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学术前沿

文化中心地下交通枢纽钢管柱施工工法

发布日期:2012-05-15 19:08

文化中心地下交通枢纽钢管柱施工工法
 
要: 新的钢管柱施工工法较传统的钢管桩施工工法具有精度高、成本低、施工周期短的优点。为保证天津市文化中心地下交通枢纽的施工质量,经过对其施工流程、施工方案和关键节点控制的介绍与论证,首次在地铁车站应用该工法,取得良好的效果,为在其他类似工程中的推广应用奠定了基础。
关键词: 地下工程; 钢管柱; 施工工法
 
1 工程概况
      天津市文化中心交通枢纽工程西临友谊路,北临乐园道,包括地面公交枢纽场站、轨道交通 5 号、6号线、Z1 线车站和区间及其相邻的地下商业及停车库等,总平面面积约 11. 37 万 m2,总建筑面积约 16万 m2。其中 5 号线文化中心站及西端区间工程、6号线文化中心站,主体为地下二层三跨现浇钢筋混凝土框架结构,基坑宽度22. 7 m,深度约17. 7 m; Z1线文化中心站主体为地下三层三跨现浇钢筋混凝土框架结构,基坑宽度 25. 7 m,深度约26. 3 m,均采用盖挖逆作法施工。结构采用一桩一柱,底板以下支承桩采用φ2 200 钻孔灌注桩,设计桩长 25 ~35 m,底板以上安装φ800 ~1 000 钢管柱( σ =20 mm) ,钢管柱内灌注 C50 微膨胀混凝土,对盖挖法结构顶板起支撑作用。
 
2 施工方案
      根据钢管柱设计特点,首先在钢管柱内灌注一定高度的混凝土,再进行安装。利用钢管柱内混凝土阻隔钻孔桩泥浆进入钢管柱内,为人工到钢管柱中下部定位提供条件。同时利用混凝土和钢管自重平衡钢管柱在泥浆和钻孔桩混凝土中的浮力。钢管柱的安装采用两点定位法,一点设在地表,一点设在孔内。地表利用定位平台对钢管柱顶端进行高程和平面控制,孔内利用钢管柱内定位螺旋千斤顶对钢管柱下端一定位置进行定位,如图 1 所示。

      钻孔桩采用水下浇筑混凝土,待混凝土达到设计强度后,灌注钢管柱内剩余混凝土。
      钢管柱采用工厂制作,汽车运输到现场,采用陶瓷衬垫焊接组装。钻孔桩采用回旋钻机成孔、泥浆护壁、导管法灌注水下混凝土成桩,钢管柱采取 2 台吊车整体吊装,定位平台校直、固定。
 
3 施工流程
      施工流程为: 施工准备( 钢管柱加工、钢管柱组装、底部柱内混凝土浇注)→桩位测量放线→钻机就位及校正→旋挖钻机成孔→100 t 与 50 t 吊车配合吊放支承桩钢筋笼→吊放、安装钢管柱→定位平台安装→双导管安装→清孔→水下灌注支承桩混凝土→钢管柱垂直度校核、固定→混凝土等强( 复测钢管柱垂直度)→导管安装→灌注钢管柱混凝土→空桩位置回填河砂。
      施工工艺流程如图 2 所示。

4 施工工法及节点控制
4. 1 钢管柱内初灌混凝土
      钢管柱内初灌混凝土在地表提前灌注,为保证混凝土施工质量,选择具有一定高差的地形结合型钢制作成浇注平台,保证钢管柱倾斜角度不小于15°。
4. 2 定位平台安装与拆除
      钻孔桩钢筋笼吊装完成,并采用型钢扁担将钢筋笼悬挂在混凝土地面上后,立即安装钢管柱工作平 台。
      ( 1) 根据硬化地坪上的桩位十字控制线进行平面定位,用吊车配合安装专用工作平台。
      ( 2) 通过脚螺旋杆调节平整度,进行高程控制。采用水准仪测量定位平台上成三角关系的控制点,根据水平仪精平原理调整定位平台平整度,保证偏差小于 2 mm,如图 3 所示。

