天津站轨道换乘中心中间支撑桩柱施工
2008-03-26 19:05
天津站交通枢纽轨道换乘中心工程中间支撑桩柱施工工艺
钢管混凝土是发展前景广阔的一种结构形式，它能适应现代工程结构向大跨、高耸、重载和承受恶劣条件的需要，符合现代技术的工业化要求，正被越来越广泛地应用于工业厂房、高层和超高层建筑、桥梁和地下工程等结构中，取得了良好的经济效益和建筑效果，已成为结构工程科学的重要发展方向。
随着我国经济和建设事业的迅猛发展，近几年来钢管混凝土的应用日益增多，发展速度之快惊人，寻求更为合理和完善的钢管混凝土施工工艺显得尤为突出和重要。笔者参与了天津站交通枢纽轨道换乘中心工程建设，以其中盖挖逆作部分工程为例，就大直径、超深灌注桩基础和钢管混凝土施工工艺进行了探索和研究。
天津地铁2,3,9号线轨道换乘中心工程概况
天津站交通枢纽工程是天津市集普速铁路、京津城际高速铁路、城市轨道交通、公交和周边市政道路于一体的大型综合项目。集中在以铁路天津站前后广场为核心，东至李公楼立交桥，西至五经路，南至海河，北至新开路区域范围内。工程范围包含站后交通广场、站前景观广场和相关市政交通工程。
站后交通广场集中了地铁2.3.9号线轨道换乘中心工程、京津城际高速铁路天津站工程和站后公交枢纽、停车楼等市政配套工程。其中地铁2,3,9号线轨道换乘中心工程位于后广场既有铁路子站房前方地下，由东西向的地铁2.9号线车站、南北向的地铁3号线车站和2.3号线联络线合围成三角形，边长分别为500 m.530 m和220 m，占地面积约5万m2。地下工程为整体地下3层，局部地下四层多跨框架结构，地下1.2,3层每层建筑面积约48 000 m2，地下4层建筑面积约12 500 mz，地下工程总建筑面积，56 500 m2，为超深、多跨、大面积地下结构工程。该工程采用盖挖逆作法施工，3层底板埋深为25 m左右，四层底板埋深为30 m左右，主体结构采用钻孔灌注桩和钢管混凝土柱作为竖向支撑。中间支撑桩柱底板上部采用 Ф1 000 m m钢管混凝土柱，柱下部为" 2 200mm钻孔灌注桩，桩长自底板以下长度为51 m，钻孔灌注桩兼作使用阶段的抗拔桩。钢管混凝土柱底板以下锚入灌注桩长度2.5 m。
中间支撑桩柱施工工艺及技术、质最保障措施
地铁2.3.9号线轨道换乘中心工程采用盖挖逆作法施工，中间设立多排中间桩柱，它既是盖挖逆作施工期间的临时支柱，又是车站结构的重要承载传力构件。确保中间桩基础成孔、混凝土浇筑质量及钢管混凝土柱定位、安装精度和填充混凝土浇筑质量是决定能否安全优质施工的关键，亦是本工程的难点。
大直径、超深灌注桩基础
(1)灌注桩基础施工设备选型
灌注桩基础插入基底下50 m，成孔深度达80 m。根据岩土勘察报告所示，本工程地质情况复杂，桩基础共穿透了素填土、粘土、细砂及粉质粘性土层。经过对地层岩性、工程特点及施工机械的综合分析，决定采用旋挖钻机施工。旋挖钻机采用柴油动力、全液压控制、履带行走，伸缩式钻杆、钻斗回转直接取土、静态泥桨护壁，因此具有噪音低、污染小、钻进效率高和钻孔精度控制精确等优点。而且由于动力强劲、扭矩大，对不同地层条件具有广泛的适应性。因此，选用旋挖钻机是保证钻孔的孔位、垂直度、孔径和孔深等各项技术指标全部达到规范和设计要求，保证钻孔灌注桩质量的有效举措。
(2)灌注桩基础施工工艺流程
钻孔灌注桩施工的重点内容有:定桩位，护筒设置，泥浆拌制，成孔，清底，钢筋笼的加工和吊装，混凝土浇筑等。钻孔灌注桩施工工艺流程见图2。
①定位。根据设计图纸标出桩位并编号，采用隔双桩跳钻法施工。并用管线探测器探测桩位下是否埋有管线等地下障碍物，确认无需进行处理后，方可埋设护筒。
