0 引言

土地资源日趋缺乏，填海区开发面临诸多复杂环境因素，地下结构越做越深，支护形式多种多样，经过大量的工程实践，总结出一套逆作法地下支护结构超长钢立柱施工方法，补充了在软弱地基复杂工况下竖向结构定位与偏差的控制技术。钢立柱准确定位与否影响着后期工程内支撑对接等工况，对工程进度起着引领作用。某在建枢纽工程超深超长，通过钢立柱对接、吊装等系列工序展开研究发现，本施工技术可靠，质量控制好。

前海综合交通枢纽位于深圳市前海深港现代服务业合作区，场地原始地貌为滨海相潮间带 (滩涂) ，位于人工填海区域，场地流塑状淤泥平均厚度8.5m (最厚达18m) ，承载力极低，西侧约600m为前海湾，东侧紧邻地铁11号线前海湾地铁站。基坑长约830m，宽约100m，平均深度28.8m，局部深度36m，建筑面积42.3万m²，根据地上结构情况共划为8个独立基坑，分2/4→1/3→5/7→6/8开挖。基坑均采用“地下连续墙+环形内支撑+竖向支撑”的组合支护形式，地下连续墙厚1.2m，竖向设置6道钢筋混凝土水平支撑，竖向设置“一柱一桩”的钢管立柱支撑。下面以T2基坑为例介绍在软弱地质条件下立柱桩定位施工方法。

T2基坑共设计47根钢管混凝土立柱桩，采用旋挖成孔灌注桩，部分兼作抗拔桩，已全部施做完成。桩型如表1所示，本文以700mm钢立柱为研究对象说明定位控制原理。

立柱桩采用φ1 400mm旋挖钻孔灌注桩，施工时从现有地面标高5.800m往下施做直至设计标高。根据JGJ120—2012《建筑基坑支护技术规程》的规定，与主体结构竖向构件相结合的立柱及立柱桩的施工偏差应符合: (1) 立柱及立柱桩的平面位置允许偏差为±10mm; (2) 立柱的垂直度允许偏差为L/300 (L为立柱全长) ; (3) 立柱桩的垂直度允许偏差为H/200 (H为立柱桩长度) ，立柱桩累计允许偏差达225mm。灌注桩成孔施工的允许偏差按JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》规定控制: (1) 桩位允许偏差70mm; (2) 桩孔垂直度允许偏差为1%，加上空孔深度，57m深度的垂直度偏差就达570mm。

由于孔口立柱桩超深超长，一次性成孔，按垂直度最大容许偏差控制难以保证后期内支撑搭接施工质量，后期若出现问题处理难度大，且钢立柱与立柱桩直径、浇筑混凝土强度等级不一，故须采取措施提高立柱桩成孔精度、保证浇筑质量。

按GB50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》的规定: (1) 钢立柱和立柱桩轴线安装容许偏差在5mm内; (2) 钢立柱垂直度容差控制在min{L/1 000, 15}mm内。鉴于周边环境及沿途道路条件限制，钢立柱出厂分为2节，故应保证立柱对接中心线误差趋于0，缩减误差叠加。若采取在桩孔口焊接，工序简单、工期短，但垂直度和焊接质量不易保证，钢立柱对接质量影响到后期支护结构的成功率。钢管柱和钢筋笼重达24.24t，吊筋受力拉伸变形会对定位产生影响，如何保证钢立柱垂直度和标高在允许偏差范围内为本文研究的重点和难点。

1) 成孔采用超长钢护筒护壁，钢护筒穿过淤泥或砂土层以下2m，确保成孔质量。

2) 设计灌注桩成孔施工桩位允许偏差为50mm、桩孔垂直度偏差按5‰控制，缩小偏差，提高成孔精度。

3) 分2次浇筑混凝土，在立柱桩钢筋笼顶设置封顶钢板，控制混凝土超灌量。

4) 现场布设6道间距4.5m的焊接平台，以保证2节钢管对接轴线控制质量与焊缝探伤检测的顺利展开。

5) 钢立柱与立柱桩叠合段通过焊接马凳形钢筋连接成整体并定位二者空间距离，缩小垂直度误差叠加。

6) 钢立柱顶焊接定位钢筋笼、外侧焊接马凳形钢筋，控制钢立柱定位垂直度。

7) 对传统吊筋改良，减少吊环钢筋受力拉伸长度，使钢立柱定位更加准确。

采取上述措施能最大程度地减少桩位和垂直度偏差，吊装效果好。

施工工艺流程:测量放线→吊放钢护筒 (钢立柱组装) →旋挖成孔至桩底→吊放立柱桩钢筋笼→吊放钢立柱→安装声测管→吊放定位钢筋笼→复测钢立柱高程及轴线中心→浇筑立柱桩芯混凝土→浇筑钢立柱柱芯混凝土→钢立柱四周回填级配碎石→混凝土终凝拔出钢护筒。

