摘要：随着城市化建设的快速发展，我国深基坑工程项目建设规模逐渐扩大，对地下空间的开发和利用也加大了重视。深基坑工程项目实践经验不断积累使得深基坑工程项目的设计原理和施工技术日益成熟。本文结合工程实例，运用比较研究、案例分析研究方法，从基坑安全稳定控制、施工方案经济效益、施工组织管理等角度出发，对逆作法人工挖孔桩及钢管柱施工工艺在工程实践中的应用进行研究。
关键词：深基坑工程；逆作法；人工挖孔桩；钢管柱；施工技术
1工程概况
粤电信息交流管理中心工程位于天河区天河东路2～6号，即于天河东路与黄埔大道的交汇处，建筑物的东侧为德埔住宅小区，南侧为粤电广场大厦，西侧是天河东路，北侧是天晖阁住宅小区，地下室外墙（即地下连续墙）与东面和北面的住宅楼均只有10m之隔，与粤电广场地下停车场外墙相距仅3.6～4.5m。总建筑面积为56069m2，其中地上建筑面积为34571m2，地下建筑面积为21551m2，建筑基底面积为1922m2。建筑总高度为160m，建筑层数为：地下5层，地上32层。人工挖孔桩共计68根，φ1400mm有37根、φ1800mm有20根、φ2000mm有5根、φ3500mm有4根、φ4000mm有2根。
2地质概况
（1）地貌：场地已平整，地形平坦，地貌单一，为冲积平原地貌单元。场地现作为停车场使用，场地标高7.54～8.50之间。
（2）地层岩性：按其时代与成因从上而下有：第四系人工填土层、冲积层淤泥质土、残积层粉质粘土，下伏基岩为白垩系下统大朗山组黄花岗段粉砂岩、砾岩。
（3）地下水情况：主要为空隙潜水及基岩裂隙水。场地内没有强透水的砂层。地下水埋深介于0.5～1.55m之间。
2人工挖孔桩施工技术
2.1放线定桩位及高程
在场地土方平整后，依据建筑物测量控制网的资料和基础平面布置图，采用直角坐标法或极坐标法在地面设十字控制网、基准点定出挖孔桩的控制轴线，测定桩位轴线方格控制网和高程基准点。确定好桩位中心，以中点为圆心，以桩身半径加护壁厚度为半径画出上部（即第一步）的圆周。撒石灰线作为桩孔开挖尺寸线。孔位线定好之后，必须经监理等有关部门进行复查，办好预检手续后开挖。在做出第一节护壁后，及时将十字线、平水标高引至护壁上。
2.2开挖第一节桩孔土方
开挖桩孔应从上到下逐层进行，以每一节作为一个施工循环，先挖中间部分的土方，然后扩及周边，有效地控制开挖孔的截面尺寸。每节的高度应根据土质好坏、操作条件而定，一般以1.0m内。
利用线锤将桩中心线吊桩孔内，用钢卷尺复核土面尺寸，满足要求后，再进行下工序工程施工，每浇灌完三节护壁，校核桩中心位置及垂直度一次。
2.3支护壁模板及附加钢筋
本工程桩径为1400mm～4000mm，为防止桩孔壁坍方，确保安全施工，成孔应设置井圈，应选用刚度好的钢模板，各块模板之间采用粗铁线或U形卡连接，中间加设支撑，模板组装后，再对其尺寸进行复核，合格后，才进行护壁砼施工，护壁模板采用拆上节、支下节重复周转使用。遇淤泥或渗水比较大的部位，采用降低护壁模板高度为500mm的方法施工。
第一节护壁以高出地坪300mm，壁厚按设计要求增厚150，便于挡土、挡水。桩位轴线和高程均应标定在第一节护壁上口，第二节护壁开始按设计要求壁厚施工（对于大直径为3500mm、4000mm的桩护壁厚度取300mm，并增设每节入土（岩）水平加固筋），上下护壁间的搭接长度≥50mm。
2.4浇筑第一节护壁混凝土
桩孔护壁混凝土每挖完一节以后立即浇筑混凝土，人工浇筑，人工捣实。
