混凝土灌注桩内插钢管逆作法施工兼作支护体系的应用

付学俊

广东省地质灾害应急抢险技术中心 广东 广州 510062

城市地下项目进行时，需要充分考虑工程进行对周围环境造成的影响，为避免施工造成较为严重的环境影响或影响施工区域附近居民的正常生活，在施工进行过程中，需要采用对环境影响较小的施工类型，当前顶管法属于较为常用的施工技术。然而目前，使用顶管法的情况下由于挖掘的深度不断加深，施工本身对环境的影响因此不断扩大，施工空间稳定性较差能够造成较为严重的不良影响，因此需要采用更为有效的支护措施实现施工空间的稳定，本文就内插钢管的逆作法技术进行了论述，该种方法与沉井等其他类型的方法相比，具备更为有效的优势以及施工效果。

1 案例情况

本文所述的案例为横沥岛施工项目，基本情况为：横沥岛 DH0502地块位于南沙横沥岛，大元路以北、星灿路以西地块，总用地面积66277m2；其中可建设用地面积 61170m2，城市道路用地面积2513m2，公共绿地用地面积2594m2。本项目为房屋建筑住宅开发项目，拟建塔楼暂定 20栋，建筑物层数约35层，地下1-2层；幼儿园1栋，建筑物层数3层，无地下室，本项目建筑物高度约100m，预估柱下最大荷载34000kN，暂定±0.000相当于绝对标高9.30m，拟采用的框架剪力墙基础形式为预应力管桩或钻（冲）孔灌注桩，建筑物整体倾斜应小于3mm。

2 项目支护技术方案对比

2.1 基本技术方案对比确定

本案例当中，能够用于构建支护系统的技术类型主要包括：

沉井技术。即在重力作用下，达到设计标高，其后浇筑底板、顶板以及其他内部结构的一种技术方法。根据施工环境的差别，该种技术可以采用排水挖土或不排水挖土的形式进行，其中不排水的形式主要用于砂质或粉砂质的土质环境。使用该种技术，沉井即能够用于支护，同样能够作为建筑结构的主体使用，该技术使用的最大限制在于对周围土壤影响较为显著。

SWM工法。该种技术使用时，需要使用搅拌设备就地取土，与混凝土混合后搅拌成为土墙，其在H钢塑形后，能够形成复合的围挡结构。该种技术构建的围挡，在强度方面优势较为显著，并具备较好的防渗效果。同时结构的H钢部分由于能够反复使用，因此成本较低。然而，使用该种技术的情况下，在H钢回收环节，操作偏差均可能对周围造成严重的影响，另外该种技术的施工空间要求较高。

灌注桩。正常情况下灌注桩属于一种能够永久使用的结构，而使用内插钢管的灌注桩技术，能够降低灌注桩的作业要求，形成能够作为临时加固构件使用的桩。其主要的优势在于施工产生的噪音较低、振动较小，因此对周围环境的影响能够控制在允许的范围内。相对以上两种技术方法，内插钢管的灌注桩技术，对周围环境的影响能够得到极为有效的控制，其主要的缺点在于相对而言施工的成本较高。

连续墙。该种技术的环境适应性较强，在任何环境要求下均能够在实现支撑功能的情况下避免对环境造成影响。同时连续墙的技术对施工环境的土质不存在任何要求，能够在任何类型的土质中使用，同样能够用于任何深度基坑的支撑。而该种技术的最大限制在于施工的成本更高，超过灌注桩的技术，因此一般主要用于永久性结构的建筑。

考虑以上方案的优势和限制，本文案例选用灌注桩的技术能够避免对周围造成影响，同时相对而言使用内插钢管技术的情况下其成本能够得到一定控制[1]。

2.2 逆作法选用原因

与明挖顺作法相比，逆作法为一种施工顺序相反的施工技术。明挖顺作法的基本施工流程为：搭建围挡，完成基坑挖掘的施工，完成支护系统的施工，完成底板、内部结构以及顶板部分的施工，完成地面部分的收尾作业。相比而言，逆作法的基本流程则为：搭建围挡，沿基坑壁进行挖掘，搭建支护系统，挖掘作业，完成底板等施工以及地面收尾作业。

比较而言，明挖顺作法虽然技术要求较低，然而使用逆作法能够对周围土壤实现更为有效的保护，对环境影响更小（施工总位移能够控制在2cm以内）。考虑本文案例施工环境，采用逆作法能够满足项目施工环境的要求，因此本文施工主要采用逆作法。

