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地铁车站基坑盖挖逆作中间立柱施工技术
发布日期:2017-09-20 18:50
地铁车站基坑盖挖逆作中间立柱施工技术
 
摘要: 针对盖挖逆作地铁车站的中间桩施工技术难题,运用理论分析并结合现场实践,提出了桩基施工、定位器安装、钢管柱吊装和固定、钢管柱内混凝土灌筑以及管外填砂等施工技术和工艺。实践表明,按研究出的工法进行施工时,钢管立柱中心线与基础中心线、立柱顶面不平整度等施工偏差均比允许差值减少很多,施工成本仅为常规工法成本的 24. 2% ,可取得巨大经济效益。
关键词: 地铁车站 盖挖逆作 中间桩 施工技术
 
1 工程概况
      安全高效地建设好地质条件和周边环境以及本身结构均较复杂的地铁车站,除了要做好地勘和设计等前期工作以外,确定合理的施工技术和施工方法也非常关键。然而,施工方法的选取与待建结构所在地段的工程地质及水文地质条件、城市规划要求、周围既有建筑物、道路交通状况、场地条件、结构埋深、结构形式、工期和土建造价等众多因素密切相关,必须综合比较后才能确定。
      武汉地铁洪山广场站位于武汉市洪山广场西侧,场地与工程条件较为复杂,在确定采用盖挖逆作法施工后,采用 HPE 液压垂直插入施工还是使用钢管混凝土柱作为施工中的中间桩进行开挖,必须进行分析比较才能确定。综合分析各种因素后,选用后者并视钢管混凝土柱作为结构本身的一部分。钢管混凝土柱须承担大部分结构荷载,其安全与稳定将会涉及工程整体安全。因此,如何确保中间桩基施工、钢管柱安装及定位和混凝土浇筑的质量,并提出一整套切实可行的合理工法和技术方案与参数是急需解决的难题。
      洪山广场站属武汉地铁 2#线与 4#线的换乘车站,车站为地下三层多柱多跨箱形结构。车站基坑主体平面呈楔形,建筑面积为10 300 m3,基坑最大开挖深度达 26. 81 m。中间立柱为Ф900 mm 的钢管混凝土柱,柱基础为Ф1 800 mm 混凝土灌注桩,见图 1。

2 中间钢管立柱桩施工方案
      因洪山广场站采用盖挖逆作法施工,对钢管柱高程、平面位置及垂直度要求非常高,故施工关键技术主要在于钢管柱的精确定位及安装。依基坑开挖施作技术1-3,经过充分比选,采用下部定位器加上部丝杠相结合的方式进行定位。实践证明,完全可以满足设计及规范要求。
      下部定位器安装时,需要严格控制其高程与平面位置以保证安装精度。柱底桩基 C30 混凝土浇筑完成并凿除杯口混凝土后,桩底压浆。待桩基检测完成后,测量放线,安装四脚锚栓并浇 C50 混凝土将其锚固。然后,微调定位器的平面位置,使定位器中心与钢管柱中心重合。
      另外,钢管柱上部采用四个改良后的丝杠对称定位。丝杠带卡一端支撑在钢管柱顶部法兰盘上,带托一端支撑在人工挖孔桩护壁混凝土上。按前面经精确调整的钢管柱的高程以及下部平面位置,分别调节上部四个丝杠,使钢管中心与桩中心垂线相重合,从而使钢管柱精确定位。
 
3 中间立柱桩施工技术与工艺
      按相关施工技术4-5盖挖逆作中间立柱桩,施作主要分为中间桩基施工、钢管柱安装及定位、钢管柱内钢筋笼吊装及混凝土浇筑等三部分。
3. 1 中间立柱桩基施工
      1) 人工挖孔
      中间柱下部基桩直径1 800 mm,为便于桩机下钻、提钻以及保证安装精度,人工挖孔部分的有效内径确定为1 900 mm,比下部基桩直径大 100 mm。护壁采用 C20 钢筋混凝土,厚度 150 mm,每节高度控制在1 200 mm 以内。护壁形式采用外齿式护壁,上下搭接50 mm,确保整个护壁从上至下的整体性良好。另外,人工挖孔桩成孔至钢管柱底高程以下 2 m。
      2) 基桩施工
      柱下桩基长度 15 ~ 35 m,孔深普遍在 40 ~ 65 m之间。按规范确定的人工挖孔桩深度不得超过 25 m的要求,25 m 以下桩基采用机械成孔。
      3) 桩底压浆及桩基检测
      由于洪山广场站地质条件变化较大,中间桩桩端持力层承载力差异较大。为控制桩间差异沉降,采用压浆( 后注浆) 对桩底范围的土体进行加固。并对所有中间桩基进行超声波检测,以确保桩身的完整性。
桩底压浆流程: 清理管头→做管头→上管头密封器→接上高压管→清水开塞→拌浆→注浆→屏浆→清洗→结束。
3. 2 钢管柱安装与定位
      1) 定位器安装前的准备工作
      桩基施工完成后,先在混凝土初凝而未终凝前使用Ф600 mm 的旋挖钻机钻孔取芯,取芯深度 3. 0 m。然后用泥浆泵抽走桩孔内的护壁泥浆,最后人工凿除杯口混凝土。杯口混凝土底面比钢管柱设计底面要低700 mm,以便安装钢筋网及二次浇筑混凝土。
      2) 定位器的安装
      定位器呈十字锥形,由定位十字锥板、方形锚固底板等构件组成,见图 2。其中十字锥板实现对钢管柱的引渡功能,并限定钢管柱的水平位移。方形锚固底板承托钢管柱,并控制钢管柱的水平位置及高程。