②定位架及护筒设置。放好的桩点处拉十字线，引至桩的外侧，放置定位架，使定位架的中心点与十字线的中心重合，用仪器进行桩点复测。护筒根据设计桩位中心线埋设，埋设深度1.2一1.5 m，保证微差不大于50 mm。护筒采用钻机压入，位置准确，并保证护筒的垂直度，倾斜率不大于L%(L为护筒的全长)，在护筒的外部回填粘土，分层夯实。
③泥浆制备。采用膨润土泥浆。泥浆比重的控制:一般地质采用1.15一1.25，在松散易坍的地层采用1.3一1.50泥浆粘度在一般地质为19-25S;松散易坍地层为19一28 S0泥桨含砂率不大于8%,胶体率不小于90％。在施工过程中须经常测定泥浆比重、粘度、含砂率和胶体率。
④成孔。钻机就位后，应保持底座和顶端平稳，检测施工作业区承载力是否满足钻机施工要求，保证在钻进过程中不产生位移和沉陷。并对主钻杆中心和垂直度在开钻前进行复测，保证其偏差不大于2 cm。钻孔时，先在钢护筒内注入泥浆，开始缓慢钻进，钻进深度超过护筒下2m后，可按正常速度钻进。当钻进达到孔深要求后停钻，仍要维持泥浆正常循环，钻时注意防止钻头拖挂孔壁。成孔的质量要求为桩径偏差不超过50mm,桩身垂直度小于1 / 300桩长，孔底沉渣厚度不大于100mm。
⑤清孔。一般使用正循环方法进行换浆清孔。开动钻头虚钻不进尺，使沉渣处于悬浮状态随旧浆排出。清孔后孔底沉渣厚度必须符合要求，进行复测合格后，方可浇筑水下混凝土。清孔一般分两次进行，第一次在成孔完毕后立即进行，主要方式为向孔中注入含砂量小于4%的新泥浆或清水;第二次在下放钢筋笼和浇筑混凝土导管安装完毕后进行，采用空气升液排渣法或空吸泵的反循环方式。
⑥钢筋笼制作。钢筋笼按照设计图纸采用整体加工制作，钢筋之间采用接驳器连接，并和下节埋设在混凝土中的钢护筒焊接起来。钢筋笼加工前先调直主筋，并应相互错开35 d,且在不小于500 mm区段范围内，要做到同一根主筋不得有两处接驳接头，同区段接头数量不得超过钢筋总数的50% 。
⑦钢筋笼的吊装。钢筋笼采用一次性整体吊装到位，吊车采用250 t主吊、100 t副吊配合抬吊安装钢筋笼。钢筋笼吊起后要缓慢落入桩孔内就位，待就位到正确位置后，借助钢筋笼自重保证标高及垂直度满足设计要求。在吊运过程中防止钢筋笼扭转、弯曲。安装时对准孔位，吊直扶稳，缓慢下放，避免碰撞孔壁。
⑧水下混凝土浇筑。在浇筑前，根据导管的布置和混凝土浇筑量，研究导管底端与混凝土上升高度的关系。在整个浇筑过程中严格控制钢筋笼不上浮和下沉，保证导管下端始终保持埋入混凝土中2一6 m,随着混凝土不断均匀上升，导管向上缓慢提升，禁止导管拔出混凝土面。
混凝土浇筑完毕后应保证标高超出设计标高0.5-0.8m以便清除桩顶浮浆渣层，待混凝土达到设计强度的70%时，将高出设计标高的部分凿除。
⑨抽排泥桨和注浆加固。混凝土浇筑完成12h后，可用潜水泵抽排钢护筒内泥桨。桩底注浆应根据桩底土层进行注浆设计及施工，以加固桩基底部土层，提高桩基整体承载力。采用钢管作为注浆管，每根灌注桩设置桩底注浆管4根，混凝土浇筑完成后清理注浆管，启动注浆泵注浆，达到设计压力后，持压10 min注浆完成。
⑩质里检测。完成混凝土浇筑后，凿除超灌混凝土，在安装钢管柱定位器前，进行动检检测，确定桩体完整性，对其进行评价。
钢管柱定位、安装及填充混凝土的浇筑
(1)钢管柱安装前的准备工作
①吊装钢护筒。钢护筒直径与灌注桩基础直径尺寸相同，分为上、中、下三节，下节长度不小于5m，中节长度3m，上节长度27 m。下节钢护筒长度应满足超底梁底面0.5 m，钢管柱锚入桩基不小于2.5 m，定位器安装护筒深度0.5 m以及第一次浇筑嵌入桩基混凝土1 m之总和。上、中两节钢护筒采用内法兰螺栓加橡胶垫连接，中、下两节钢护筒采用外法兰螺栓加橡胶垫连接。在吊装钢护筒前，用吊车配合人工将上、中节钢护筒连接好，并进行质量检测，符合设计要求后，即可进行钢护筒的吊装。首先用250 t.100 t吊车将桩基钢筋笼和下节钢护筒吊装入孔，并使用其上端预先设置好的槽钢架，然后人工将先行连接好的上、中节钢护筒采用外法兰与下节钢护筒连接起来，在保证防水达到要求后，继续下放钢筋笼和钢护筒到达设计标高。