3 施工工艺

根据本文所述案例的基本施工流程，该案例确定使用灌注桩的逆作法进行施工，施工中根据设计需要，采用旋挖机完成挖掘作业。

灌注桩设计方面，根据项目的实际情况，确定采用ZBK1、ZBK2、ZBK3三种类型的桩，其桩径包括φ800mm以及φ1000mm两个标准，预计需要关注的桩总数量为324根。灌注进行时，采用的桩端主要材料为不小于0.5m的中风化花岗岩或不小于1.5m的中风化花岗岩。

3.1 测量放线

测量以及放线环节以业主提供标准引测，参照设计图以及核准后的测量资料完成。

由于该项目的场地较大且复杂性较高，因此采用多组平面控制网进行测量：（1）距现场200m出设置首级控制网，为其他各级控制网建立和复核的唯一依据，因此应当在确保主体与围挡施工参照系统一致的前提下，根据项目整体确定；（2）施工现场道路一侧设置二级控制网；（3）施工现场内部较为稳定的区域设置短期使用的三级控制网。另外需要通过高程网与控制网配合使用，完成平面以及高程的测量。

3.2 安放护筒

该项目选择护筒材料时，以坚固性和方属性考虑，选用钢板卷制的护筒，厚度为4mm到8mm之间。

护筒安防的基本流程为：（1）十字法开挖，确定安放平面倾斜情况；（2）检查护筒内部，确定突出物，并进行护筒检查，确定其具备一定的变形抗性；（3）检查护筒尺寸，确定其内径较桩内径超过100mm以上；（4）采用锤击或振动等方法埋入护筒。护筒安放时，需要用保证顶端高出地面20cm且中心偏离在1%以内。

3.3 配置泥浆

配置泥浆时，按照JTJ041-89标准进行，按照设计，该项目施工中泥浆注入以及排除阶段分贝要求：注入阶段，密度要求1.15g/cm3、粘度要求18-20s；排除阶段，密度要求、粘度要求20-26s。

泥浆配置后，以正循环方式成孔，成孔高于地面30cm以上且表面标高需高于地下水位0.8m到1m。清孔后需要于孔底50cm处按照清孔标准完成检测。

3.4 钻孔作业

钻孔时，需要按照孔径偏差±50mm、垂直偏差1%以内、淤积厚度50mm以内的标准进行，位置要求方面需要按照施工图确定。如图1所示。

图1 钻孔示意图

如上，作业过程中需要满足以下的基本技术要求：（1）按照施工设计以及施工要求，完成作业人员的技术交底和培训；（2）作业设备必须确保能够正常使用，所有作业必须进行完整记录；（3）作业实际情况与设计存在较大差别时，需要由监理人进行调整；（4）钻孔采用静态护壁工艺，钻孔时钻头倒土的孔距需要在6m以上，废土堆放距施工场地应当达到20m以上[2]。

3.5 第一次清孔作业

第一次清孔的作业时间为钻孔完成后、钢筋笼开始吊装前，其基本的施工方式如图2所示。

图2 清孔作业示意图

按照该项目的设计，第一次清孔作业中使用的钻头为平底的钻头，清孔进行时，应当按照以此达到清孔预计标准的形式进行，实际清孔作业时，如一次性操作无法达到预计的清空效果，则可以采用多次下钻的形式完成清孔目标。清孔作业完成后，由本项目的监理人对孔底的沉渣进行加测，确定沉渣厚度低于标准的50mm后，方可确定清孔完成。

3.6 制造钢筋笼

本项目使用的钢筋笼，采取自制的形式，制造钢筋笼的钢筋为HRB400钢筋。制作过程中，主筋以及箍筋的间距、钢筋笼的直径差值均需要控制在±10mm范围内，钢筋笼长度偏差则需要控制在±100mm范围内。

制作的基本流程为：（1）完成对材料的清理，按照设计要求切割材料；（2）平整场地内，使用环形模具制作钢筋笼；（3）焊接主筋以及箍筋各部分。焊接时要求：双面焊搭接长度不小于5d，单面焊不小于10d；焊缝宽度不小于19.6mm，厚度不小于0.84mm。钢筋笼堆放时，堆放层数不可高于2层[3]。