      定位器的安装主要包括两方面的工作。首先,将定位器中心与设计钢管柱中心对中; 其次,将定位器水平板面高程调整到设计钢管柱底高程。先从地面用 5kg 锤球将桩中心引测至已清理平整的桩基面上,进行定位器的初定位安装。再用 1 /20 万的投点仪通过全站仪直接置于地面桩心位置,将桩心直接投测于定位器中心,指挥定位器精确定位,直至安装完毕。
      3) 钢管柱定位
      钢管柱定位为本工法的关键技术,钢管柱采用上下两端同时定位法固定。钢管柱下端定位主要依赖于定位器,上端用丝杠定位。钢管柱定位施工工艺流程为: 安装四脚锚栓并浇 C50 混凝土锚固→安装定位器→吊装钢管柱→上部丝杠定位→浇筑杯口 C50 混凝土至底梁底高程。
      钢管柱实行整体吊装,最长钢管柱为 24. 31 m,质量 10. 5 t。采用两台吊车起吊,一台 25 t 汽车吊配合一台 70 t 履带吊,柱端起吊采用型钢加工成扁担与钢管柱用高强螺栓连接,钢管柱定位见图 3。

      4) 桩间回填砂石
      钢管柱定位及安装完成后,钢管柱外皮与人工挖孔内壁有 500 mm 的间隙,需进行回填处理。为保证回填的密实度,一般采用粒径 5 mm 左右细豆石均匀回填。同时,为防止回填过程细豆石对钢管柱的冲击造成管体的偏移,每次回填达到 2 m 后,即对钢管柱的上部定位丝杠进行一次校核,以保证回填完毕后钢管柱的中心与桩中心重合。
3. 3 钢管柱内钢筋笼吊装与混凝土浇筑
      钢管柱内钢筋笼直径为 640 mm,且钢管内有牛腿嵌入,钢管柱内净空最小为 660 mm,由此钢筋笼与牛腿最小距离仅为 1 cm。因此,钢筋笼加工必须严格控制钢筋笼的直径,以免出现钢筋笼管内就位困难。最长的 GZ3 钢管柱长达 24. 21 m,按传统的混凝土浇筑方式难以保证柱内 C50 混凝土的密实性。为此,采用导管浇混凝土,插入式振动棒振捣的方式施工。钢管柱施工完毕后见图 4 所示。

4 中间立柱桩施工效果分析
      采用上述工法施工后,钢管柱安装及定位均可满足施工质量与安全要求。按本文提出的工法施工,钢管柱中心线与基础中心线以及立柱顶面不平整度的施工偏差均为 ± 2 mm,远小于允许差值 ± 5 mm。另外,无论是顶面高程、立柱不垂直度、还是各柱间距离等中间桩基质量都大大提高,全部满足设计及规范要求。
      从施工单位最为关注的项目成本控制来看,采用中间立柱桩施工工法比常用的 HPE 液压垂直插入施工工法也有大幅降低,成本比较见表 1。

5 结语
      1) 对于目前正在大量修建的大型地铁车站施工,特别是采用盖挖逆作法进行施工,如果选用钢管混凝土柱作为施工中的中间桩柱进行开挖,则中间桩施工技术是关乎工程整体质量和结构安全的关键,是必须解决好的难题。
      2 ) 按研究出的中间桩基施工、钢管柱安装及定位、钢管柱内钢筋笼吊装及混凝土浇筑等施工工艺进行工程建设,能够较好解决钢管柱定位和安装等关键问题,与 HPE 液压垂直插入施工工法相比,具有工法操作性强、节省投资、施工可全面进行以及大幅节省时间等优点。
      3) 尽管盖挖逆作中间钢管柱的施工工法在工程中实施得较好,但因地铁车站工程地质条件、基坑本身结构以及施工单位技术力量等因素不同,对其他类似工程而言,还需结合具体情况作进一步讨论。
 
[1]李彪. 地铁车站盖挖逆作法钢管柱施工技术[J]. 施工技术,2008,37( 增) : 80-83.
[2]郑骐. 盖挖逆作法地铁车站的中间桩施工技术[J]. 市政技术,2009,27( 5) : 498-500.
[3]董朝文. 盖挖逆作地下结构中间桩柱施工技术[J]. 岩土工程界,2006,9( 4) : 59-63.
[4]杨开武,徐桂珍,苏艺. 富水条件下盖挖逆作地铁车站中间柱施工技术[J]. 都市快轨交通,2007,20( 1) : 64-67,71.
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