中，只需依靠履帶吊控制鋼管柱即可滿足施工要求。隨著鋼管柱接觸到樁內(nèi)混凝土，混凝土對鋼管柱產(chǎn)生浮力作用，此時僅借助履帶吊依靠鋼管柱的自重?zé)o法克服浮力阻礙（G＜F?。?，因此需要借助回轉(zhuǎn)鉆機平臺夾持鋼管柱繼續(xù)插入混凝土中，考慮鋼管柱環(huán)板與回轉(zhuǎn)鉆機平臺夾持位置點碰撞，且環(huán)板若后焊接會造成結(jié)構(gòu)安全隱患及耗費巨大成本，經(jīng)濟效益滑坡；回轉(zhuǎn)鉆機平臺加設(shè)混凝土底座，抬高平臺高度，解決了與鋼管柱環(huán)板節(jié)點碰撞問題；根據(jù)回轉(zhuǎn)鉆機平臺和混凝土底座自重應(yīng)大于或等于混凝土產(chǎn)生的浮力（G1＋G2≥F浮），通過鋼管柱重量（M）計算得出浮力值（F浮=G排=ρgV排），從而得出混凝土底座的最小重力，根據(jù)G=pgv 計算得出混凝土底座體積大小及配筋（配筋率=As/b×h0）。

鋼管柱插入使鋼管柱受到的浮力與鋼管柱的重力相等的深度時，通過鋼管柱上部栓釘此時的高度與回轉(zhuǎn)鉆機此時的高度差得出混凝土底座的高度。

式中：r 為鋼管柱半徑，b1為樁柱搭接長度，h 為柱長，p混為混凝土比重（12.45～2.5 t/m3），p 泥為泥漿比重（1.05～1.2 g/cm3）。

式中：a 為底座長，b 為寬，h 為底座高，r 為鋼護(hù)筒半徑。

3.2 單根鋼管柱環(huán)板后焊接成本分析計算

鋼管柱環(huán)板后焊接成本分析計算表見表1。

表1 鋼管柱環(huán)板后焊接成本分析計算表

以單根直徑為1 300 mm 的鋼管柱為例，若鋼管柱環(huán)板后焊接比鋼管柱在工廠加工焊接為成品增加費用約1.3 萬元，且現(xiàn)場施工操作困難，因此加設(shè)回轉(zhuǎn)鉆機混凝土底座可解決成本增加問題，亦滿足施工要求。

3.3 底座技術(shù)參數(shù)及說明

①通過受力計算得出單個混凝土底座高1.7 m，寬為2.4 m，長為5 m，中間部分像內(nèi)側(cè)凹進(jìn)，2 個為一組，對接拼裝，在樁孔周圍形成完整平臺，平臺上部布置定位平衡板、回轉(zhuǎn)鉆機，其平面尺寸滿足定位平衡板、回轉(zhuǎn)鉆機的安裝需要。②底座平臺頂面作為施工平臺，用于安拆回轉(zhuǎn)鉆機、夾塊和鋼管柱安裝等，四周布置護(hù)欄，作為安全措施，保證人員安全。③使用底座將加高平臺和回轉(zhuǎn)鉆機，其重心也隨之升高，對底座穩(wěn)定性要求也更高，必須保證底座的強度和穩(wěn)定，底座在樁基混凝土澆筑完成后吊運至孔口布置，保證底座平臺的穩(wěn)定，并且混凝土底座強度較大，滿足平臺、回轉(zhuǎn)鉆機和鋼管柱施工荷載要求。④平臺下部預(yù)留鋼筋籠穿杠安裝空間，不影響鋼筋安裝和混凝土澆筑，混凝土底座下部預(yù)留30 cm 高度空間，用于布置鋼筋籠穿杠。

4 現(xiàn)場實施效果

現(xiàn)場實施效果如圖7、圖8 所示。

圖7 樁柱一體安裝回轉(zhuǎn)鉆機平臺

圖8 混凝土底座上部

5 結(jié)束語

目前國內(nèi)各大城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)初具規(guī)模，城市規(guī)劃格局基本定型，城市中心區(qū)內(nèi)見縫插針式的用地以及老城區(qū)建筑改造必將成為城市建筑發(fā)展新方向；施工場地狹小、周邊建（構(gòu)）筑物復(fù)雜且沉降變形要求高，對建筑施工提出了更高的要求，而逆作法具備施工占用場地小、基坑開挖對四周建（構(gòu)）筑物、道路和地下管線及市政設(shè)施影響小等特點將越來越引起人們的關(guān)心和重視。如果說20 世紀(jì)是逆作法施工的起步時期，而今在全國范圍內(nèi)迅速發(fā)展和大量應(yīng)用之后，目前正處于技術(shù)成熟期，隨后將會有更大發(fā)展的全盛時期。

本文介紹的逆作樁柱一體安裝施工加設(shè)混凝土底座解決鋼管柱環(huán)板后，焊接施工技術(shù)起到了節(jié)能環(huán)保效果，也可為其他類似工程提供參考借鑒并在同類工程中推廣應(yīng)用。