一柱一桩施工技术难点分析

白黎明，马泽阳，马 龙，马全国，唐 旭

（北京城建七建设工程有限公司，北京 100029）

0 引言

逆作法是近几年发展起来新兴的基坑支护技术。它是施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的有效方法。在国外如美、日、德、法等国家，已广泛应用，收到较好的效果。

1 工程概况

1.1 工程基本概况

宁夏上陵星华汇商业广场项目商业综合位于银川市兴庆区，东邻鼓楼南街，南邻新华东街，北邻兴隆商厦；结构形式为钢框架+中心支撑结构。工程建筑面积46261m2其中：地上为29942m2，地下为16319m2），建筑高度40m，地上8层，地下3层，基坑深度15.5m。地下为型钢混凝土和钢管混凝土组合框架结构，结构外侧支撑采用格构柱，内支撑为箱型柱，地上均为钢结构。由于工程地处商业繁华区，邻近建筑物较多，现场场地狭小，又采用逆作法施工，施工难度较大。

1.2 一柱一桩概况

“一柱一桩”即一根钻孔灌注桩内插一根钢管混凝土永久柱。单根钢立柱承载力达到2400t，设计要求钢立柱垂直度≯L/500，且必须确保X-Y平面位置。

一柱一桩总共158根，设计桩基为钻孔灌注桩，分为10种桩型，桩径为φ1000～φ1600mm；两种上部钢柱形式（格构柱、箱型柱）。一柱一桩的施工是逆作法施工的一部分，也是其最为核心的一部分。

地下室外墙四周为格构柱、中部为方钢管混凝土柱（箱型柱），钢柱埋入桩身3m。一柱一桩中的桩基混凝土为C35（P8），箱型柱的混凝土为C40自密实混凝土。

根据现场情况，先施工边桩格构柱，再施工内支撑箱型柱。边桩格构柱、内支撑箱型柱施工时均按照流水段的顺序进行。形成流水作业，节约施工时间。

2 施工难点

2.1 边桩距离护坡桩较近，钻孔困难

由于本工程距离周边建筑物较近，在前期施工过程中，根据现场探勘，经设计单位确认后，对部分护坡桩桩位进行了移动，且部分护坡桩在护筒拔出过程中出现“鼓肚”等现象，导致工程边桩施工过程中，存在部分距离护坡桩较近，在钻孔下放护筒过程中，下部出现障碍物难以施工。

2.2 现场土体松软，桩柱施工困难

现场老楼旧桩较多，前期施工过程中，由于建设单位采用“长臂挖掘机挖除旧桩+原土回填未逐层夯实”的方式进行了处理，对此深度范围内的地基土产生严重扰动，回填不密实，回填土不均匀，导致现场土质松软，在一柱一桩施工过程中，钻机钻孔垂直度要求较高且钢柱调垂架安放地基强度要求较高，现场土质松软无法满足施工要求。

2.3 钢柱安装垂直度要求高，吊装困难

本工程为逆作法施工，且地下室深度较深（-15.5m），在一柱一桩施工过程中，要求钢柱需埋入桩顶标高下3.0m，设计要求钢柱吊装垂直度控制在≤L/500以内，而钻孔灌注桩垂直度控制国家标准为1/100以内，因此钢柱垂直度控制成了整个工程的难点工艺。在吊装过程中，需防止钢柱晃动碰到钢筋笼，造成钢柱无法下放，钢筋笼移位、倾斜以及注浆管损坏，施工困难。

2.4 两种不同强度等级混凝土灌注

本工程一柱一桩内，桩基混凝土强度等级为C35（P8），钢柱内混凝土强度等级为C40，在施工过程中，需连续浇筑，同时地下钢柱外侧需回填碎石，防止混凝土高出桩顶标高较多，操作困难。

3 解决方案及施工方法

3.1 地下障碍物人工破除

本工程采用旋挖钻机，在钻孔下放护筒过程中，如遇到障碍物无法施工时，北京城建七建设工程有限公司对护筒进行改进，采用人工对障碍物进行破除，具体操作如下。

图1为处理地下障碍简易护筒装置包括护筒1、护筒预留开口2、吊环3、爬梯4。在钻孔下放护筒过程中，如遇到障碍物无法施工时，将护筒预留开口位置2对准障碍物，确保开口卡在障碍物上，待护筒固定后，操作人员沿焊好的爬梯4下入护筒，对护筒预留开口处障碍物进行破除，破除完毕（确认可继续下放护筒）后，待人员返回地面后，可继续下放护筒，进行后续施工。以达到最快速度对障碍物的清理，加快施工进度。