      ( 3) 平面位置和水平高度调整完毕后,平台的 8个撑脚与事先预埋在硬地坪内的预埋件焊接或膨胀螺栓固定,以增加定位平台的稳定性。
      ( 4) 调节平台的安装质量直接影响到钢立柱的吊放质量,安装后的位置和水平高度需由专人进行验收复核。
      ( 5) 定位平台必须在钻孔桩混凝土浇注完成 10h 后或混凝土试块终凝后,拆除定位平台。
4. 3 钢管柱定位安装
4. 3. 1 钢管柱标高定位5
      当定位平台水平调整好后,测量定位平台顶标高,根据测量结果在钢管柱上焊接 2 个钢板定位卡,钢管柱吊放入桩内后,定位卡悬挂在 I45 工字钢上,既保证钢管柱高程定位准确,又保证钢管柱处于垂直状态。钢立柱吊放应慢吊、轻放、直放,从调节平台下部的桩位限位孔中慢慢入孔。入孔时应特别注意尽量避免钢立柱碰撞平台。如图 4 所示。

4. 3. 2 钢管柱顶平面定位
      利用定位平台顶部螺旋千斤顶进行钢管柱顶端平面定位。钢管柱吊装入定位平台中心孔内后,通过全站仪在定位架顶部定出桩位中心点,并悬挂锤球,将加工好的定位十字架放在钢管柱上口,并通过顶升臂移动钢管柱,当悬挂锤球尖与定位十字架中心重合后,对钢管柱顶端进行固定,如图 5 所示。

4. 3. 3 钢管柱垂直度定位[6
      当钻孔桩混凝土浇筑到设计标高后,进行钢管柱垂直度定位。钢管柱顶端悬挂在定位平台上,由于自重作用,钢管柱将处于铅垂状态。但由于钻孔桩浇筑混凝土的扰动,钢管柱可能会倾斜。利用垂准仪进行检查,当出现偏移时,操作工人通过爬梯下到钢管柱底部,通过密封螺旋千斤顶进行调节,如图6 所示。

4. 4 混凝土灌注
      浇筑混凝土是保证工程质量的关键环节,开始灌注前要做好一切准备工作。本工程桩身混凝土强度等级为水下 C35,柱身混凝土为 C50 混凝土,并加入微膨胀剂。施工时使用商品混凝土,并对商品混凝土的质量进行严格的检查验收,做到质量保证书齐全、混凝土配合比及标号正确、塌落度在 160 ~220 mm。
4. 4. 1 导管选择与安装
      ( 1) 选用 2 根 φ250 mm × 3 mm 钢质丝扣连接导管,并保证有良好的同心度和密封性。
      ( 2) 导管入孔后位置居中,底口距孔底 30 ~ 50cm,以便放出隔水球胆。
4. 4. 2 料斗选取与安放
      由于桩中心为钢管柱定位架,2 根导管从两边对称下放,孔边与钢管柱距离约 0. 6 m 和 0. 7 m,且安放应固定于固定架侧面,确保灌注时不会对钢柱产生碰撞。
4. 4. 3 混凝土灌注
      ( 1) 混凝土灌注前先设置好隔水球胆和隔板,并在料斗内装入足够初灌量的混凝土。
      ( 2) 灌注混凝土过程中,导管必须保持 2 ~ 6 m的埋深,并要做到勤测深、勤拆管。严禁将导管提出混凝土面。
      ( 3) 当混凝土面接近钢管柱底部时,尽量将埋深保持在下限,放慢灌注速度,小幅度提动导管,让混凝土面缓慢上升淹没钢管柱,减小对其扰动。
      ( 4) 当钻孔桩混凝土面达到规定标高经测定确认后,停止灌注。
 
5 结语
      钢管柱施工是地下工程盖挖法施工的关键分项工程。传统的钢管柱施工工法施工成本高,精度不易保证,且施工周期长。该工程钢管柱施工工法为国内地铁车站首次采用,通过现场实际施工操作,具有精度高、成本低、施工灵活、施工周期短的优点。希能在其他工程中推广应用。
 
参考文献
[1]GB50300 -2001,建筑工程施工质量验收统一标准[S].
[2]GB50202 -2002,建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].
[3]GB50204 -2002,混凝土结构工程施工质量验收规范[S].
[4]JGJ94 -2008,建筑桩基技术规范[S].
[5]张海,陆宜川. 盖挖顺作法一柱一桩高精度定位控帛施工[J]. 建筑施工,2011( 3) .