双钢管立柱在逆作法深基坑工程中的应用

资明玖，胡仁志，齐 琪，程 冉，孙丽锋，寇立夫，李娟红

（中建四局土木工程有限公司，广东 深圳 518052）

1 工程技术背景

在逆作法深基坑施工中，立柱桩是其中较关键的控制分项。通常立柱桩采用格构柱或单钢管立柱的形式，其安装定位方法已在较多项目中得到研究与应用，实施亦相对较为广泛。但钢立柱的高精度定位一直是深基坑施工中控制的重难点，在实际应用中通常难以有效控制。

通过对珠海IDG中心项目逆作法深基坑进行讨论，研发出“超厚淤泥深基坑逆作法双钢管立柱高精度安装”施工技术。该技术采用双钢管立柱作为内支撑立柱与永久结构柱使用，一柱两用，其在灌注桩施工时只需要将双钢管立柱一并下放，对双钢管立柱的定位、垂直度及工艺要求较高。通过定位架与激光倾斜仪的结合使用，则很好地解决了双钢管桩高精度定位安装的问题；通过调节泥浆配比及采用先插法安装双钢管立柱等技术，使双钢管立柱在淤泥地质桩的成孔与双钢管成型的质量得到保证。

2 工程概况

2.1 设计概况

IDG中心项目基坑工程项目位于广东省珠海市横琴新区富城道东侧、琴海北路南侧、富民道西侧、兴盛五路北侧。基坑面积约为17 328m2，周长约为506m，基坑开挖深度为17～20m。基坑采用主体结构采用钢筋混凝土地下连续墙+3道混凝土内撑板支护形式，基坑安全等级为一级。

2.2 基础概况

本项目在塔楼区域采用双钢管内支撑立柱作为永久结构柱。双钢管立柱桩共11根，双钢管直径为700，800mm，长度为22.75m（包括9.1m措施管长度），双钢管立柱嵌入桩内1.5m，桩径2 400～2 600mm，桩长38～45m，成孔深度约70m。地层中存在5.20～16.70m的超厚流塑状淤泥，平均淤泥厚度约16m。

3 主要技术创新点

3.1 双钢管立柱制作

钢管立柱在加工厂加工完成，钢管制作应符合设计与相关规范。双钢管在加工对接时，应保证加工焊接平台足够水平，否则将造成对接后的钢管不垂直。双钢管之间采用Q345B材质缀板间距2 000mm双面连接，上下管口均用同管径的圆钢板封口，钢管接长采用加内衬管对接。为保证垂直度，所有的钢管立柱需延长钢管立柱顶标高至地面以上约3.5m，即为加长措施管，也在加工场将其对接加长成一个整体（见图 1）。

图1 双钢管立柱加工制作调节

3.2 双钢管立柱定位调节支架安装与定位

在混凝土平台上将定位调节支架的点位进行测量放样，并用钢钉及油漆做好标记。将双钢管定位调节支架吊放至混凝土平台上，使其与之前测放的点位重合。定位调节支架调平、固定。用水平尺测量双钢管定位调节支架是否平整，平整度偏差控制在±5mm。若偏差超过要求，则采用钢垫板进行塞填，使其满足平整度要求。之后再对定位调节支架4个柱角采用M20膨胀螺栓打入混凝土平台进行固定（见图2）。

图2 定位平台硬化处理示意

3.3 双钢管立柱吊装

钢管立柱起吊前，在加工厂将双钢管立柱前后端分别安装激光调直仪器与接收板，并将其调平。在其中一根钢管上安装固定激光倾斜仪与接收板，激光倾斜仪发射的激光与接收板的中点对中，即激光对中线此时与双钢管的中心线处于平行状态，激光对中线发生倾斜则直接反映双钢管立柱的倾斜状态。钢管立柱沉入孔内时，可使用水平靠尺或经纬仪调节钢管桩的垂直度。钢管立柱安装好后，根据仪器显示倾角调节钢管立柱的垂直度。钢管立柱桩吊放时必须做到精确定位，桩位中线与钢管立柱桩中线之间的误差取值范围必须小于5mm，对垂直度偏差的取值范围必须小于3‰（见图3）。

图3 双钢管立柱安装示意

3.4 双钢管立柱调节与固定

1）双钢管下放完成后，通过激光倾斜仪连接的计算机显示仪实时反映双钢管x、y轴的垂直度状态，桩位则通过在定位调节支架测放的点位拉“十”字线进行复核。实时监测数据的采集和输出，当钢管立柱存在一定偏斜时，倾斜仪就会有一个角度实时输出，也就是钢管立柱的轴线与倾斜仪的铅垂线两者间的物理角度数据实时输出。