图1 一种用于旋挖钻孔灌注桩施工的护筒

3.2 钻机、调垂架操作平台地基硬化

由于本工程为旧楼拆除翻建工程，地下部分存在大量旧楼桩基及化粪池等不明障碍物，一柱一桩施工前，需将旧楼桩基及化粪池进行挖除。

为保证一柱一桩施工顺利进行，对现场松软土体采用砂石料回填，并对调垂架操作平台及钻机操作平台地基进行硬化[1]。具体操作流程如图2所示。

图2 调垂架操作平台及钻机操作平台地基硬化流程

（1）在一柱一桩施工前，由于现场土质松软无法达到施工要求，采用砂石料回填，并用压路机压实整平。

（2）利用全站仪对现场桩位进行放点，并用钢筋做临时标记，保护钢筋不被破坏。

（3）根据桩位点进行模板支设，根据桩径预留桩位孔，边桩施工位于冠梁顶标高处（-0.9m），此部分垫层为临时垫层，在边柱完成后进行破除；边桩调垂架操作平台为4m×4m×0.2mm，钻机操作平台为5m×8m×0.2m。中间桩施工前，进行地下室一层开挖至（-3.0m），对场地全部进行硬化，并按要求支设模板。

（4）边桩调垂架操作平台内配钢筋网片，钢筋采用HRB400E12@150mm×150mm，钻机操作平台不需配置钢筋；中间桩操作平台垫层下铺钢筋网片，钢筋采用HRB400E12@200mm×200mm，单层双向进行满铺，此部分垫层也用于后期正负零顶板施工时支模使用，降低施工成本。

（5）对现场施工垫层全部采用浇筑200mm厚C30混凝土，振捣、抹平，并及时进行养护。

3.3 机械+自重调垂法（调垂架）

针对钢柱安装垂直度要求较高，本工程采用“机械调垂+调垂架+自重悬垂原理”对钢柱进行调垂，以达到垂直度L/500的精度要求[2]。具体工艺如下。

3.3.1 安装调垂架

“一柱一桩”施工过程中，原有调垂导向架底座塞钢板等措施往往存在误差，操作频繁，费时费力，满足不了施工精度要求，影响施工质量。因此项目对钢立柱调垂导向架进行改进，在原有基础上增加架体调平功能，即调垂架底座增加丝杠，通过拧动丝杠，能快速使架体水平。

调垂架上标出中心十字线，利用汽车吊配合安装，调垂架利用经纬仪双向控制，确保调垂架中心线与桩位中心线重合，用水平尺检查四周的水平度。调整好位置后，在调垂架柱脚位置上钻孔，安装φ20钢膨胀螺栓将调垂架牢牢固定在混凝土施工垫层上，并需经监理复核合格后，方可进行下道工序施工。

3.3.2 吊装钢柱

箱型柱预焊吊环，格构柱从孔内（对角）使用U型环连接钢丝绳起吊，4点起吊，采用70t履带吊及25t汽车吊辅助进行转运、吊装工作。

将钢柱调整好方向后下入孔内（格构柱无方向，箱型柱顶部连接板南北方向布置），采用调垂架上的中心十字线对中下放，钢柱埋入桩内3m（钢柱上部预画控制线）。下放过程中，应缓慢匀速下放，防止钢柱晃动碰到钢筋笼，造成钢筋笼移位、倾斜以及注浆管损坏等情况。当立柱下放到位之后，采用手动葫芦和调垂架螺栓固定钢柱，防止因自重而下沉。

3.3.3 钢立柱调垂

本工程采用的调垂基本原理：机械调垂+导向架+自重悬垂。

本工程中采用一台70t履带吊作为主吊，辅以一台25t的汽车吊作为副吊，将钢筋笼与钢立柱（格构柱、箱型柱）依次分别下入孔内，钢立柱的下部不与钢筋笼焊接，钢筋笼与钢立柱（格构柱、箱型柱）各有自己的悬吊装置，就使得钢立柱（格构柱、箱型柱）一直处于自由悬垂状态，在地面上有调垂架与之相连，通过安放在调垂架上的两组螺杆调节，保证钢立柱的垂直度。

