富水地层中钢管柱施工

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摘要：钢管柱在不少盖挖逆做结构中采用。它的采用可以用永久柱代替临时柱，不但减少临时柱的施工和破除，减少浪费；而且减少临时柱的节点处理，有利于结构受力和地下结构的防水。但是，钢管柱施工工艺复杂，安全质量管理要求高。文中不但介绍了整个钢管柱的施工工艺，而且对富水地层中钢管柱施工工艺做了探索和改进，供相关工程参考。

关键词：钢管柱、富水地层、水下定位、钢套筒

中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：

工程概况

北京地铁六里桥站位于北京市丰台区，为三层换乘车站。其综合换乘厅平面形状为圆盘形，直径为80m，九号线部分为地下二层结构，十号线通过段地下三层。本换乘大厅由于其结构特殊性，设计上采用15米外环结构成环自支撑体系，外环顶板外侧支撑在冠梁上，内侧支撑设置在钢管柱上。钢管柱直径为800mm，钢管柱柱下桩基直径1500mm，有效桩长10m，共计30根。如下图所示，30根钢管柱中18根位于九号线部分，柱长在17米左右，柱基距地面21米，位于地下水位以上。有12根位于十号线部分，柱长23米左右，柱基距地面27米，位于地下水位以下。六里桥站基坑最深处地下水为潜水，埋深约24米，该层水补给来源主要为大气降水和侧向径流补给，以侧向径流方式排泄为主。含水层岩性为卵石层，土壤渗透系数达220m/d。由于地层渗透系数大，极难形成有效降水。

施工难点分析

钢管柱的施工定位是逆做法的关键技术。目前普遍采用安装定位器的方法为柱脚定位。本工程不但涉及利用定位器为钢管柱定位的问题，而且由于钢管柱柱基位于地下水位以下，且降水困难，如何为定位器安装提供一个保证定位器安全人员施工操作的地下无水环境成为施工成败的关键。

施工方案的及参数的确定

为保证定位器安装的安全，首先应在地下营造一个稳定无水的环境，在地下水位以上，我们采用人工挖孔桩，挖孔桩的孔径考虑基础桩桩径为1500mm，并按照5‰的垂直度考虑施工偏差，最终确定挖孔直径为1800mm。对于那18根定位器位于地下水位以上的钢管柱，在人工挖孔达到安装定位器所需的高度后，就可以停止挖孔，改用旋挖钻施工柱下1500mm桩基础了。

对于12根定位器位于地下水位以下的钢管柱，在挖孔到达地下水位线以后，由于地下水的影响，挖孔已经难以进行。那如何为定位器安装创造无水环境呢？我们采用了钢护筒。具体方案如下：在开挖至地下水位线后，停止人工挖孔，采用Φ1500mm钻头的旋挖钻挖孔至桩基基底。然后随同桩基钢筋笼下放Φ1450mm的钢护筒（比钻孔直径略小）。为保证钢护筒的防水性能，护筒必须有较大的刚度以抵御内部水抽空后外部的水土压力。本工程采用的护筒壁厚为10mm，护筒上端超出地下水位500mm，下端嵌入浇筑桩1000mm，为保证吊放标高误差的影响，适当加长500mm为宜。这样，在桩混凝土灌注后，利用桩混凝土的封底，防止水从孔底返入，抽净护筒内灌注积水后，可为定位器安装提供无水环境。

施工方案的实施

钢管柱的施工工序一般为：

（1）人工挖孔成孔至柱下桩基部分；对有水孔，开挖至水位线。

（2）旋挖钻成孔柱下桩基，并浇筑混凝土；对于有水孔应同步施工钢护筒。

（3）钢管柱定位器定位施工；

（4）钢管柱精确定位后的混凝土浇筑；

（5）钢管柱外圈细砂回填。

4.1人工挖孔

人工挖孔最重要的是安全控制，在人工挖孔时，应做到“六统一”：统一使用较先进的电动标准提升设备，孔口作业人员统一系挂安全带，孔内作业人员统一佩戴安全绳，孔内作业统一设置孔内护板，为挖孔人员提供掉物防护，钢筋绑扎完毕后统一使用商品混凝土浇注，作业完毕后孔口统一防护和覆盖。通过这一系列措施，保证挖孔桩施工的安全和质量。

在注意挖孔安全管理的同时，挖孔的中心偏差是控制的重点，每层挖孔立模灌注混凝土前，一定要吊垂球确定挖孔的中心偏差，保证整个孔的垂直度和护壁的圆度，为后续施工打下好的基础。

4.2桩基及防水护筒施工

钢管柱柱下桩基采用旋挖钻湿成孔。钢筋笼与钢护筒套接，同时吊装；吊筋长度应提前根据标高抄测结构进行计算，计算得出吊筋长度后再行加工吊筋，保证笼顶标高符合规范要求，并使其下部悬空； 借重力使钢筋笼和护筒悬垂。