护壁砼应严格按配合比下料搅拌，混凝土强度为C35，坍落度控制在80～100mm，确保孔壁的稳定性，砼浇筑时应分层沿四周入模，用钢钎捣实，为了便于施工，可在模板顶设置角钢和钢板制成的临时工作平台，供砼浇筑使用。护壁砼施工前，一定要抽井底积水严禁在水浸住模板的情况浇砼。
2.5开挖吊运第二节桩孔土方
从第二节开始，利用提升设备运土。吊桶离开孔口时，推动活动安全盖板，掩蔽孔口，防止卸土的土块、石块等杂物坠落孔内伤人。吊桶在小推车内卸土后，再打开活动盖板，下放吊桶装土。水平运输采用人手推斗车，运至集土坑堆放，再用挖掘机在集土坑边装入运土汽车内外运。
2.6第二节模板及护壁及循环施工
先拆除第一节支第二节护壁模板，放钢筋，护壁模板采用拆上节支下节依次周转使用。模板上口留出高度为100mm的混凝土浇筑口，接口处应捣固密实。
浇筑第二节护壁混凝土时，混凝土用串桶灌注，人工浇筑，人工插捣密实。混凝土可由试验确定掺入早强剂，以加速混凝土的硬化。
逐层往下循环作业，孔内土方开挖分段进行，每节挖深为0.5～1.0m。先中间后周围，扩底部分先挖桩身圆柱体再挖底尺寸，从上至下修成，松散土层用铲、镐开挖，进入强风化层后用风镐打凿，每节均应检查中心点及几何尺寸，合格后才能进行下道工序。
2.7桩芯砼捣筑
本工程桩芯砼强度为C35，采用商品砼泵送，利用砼泵机泵送至桩内。桩身混凝土应连续浇筑，采用插入式振捣器随浇筑随振实或分层振实，分层高度约1000～1500mm，混凝土塌落度要求一般为100～120mm；若遇意外情况而出现间歇时，则应在已浇筑的混凝土初凝前加插A 16短筋（间距200×200，插入300伸出300），续浇新混凝土前，应清除已浇筑部分表面浮浆杂物及积水。
3钢管柱施工技术
本工程地下室施工采用逆作法，地下室结构为五层，地上结构为三十二层，地下室有钢管混凝土柱47条、方型钢骨混凝土柱10条，约束构件有18条；首层至三层有钢管混凝土柱6条、型钢骨混凝土柱18条，约束构件有6条；三层至十层有型钢骨混凝土柱26条。本工程设计基准期为50年，结构的设计使用年限为50年，建筑结构的安全等级为二级。
3.1钢管柱制作
钢管柱制作工艺流程：
钢管制作→旋转胎架上、钢管划线及割正→剪力环、内衬管等构件装配→报验→剪力环、内衬管等构件施焊→焊后打磨修补→完工报验→打磨、刷漆、标记。
（1）螺旋钢管的制作：
螺旋钢管卷管因斜接可与母材同等强度计算，又可在自动制管机上连接作业完成，制作效率高，焊缝饱满美观，质量保证，成品精度高。
（2）螺旋钢管的制作工艺流程如下：
投材进料→五星轮调直→刨边机开坡口→三星辊轨→钢管螺旋成型→埋弧自动内焊→焊缝探伤→焊缝修补→修补焊缝探伤→定型切割→管口校圆。
3.2钢结构安装
3.2.1钢管柱及型钢定位器安装
本工程地下室钢管混凝土柱及方型钢骨柱就位预埋锚栓共47套，核心筒剪力墙约束构件就位预埋锚栓共6套。
将柱中线及标高引到桩护壁（定位器安装处上100mm左右），在护壁上打膨胀螺栓安装连接板，安装定位器支托横梁，注意横梁的水平度及位置，然后把定位器放置上横梁之上，调整好水平及柱中心点，用电焊把定位器点焊牢固，以防在浇灌混凝土时偏位。垫层上的锚栓控制轴线通过线锤引到6mm厚钢板上，钢板是用来定位锚栓的，将标高控制线引测到筏板面层钢筋上。
3.2.2钢管柱及型钢骨柱吊装
（1）约束管件吊装
核心筒部分的约束构件由于从-26.25至-4.8m，高度超过20m，如一次性成型将重达56吨，在加工、运输及吊装上难以实现一次成型，将从-15.75m位置分成两段进行吊装，每段长度约11m，重量约为28吨。核心筒部分的约束构件对应的人工挖孔桩的桩径为3.5m及4.0m，故分段安装时将在桩孔井内进行对接焊接。
桩内钢管柱固定示意图
（2）-4.8m以下钢柱吊装