3.7 吊装钢筋笼

根据设计，该项目使用的钢筋笼长度为17到47m范围，由于长度较长因此需要采用分段吊装的形式，分段时第一段的长度为12m，其后各段的长度约为12到13m左右。分段吊装时，需要在保障各段的接口对齐的情况下，将上下两端主筋进行焊接。

这一环节施工时，选用的吊车其吊臂的最大仰角为75°，能够180°旋转，且钢筋笼吊起后其与吊臂的距离能够达到3m以上。本项目的主吊车辆为25吨，上吊高度17.9m，最大起吊重量18吨，能够满足钢筋笼（0.8到1.5吨）吊装需要。

3.8 下放钢筋笼

钢筋笼下放安装过程中，需要对准孔。缓慢旋转下放，安放完成的钢筋笼，其标高与桩顶的设计标高差距需要控制在100mm以内。每节钢筋笼下放安装后，需要使用护筒完成对其的保护，两节钢筋笼对齐焊接后需要使用螺栓完成对其的固定，各节钢筋笼全部安放完成后，检查合格需要对钢筋笼整体使用螺栓进行固定。各节钢筋笼安放后，需要撤出导管，过程中需要实时检测钢筋笼是否发生位移，及时调整。

3.9 第二次清孔

该次清孔同样采取正循环的方法，清孔时泥浆灌入后能够引起反浆，促使孔底的沉渣排出；清孔使用后的泥浆，可以通过铁丝网类型的过滤网进行过滤，以便于循环使用；执行清孔作业时，泥浆的比重应当在1.12g/cm3以下，粘度18到20s；清孔后孔底的沉渣需要控制在50mm内。

3.10 浇筑混凝土

该项目使用的混凝土为C35等级。

该项目的水下部分桩径为800mm到1000mm，长度约17m到47m，因此单桩的浇筑总量约为17m³到52m³。为避免浇筑时出现塌落，浇筑的时间需要控制在3小时左右，不超过4小时，初凝约8小时。浇筑时需要使用带有密封圈的导管，管径为250mm，能够在混凝土缓慢流动情况下快速升降。浇筑时需要对所有情况进行记录，出现泥浆外溢需要引至泥浆池，浇筑时混入空气等需要由监理人提出解决方法[4]。

浇筑时，导管埋入的深度需要达到3至5m，且钢筋笼底部填充1到2m后需要提升导管，单桩浇筑的总体积不能低于设计体积，且高出桩顶0.8到1m。浇筑完成后需要切断吊笼，提出护筒，并清除孔口附近的泥浆以及混凝土残余。由于导管并非一次性使用，因此浇筑时导管使用后需要对内部进行及时清理，避免堵塞。

3.11 钢立柱

该项目324根桩中需要使用钢立柱的共计131根，使用钢立柱进行逆作法的区域包括两层以及仅负二层的地下室，这一环节使用采用的钢管为A450*12mm（GZ1）、A550*16mm（GZ2,GZ3）三种类型，长度在5.4到9m之间。钢立柱与其下混凝土部分组合后，需要使用砂完成对空隙部分的填充，在位置确定方面，参照下图：

图3 钢立柱安装示意图

逆作法施工分为底板、负一层以及负二层三个部分。由于施工作业的空间标高不超过7.2m，因此施工时采用分段施工的方法。施工时钢管连接完成后需要采用无损探测的形式进行焊接质量的检查。

进行钢立柱安装时，需要采用钢筋笼进行固定，整体吊装完成后，其标高与设计的差值需要控制在100mm以下。与定桩施工相同，这一部分施工中同样需要采用正反旋转的形式缓慢下放，并在安放完成提起护筒时实时监测钢立柱的位移情况，进行必要的调整。钢立柱吊装过程中，需要于顶部安装双耳环用于进行垂直位置的调整，且安放后需要确定底部的螺栓未受到任何损伤[5]。

4 结语

部分地下施工项目当中，如本文所述案例，由于周围环境的影响，因此不仅施工范围相对有限，同时如施工过程中对周围土壤造成过于严重的影响，则可能引发其他风险，因此在此种类型的工程当中，需要采用对周围土壤等环境影响较小的技术类型。本文所述的内插钢管的灌注桩技术，即属于对施工环境影响较小的技术类型，采用逆作法完成灌注桩的作业，能够更进一步降低施工的外部影响。当前城市环境的施工项目，施工环境类似本文所述案例的工程较多，采用本文所述的技术方法，能够在控制总体施工成本的前提下，以不影响环境为基础达成施工目的。