混凝土灌注采用导管法。灌注过程中及时测量孔内混凝土面高度。为保证桩头混凝土质量，超灌高度为800~1000mm。柱下桩基顶距离地面达27米，测量灌桩时混凝土浇筑面采用测绳测量。测绳前端为一个用钢筋组焊成的测锤。如何通过测绳感觉到混凝土灌注面呢？用这种测绳测量混凝土面有一个小技巧。因为灌注混凝土时孔内的混凝土、浮渣、泥浆按照比重在孔内分层。有时清孔不彻底，浮渣过厚会对测锤形成较大浮力，使测量人感觉测锤变轻，误以为到达混凝土面。为保证不发生这样的误测，首先应确定合理的测锤重量，使测量者既能感到测锤变轻，又不至于浮渣的粘滞力托住测锤。其次，在测量时应将测锤前端用黏泥做一个泥团包住测锤前端，如果感觉测锤变轻，拉上测绳后，泥团上粘有混凝土渣则可确认测锤确实达到了混凝土面。

桩基混凝土浇筑完成后，及时安排用泥浆泵抽出泥浆，人工清理表面沉淀泥浆及清理桩头，按照设计要求，向下清理至安装定位器高度。为减少混凝土上强度后的破除量，应在灌注完成后及时将接茬面200mm以上的混凝土在未上强度前提前吊出。待混凝土强度达到2.5MPa以后，再将剩余的200mm用风镐破除掉。

4.3、钢管柱与基础桩连接步骤如下

（1）凿除超灌混凝土；

（2）在L1范围内安装定位器，并浇筑混凝土固定；

（3）安装钢管柱并固定牢固，浇筑L2范围内混凝土；

（4）开始浇筑钢管柱内混凝土，采用导管法进行浇筑；

（5）浇筑完成后，及时采用细砂回填钢管柱和孔壁之间的空隙，在回填时要边回填边浇水，保证回填密实。

钢管柱与桩基连接节点图

（1）自动定位器的设计

自动定位器是用钢板焊接而成的“ 十”字形锥体, 由型钢组焊而成。加工时要求与钢管柱底端配对,以便钢管柱吊装时直接嵌套就位。锥底宽度比钢管内径小5mm。主要包括锥形引渡板、定位十字板等构件，其中锥形引渡板实现对钢管柱的引渡功能，并控制钢管柱的垂直度、限定钢管柱的水平位移；定位十字板承托钢管柱，并控制钢管柱的水平位置及标高。

定位器部件图

（2）自动定位器定位

根据孔外护壁上的十字护桩线，采用钢丝线锤吊线的方式，在孔底定位出钢管柱中心线，并采用吊大钢尺的方法在桩基钢筋笼上定位出定位器底板的标高，根据中心线及标高，在钢筋笼上焊接2根10×10cm×1cm的角钢，角钢顶面须水平，以角钢上表面作为定位器安装平台。利用车站控制网中的导线点,经过全站仪和配套使用的激光锤准仪确定钢管柱的中心,应使平面误差小于±1 mm ，标高误差为0，-30mm。定位器放到角钢上面，精确定位，并焊接固定牢固。

定位器的精确定位

定位器精确定位后，即可对定位器下混凝土进行浇筑，使定位器固定牢固。浇筑混凝土时，应注意不对定位器造成扰动，混凝土浇筑完成后应立即对定位器进行再次复测精确定位，确保钢管柱定位器安装位置的准确。

（3）钢管柱固定

钢管柱由加工厂根据设计图纸进行加工。采用两台吊车相互配合吊放，使下端套入定位器。由于钢管柱下端平面位置、标高、垂直度已由定位器确定，钢管柱上端空间位置校定后，即可认为钢管柱顶与管底在垂直方向投影重合，钢管位置已精确定位。顶端采用型钢作井字固定，在型钢上焊微调器。精确校正钢管柱顶纵轴线位置，垂直度后，用工字钢将钢管柱顶与预埋件焊接牢固。在固定完毕后灌注杯口混凝土，稳定钢管柱。在杯口混凝土达到设计强度的75%后，用导管法填充柱心混凝土，完成钢管柱的施工。施工完毕后，用水沉细沙将钢管柱与挖孔孔壁间空隙填充密实，以保证后期开挖过程中钢管柱不受扰动而移位。

结束语;通过使用钢护筒止水，我们成功的解决了当地下水位无法整体降低时，安装钢管柱定位器的问题，也积累了钢管柱施工的经验，供同类工程参考。

作者简介：刘久安，男，生于1978年12月，2002年毕业于石家庄铁道学院，工程师，现就职于中铁一局集团有限公司