②桩基混凝土桩头凿除。在孔顶搭设小型临时龙门架，采用垂直运输，将施工人员和工作机具吊运至护筒底，用风镐凿除桩基桩头混凝土至定位器的定位十字板底位置。在凿除过程中要严格控制凿除标高，严禁凿除深度超出预定位置，将凿除混凝土通过垂直运输机械提升至地面。在施工过程中，应特别注意向护筒内输送新鲜空气，改善作业环境，确保井下作业人员的人身安全。
(2)钢管柱定位、安装工艺流程
①定位器的安装及第2次混凝土浇筑。在灌注桩顶测放十字轴线，同时在灌注桩下端测放定位器标高控制点。施工人员将定位器、可调式螺栓及其他配件吊入钢护筒。从孔口用激光投点仪将中间立柱中心点投至桩底，施工人员依据中心点调整定位器中心，依据四个方向的标高控制点调整定位器安装基面标高。固定时，同时进行水平方向、垂直方向精确校正，确保其平面位置、高程和垂直度满足设计要求，将定位器和钢护筒、定位器锚筋焊接形成整体。
定位器混凝土为C50早强混凝土，采用导管运至孔底，进行人工捣实抹平。浇筑完锚固混凝土后拆除上、中节钢护筒内法兰主连接螺栓。
②吊装钢管柱。待定位器锚固混凝土达到设计强度，用起重机采用两点起吊法吊装钢管柱，将柱体缓慢吊起至垂直位置，放置稳定后慢插入孔，钢管柱底部可直接嵌入定位器，钢管柱在其底部加焊定位短管嵌入定位器，其管端稳固坐落于定位器上，通过标高测定柱底与定位器吻合程度。通过设置在钢护筒与柱体之间的的4只微调螺栓精确校正钢管柱顶标高、中轴线位置及垂直度，进行柱体上端定位。由于钢管柱下端平面位置、标高、垂直度已由定位器确定，钢管柱上端空间位置校正后，即可认为柱顶与柱底在垂直方向投影重合，钢管柱已精确定位。
③浇筑柱底杯口混凝土。用专用导管浇筑柱底杯口混凝土，导管内径8 cm,混凝土浇筑连续进行，浇筑面高于主体结构底板地面50 cm，待施作主体结构底板时，将超灌部分混凝土凿除。
(3)钢管柱混凝土浇筑
钢管柱内混凝土采用自密实混凝土，采用导管输入法进行抛落浇筑，确保混凝土结构均匀密实且有较小的自由收缩率，与钢管紧密结合形成整体，共同受力。在浇筑时导管下端深入钢管内，混凝土沿钢管壁进行浇筑，一次浇筑的最大高度为5m左右，两次混凝土浇筑的时间间隔不小于1一2h，且不超过混凝土的初凝时间，以便混凝土中的气泡自动溢出，确保混凝土内部结构密实。
第3次浇筑杯口混凝土与钢管柱混凝土同时浇筑，钢管柱底部不封口，混凝土由钢管柱底部上反至设计标高。为了更好的控制标高，防止超灌过多，在钢管柱混凝土浇筑至3m左右时停滞1h，再继续进行浇筑，并随时用测绳对柱外混凝土浇筑标高进行测量。
(4)钢护筒回收及孔壁回填
当桩基和钢管柱混凝土达到一定强度后，钢护筒内下施工人员拆除钢管柱上端头与钢护筒之间的螺栓法兰，然后向钢护筒内注满泥浆，以防钢护筒拔出后孔壁坍塌。在钢护筒上端用4台100 t千斤顶进行顶升，顶起10 cm后，用吊车将钢护筒拔出。在起拔钢护筒过程中，严禁碰撞钢管柱，防止其发生偏斜。
钢护筒起拔完成后，沿钢管柱四周环状均匀灌注千砂置换清水，并在钢管柱顶端浇筑一层回填钢筋混凝土环，直径比桩孔护筒直径大300 mm,厚30 cm，以增加钢管柱的侧向稳定性。
钢管混凝土是近几年才发展起来的一种新兴的施工工艺，还有待于我们进一步的研究和探讨，以上仅仅是在实际施工过程中积累的一些浅薄的经验，望大家能够给予批评和指教。