利用钢柱上的中心线使用经纬仪或红外线垂准仪双向控制，采用调垂架螺栓进行调垂，确保钢柱轴线偏差控制在±10mm，竖向偏差控制在L/500。调垂完成后，采用手动葫芦和调垂架螺栓固定钢柱，防止因自重而下沉。

3.4 两种不同等级混凝土灌注方法

本工程钢柱混凝土浇灌全部采用天泵。

本工程的钢立柱施工中，格构柱的混凝土浇灌采用的是单一的混凝土强度等级，因此格构柱混凝土浇灌可采用常规方法进行施工。但应注意灌注混凝土后拔除导管速度要慢且轻，不得撞击格构柱，并随时纠正垂直度[3]。保证桩顶混凝土高出桩顶标高600mm，在施工地下室底板时将虚桩顶混凝土凿除。

箱型柱内需灌满高低两种强度等级的混凝土，为了保证混凝土浇灌质量，确保进入箱型柱内混凝土达到设计要求，采取一次性不分层水下混凝土灌注工艺。主要施工方法如下。

（1）从箱型柱内插入灌注混凝土导管，采用率砂器+正循环原理进行二次清孔，确保沉渣厚度≤100mm。然后按常规进行水下C35（P8）混凝土灌注，在施工过程中，由专人负责混凝土面上升测试控制。当该部分混凝土达到设计指定的两种混凝土交接面（柱底、桩顶标高）时，调整控制好导管在混凝土内的插入深度，然后进行水下C40混凝土灌注。

（2）在箱型柱内灌注C40混凝土达到设计指定的桩顶标高以上3m，此时开始回填碎石，并继续灌混凝土并同时测量混凝土上升面；为控制钢管内外压差，应控制回填碎石速度，以使其与灌混凝土速度相匹配，当钢柱口充分泛混凝土后，灌混凝土结束。

（3）对箱型柱外侧的环状间隙内分次回填碎石，要求四周均匀投料，同时计量其方量，回填的方量须接近计算方量。

（4）回填时柱顶加盖，泛浆口处加设滤网，防止石子落入柱内。回填时确保对称、均匀回填。

（5）避免导管和下料斗碰撞箱型柱而导致柱的倾斜。

（6）为了钢立柱稳定不移位，应待混凝土凝固后，方可松动钢立柱调垂架上的校正固定螺栓，拆除移走调垂架。

4 实施效果

通过一种用于旋挖钻孔灌注桩施工的护筒，有效的解决了一柱一桩钻孔下放护筒过程中，如遇到障碍物无法继续施工时，能及时安全的通过预留开口进行破除解决，以便后续施工，保证了施工进度。同时此装置无须过多投入，即可解决此类问题，节约了施工成本。

对现场进行砂石料回填、钻机及调垂架操作平台的地基处理取得了良好的使用效果，满足了钻机、调垂架的工作需求。在一柱一桩施工过程中，没有出现土质松软导致钻机下陷重新定位的情况；钢柱调垂过程中，未出现调垂架承重过大导致倾斜的情况。地基的硬化处理保证了施工的顺利进行，加快了施工进度。

通过对调垂架进行改进，能最大限度缩短一柱一桩调垂时间，且操作简单，施工精度高，满足了一柱一桩施工的高精度要求，保证施工质量。同时采用“机械调垂+导向架+自重悬垂”调垂原理，保证了钢柱竖向垂直度L/500的要求，在钢立柱下放到指定标高处，通过拧紧调垂架螺栓以及使用经纬仪或红外线垂准仪双向控制，能达到快速的对钢柱进行调垂。同时钢柱的垂直度满足设计及规范要求，确保了施工质量，圆满完成了施工任务。

5 结语

随着我国国民经济的快速增长，旧楼改造等工程越来越多，这种建筑周围原有建筑物较多，采用常规大开挖施工地下室，对周围建筑物影响较大，危险系数较高。逆作法施工受力良好，围护结构变形量小，对邻近建筑物影响较小，同时逆作法施工可使建筑物上部结构的施工与地下基础结构施工平行立体作业，可节省大量工期。在以后的工程中，逆作法将得到广泛的应用。

本文结合宁夏上陵星华汇商业广场工程的实际施工情况，对逆作法一柱一桩施工技术进行了研究，并对施工中出现的难点问题进行了分析与阐述，提出了针对性的解决措施，取得了良好的实施效果，保证了施工质量与进度的同时，也对以后类似工程的施工提供借鉴。