2）双钢管调节主要采用定位调节支架上设置的6个10t千斤顶进行4个方向的调节，调节完成后将千斤顶顶紧。同时，根据不同工况下实际的反馈信息来判定偏移方位，相对应地合理调节支架的千斤顶，必须保证激光倾斜仪实时监测的位移读数x、y轴的偏差值满足工程要求，此时方代表针对双钢管立柱垂直度调节的工作环节全部完成。

3）双钢管调节完成后，采用4块200cm×200cm×20cm的三角板将双钢管焊接固定在定位调节支架上（见图4）。

图4 双钢管立柱调节固定

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

测量放样→埋设钢护筒→定位平台混凝土硬化→钻机成孔→终孔→一次清孔→（钢筋笼制作）→吊装钢筋笼→安装定位架→（双钢管制作）→吊装双钢管→定位调节固定→二次清孔→浇筑水下混凝土→定位复测。

4.2 操作要点

4.2.1 测量定位

在现场施工中，必须严格按照施工图纸要求完成控制点的导线测放。首先用全站仪精确测定立柱的桩位点，然后仔细打入木桩或短钢筋定点，并做好复测以控制误差，再以“十字交叉法”的方式外引到护筒四周做好桩点保护工作，要求桩位的整体误差取值范围必须小于100mm。

4.2.2 护筒埋设

根据桩位的点位标志，埋设好护筒进行成孔，筒孔直径应比设计的孔径值大20cm，同时，护筒的高度必须在3m以上。放入护筒后，针对护筒孔需进行坑内桩位点的二次测量，使用吊线锤校验垂直度，再次精确校正护筒的位置和垂直度并加以固定，再将护筒与孔壁之间仔细用黏性土填实，以确保护筒位置的精确与稳定。

4.2.3 平台硬化

在钢护筒埋设工作精准完成后，可以先对护筒平台周边地表面500mm土层用砖碴进行换填，之后再浇筑C30混凝土硬化场地，混凝土厚度为400mm，内铺设双层12@250×250钢筋网，并保证施工完成后硬化场地的平整度偏差为10mm，以使钢管立柱的调直支架放置能保持水平，在平台护筒出浆口处预留200mm宽泥浆沟。

4.2.4 超厚淤泥地质中成孔施工

对于地层中存在超厚的流塑状淤泥，桩成孔深度超过65m，桩基成孔施工难度较大时，主要从以下2点着手。

1）调配泥浆指标 调配更适合该淤泥地质的泥浆指标，保证孔壁的稳定常规采用循环泥浆密度1.05～1.25g/m3，黏度20～30s，含砂率3%，pH值7.5～8.5，经试验调配后采用泥浆密度 1.15～1.30g/m3，黏度 25～35s，含砂率 5%，pH 值 8～9。

2）采用冲挖结合工艺 由于双钢管立柱均为大直径桩，其桩较长，桩分布较密，且入岩较深，单独使用冲桩机成孔，其功效较慢；单独使用旋挖钻机成孔，则需要特定加长钻杆，还需要增加机械投入。故综合该两种成孔机械。最终采用上部土层旋挖钻机成孔，下部入岩采用冲桩机进行接力施工。在缩短成孔时间保证进度的同时，无须增加机械投入，还可以减小淤泥段孔壁缩颈和坍孔风险，保证成孔质量。

钻进过程中应密切注意土层、岩层随时可能产生的变化，如果出现情况，应在土层变化处捞取渣样进行初测，并与勘察报告相结合加以判明土层，并如实准确地记录在现场记录表中，随后应与地质剖面图进行核对。作业过程中应经常对钻孔中的相应工序进行必要的监测，及时测量泥浆比重、黏度、砂率等相关数据加以评定，如泥浆的性能指标出现变化时应及时进行调整。

4.2.5 清孔

立柱桩采用两次清孔，一次清孔在成孔完成后进行，二次清孔在双钢管桩安装完成后进行。清孔主要通过置换孔内泥浆来解决，采用泥浆正循环系统进行，将导管下入至距孔底80～100mm，向孔内输入循环泥浆，通过泥浆置换把桩孔内悬浮的泥渣输出孔外，直到孔底沉渣清除满足规范要求。

4.2.6 钢筋笼制作及吊放

在钻机钻孔作业的同时，可以在现场加工制作钢筋笼。在钢筋笼制作过程中必须严格按照设计图纸和有关规范要求实施，对所用的钢筋规格、数量及焊接制作的质量等进行严格把关，制作误差值应严格控制在允许误差取值范围内。钢筋笼分节进行吊装，并在孔口进行焊接，最后一节钢筋笼在中间2根对称的主筋上部焊接吊筋，吊筋长度根据孔口标高与桩顶标高计算，安装完成后将吊筋固定在护筒位置即可。

4.2.7 钢管立柱吊装、定位、调节与固定技术

1）工序流程 测量放线→双钢管定位调节支架就位→定位调节支架调平、固定→双钢管安装激光调直仪器并调平→双钢管立柱吊装→入孔并进行点位、垂直度跟踪测量→对双钢管点位、垂直度进行调整→双钢管焊接固定→拆除激光调直仪器。