a、汽车吊尽量往桩孔边靠，停好并垫好汽车吊，用卡环把钢丝绳锁在钢柱上端吊装耳板孔上，用汽车吊慢慢将钢柱吊起，等到钢柱吊垂直后吊臂方可摆动，吊件对准安装位置的桩井口，慢慢往井下放，注意严禁施工人员先下井，钢柱在下放的过程中需要专人扶正，以防碰到井壁产生摆动，待钢柱将近定位器时，安装人员可视情况下井扶正钢柱插入定位器内，钢柱完全插到位后，在井口上用角钢把钢柱上端与井壁连接好，连接时要调正钢柱垂直度。
b、地下室部分钢柱在井下分段时，现场水平对接口在井中时，需要在对接处搭设操作平台，能站在平台上焊接，人员下井操作时，必须做好抽风通氧措施，以防止工人在施工时因缺氧发生安全事故。
c、钢管混凝土柱及方型钢骨柱的钢牛腿，因钢牛腿长度较长，桩井直径小，不能跟钢柱一起成型进行吊装焊，故牛腿将分两节制作，一节焊在钢柱上，大约突出200mm，另一节地下室开挖后施工楼板时再进行焊接施工。
（3）-4.8m以上钢柱吊装
-4.8m以上分段钢管柱的吊装均利用塔吊或门式架进行吊装。
用塔吊将钢柱吊起，慢慢将下口套插入下端钢柱上口内衬管，上、下两段钢柱的轴线对齐，同时对正牛腿方向，然后用连接板及螺栓连接上下钢柱的安装耳板，将钢柱临时固定。解开钢丝绳，用铁尖、铁码将接口处的柱壁对齐，然后用千斤顶来调正钢柱的垂直度及标高，垂直度用两台经纬仪90°方位测量，标高用卷尺测量上下两段标高检验线间的距离。所有尺寸符合规定一，两个焊工沿周边均分8点点焊，将钢柱固定。报验合格后，方能施焊，如下图：
3.3钢管混凝土浇筑
1、钢管混凝土浇筑使用高位抛落结合振捣法灌注。
2、主要施工工艺：
（1）鉴于钢管内混凝土强度高，为避免施工冷缝出现，混凝土灌注必须连续进行。施工前认真做好各项准备工作，技术交底、机具检查，并要求混凝土供应商确保混凝土的连续供应。
（2）每根钢管柱浇灌混凝土之前，应先在其底部浇灌10~20cm的与核心混凝土强度等级相同的水泥砂浆，以免初灌混凝土落下时粗骨料产生弹跳现象。砂浆可根据预先确定并获得有关单位认可的配合比。
（3）混凝土灌注时，在地面将一个带阀门的进料软管的一端直接与泵车的输送管相连，另一端送入钢管柱底，用泵车将混凝土连续不断地自下而上灌入钢管柱内。
（4）柱内混凝土浇灌必须连续进行，必须间歇时，间歇时间不应超过混凝土初凝时间；
（5）从地面插入高频振捣棒且必须始终控制棒体在混凝土面以下1m内振捣。
3.4施工难点
本工程的施工重点为地下室逆作法中钢管柱及型钢约束柱的吊装作业。由于工程场地狭窄，基坑四周只有西边的天河东路可以进行交通运输作业，且基坑先行开挖到-6.3m位置，故本工程的难点在于钢管柱的吊装，加之施工现场作业面承受力差，汽车吊装停位比较困难，挖孔桩之间相对较近，这些均对汽车吊的起重存在影响，对此必须加强起吊现场的管理，根据现场的实际，人工挖孔桩施工时视需要对护壁进行加厚，在汽车吊装范围内铺设钢板以满足吊装车辆作业要求。
结语
综上所述，深基坑逆作法对目前的使用情况与未来发展趋势尤为重要。现阶段，国内建筑施工使用最广泛、最新型的深基坑逆作法施工工艺是整合常规逆作法与地基连续墙的双墙体合一技术。为保护周边环境，提高施工效率，降低施工成本，粤电信息交流管理中心工程运用了深基坑工程逆作法人工挖孔桩及钢管柱施工技术，通过该工程的探索与实践，充分发挥该技术的优势，确保建筑工程地下结构的稳固性。
论文作者:张熙泉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
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