2）双钢管立柱吊装转场 双钢管立柱吊点位于钢管立柱上部及两侧。将双钢管在吊点位置套好钢丝绳进行吊装转场，吊装采用两点起吊方法，吊车将双钢管立柱吊放至桩孔附近。

3）吊装入孔 将双钢管末端的激光接收板拆除，吊车套好钢丝绳将双钢管立吊至孔口，对准定位调节支架的孔口徐徐下放，过程中采用水平靠尺与全站仪进行点位、垂直度跟踪观测，直至双钢管下放至设计标高位置处。根据外露约1.0m的双钢管进行点位及垂直度调节，调节完成后，采用三角板将双钢管焊接固定在定位调节支架上。

4.2.8 先插法管外浇筑水下混凝土

由于双钢管底部已封底，上部也进行了封口，管内为空洞状态，在双钢管立柱下入桩内时，桩孔内泥浆会对钢管产生一定的浮力，钢管的自重无法抵消泥浆对钢管的浮力，泥浆过浓时将会造成钢管上浮。根据计算分析及现场试验，泥浆对比度控制在1.15～1.20g/cm3，不会引起双钢管上浮；若泥浆对比度大于1.20g/cm3时，则双钢管上浮可能性加大。故在二次清孔时泥浆对比度应控制在1.15～1.20g/cm3，方能进行水下混凝土浇筑。

双钢管桩采用钢管先插法，在钢管外侧导管建筑混凝土工艺。混凝土采用水下C40，坍落度为180～220mm，选用300mm混凝土导管。施工前先对导管进行封密性检查，并检查孔深及沉渣厚度。导管应控制在离孔底300～500mm范围，初始灌注时必须控制一定的初灌量，以防止导管泥浆回流。混凝土浇筑时，导管埋入混凝土内的深度必须控制在2～8m范围，当混凝土浇至钢筋笼底部时，应将混凝土入管速度放慢，以减小混凝土上升顶力对钢筋笼的作用，达到控制钢筋笼上浮的目的。提拔导管前必须对混凝土面高度进行测量，以免拔空导管造成质量事故。

钢管外浇筑混凝土方法因灌注桩桩径较大，为保证混凝土初灌量，可采用2台泵车同时进行浇筑。钢管内高强混凝土待基坑土方开挖后施工第一道混凝土内支撑板时，再采用高抛法或导管法进行管内混凝土浇筑。

5 质量控制

1）钢管立柱桩在加工厂加工完成，钢管制作应符合设计与规范的相关规定。钢管的全部焊缝及大部分水平焊缝应在钢管加工厂内制作完成，现场施工每层柱留设水平焊缝不超过1道。在工厂内完成的焊缝质量要求达到一级焊缝质量标准，现场水平施工焊缝验收允许按二级焊缝质量标准，钢管不符合验收标准的退回工厂校正后才能使用。

2）定位调节支架安装平整度是对双钢管安装位置与垂直度准确率保证的前提。①施工前应保证定位硬化平台的平整度，使其满足平整度要求；②在安装定位调节支架时，应使用水平靠尺检查架体是否水平，不满足要求应对架体进行调节；③在固定定位调节支架时，打入的膨胀螺栓应拧紧，可能存在膨胀螺栓无法打入现象（打到钢筋），故最好将膨胀螺栓拧紧后再与架体焊接连成整体。

3）双钢管加工对接时应保证焊接平台足够水平，否则将造成对接后的钢管不垂直。双钢管在吊放时，应缓缓将钢管立柱沉入桩孔内，吊放至设计高度时，及时焊接定位钢板，将其固定在定位调节支架上。之后根据激光测斜仪显示器监测的数据，使用定位调节支架四边的千斤顶进行垂直度及位置调节，经调节满足要求后，再将双钢管立柱焊接固定在定位调节支架上。

6 实施效果

珠海IDG中心项目为保障双钢管立柱安装的垂直度，采用了高精度安装工艺，过程垂直度按3‰控制，实际在施工中控制在2.5‰以内。该项目在基坑开挖后对11根双钢管立柱进行复测，钢管立柱实测垂直度偏差为1.5%～2.8‰，钢管位置偏差5～10mm，双钢管成型质量满足要求。

7 结语

通过永临结合的方式，使双钢管既作为内支撑柱，又作为结构柱来使用，一柱两用。相比以往传统做法，此方式节约了二次施工与拆除的施工成本与管理成本，同时也节约了重复施工的时间。该技术成功地解决了复杂地质条件下逆作法深基坑立柱桩的施工难题，同时保证了双钢管的一次成型质量效果，节省了工期，减小了结构尺寸、节约了建筑结构空间，为类似工程项目施工提供了借鉴，并积累了企业及行业经验，带来了较好的社会效益。