利用全站仪对桩位进行放样并做标记，根据桩位点埋设护筒，采用钢护筒护壁，从地面施作，钢护筒长21m、直径1.6m、厚15mm，采用机械振动锤夹持安装埋设护筒，利用振动锤将护筒吊装到位后直接压入土中，采用成90°的2个线锤和经纬仪跟进垂直度控制，钢护筒须进入淤泥或砂土层以下2m，对某些素填土层因夯填不实易出现地面塌陷的情况，应适当增加护筒的埋置深度并高出地面40～50cm，通过十字板测定护筒标高与中心位置，护筒埋设中心和桩位中心偏差≤50mm，倾斜度允许偏差1%。护筒与坑壁之间用黏土填满、夯实，严防地表水渗入。

护筒埋设后计算实际孔深并采用旋挖机挖至桩底设计标高，钻进过程采用泥浆护壁。复测桩位，钻机底座和顶端确保平稳，钻头中心与钻孔中心位置位于同一轴线上，偏差控制在20mm内，开孔施工时轻压慢钻，钻头钻速≤10r/min，待钻杆全部进入孔后方可逐步加速正常钻进，在松散易坍塌地层中慢速钻进，加大泥浆密度，在易颈缩地层钻进时增加扫孔次数，钻孔深度达到设计要求后，采用换浆法进行清孔，向孔内注入处理过的泥浆，换出孔内含悬浮钻渣的泥浆，排出泥浆要满足规范要求，其泥浆颗粒<2mm、密度≤1.1g/cm³、含砂率<2%、黏度在17～20s，立柱桩孔底沉渣厚度≤50mm。最后利用超声波探测仪检查孔深和倾斜度。

为保证钢立柱对接质量，现场采用焊接方式对接钢立柱。焊接平台要具有足够的强度及刚度，材料采用└63×63×5和HN250×125型钢 (材质为Q235B) ，在找平场地上布置等间距4.5m的焊接工作平台，共6个，焊接平台尺寸为7.4m×1.8m×1.5m (长×宽×高) ，如图1所示。

作用: (1) 防止钢立柱在对接过程中发生上下错位，保证2节钢管柱轴线在同一水平线上，减少吊装误差; (2) 吊点布设受力验算合格后，可以精确定位并焊接; (3) 可同时焊接2组立柱，与护筒埋设平行施工，加快工期; (4) 完成焊接后检测单位对焊缝进行探伤检测更加高效、便捷; (5) 焊接施工现场产生的焊渣和垃圾易收集和集中处理，减少对周边环境的污染。

在成孔质量检查合格后，钢立柱和立柱桩钢筋笼采用双机侧式抬吊，主起重机采用130t履带式起重机，副起重机采用80t履带式起重机，构件吊装作业时，全过程应平稳进行，不得碰撞、歪扭、快起和急停，将立柱桩钢筋笼 (直径1 400mm、长26.1m、重5t) 起吊至孔口，桩顶高出护筒口1m，利用全站仪复测钢筋笼顶高程无误后，卸下吊环，用穿杠将钢筋笼吊挂在孔口。在钢立柱插入端3m位置用白色线标记，随即起吊钢立柱 (直径700mm、长28.65m、重18.74t) 并插入立柱桩顶标高下3m:采用四点起吊，立柱平稳竖直后改用130t起重机缓缓起吊并插入钢筋笼，控制好钢立柱与钢筋笼位置，防止栓钉碰撞钢筋笼，直至钢立柱白色线圈和立柱桩钢筋笼顶处于同一平面位置后停止。

用马凳形钢筋将钢立柱沿周长每1/4处与立柱桩竖向主筋焊接，用以控制钢立柱和立柱桩轴线误差，马凳形钢筋两肢立焊于钢立柱上，另一肢焊于钢筋笼上，如图2所示。

待焊接牢固后缓缓起吊钢立柱及立柱桩3.5m，随后在靠近立柱底上位置，用同样的方法将马凳形钢筋两肢立焊于钢筋笼上，另一肢焊于钢立柱上，宜与上侧的错开焊接，再次竖直吊放3.5m回到初始位置，采用的焊接钢筋参数均相同，很好地保证两者的空间位置，可用经纬仪复测钢筋笼顶坐标，推算两者中心重合度，保证钢立柱和立柱桩空间定位准确且轴线误差在容许范围内。

在靠近钢筋笼顶端位置，将外径700mm、内径350mm，厚5mm的2个半圆形钢板焊接在钢管柱上，用以控制混凝土超灌量，立柱钢筋笼安装有3根声测管，在钢板上切割3个直径60mm的圆孔，圆心与立柱桩声测钢管圆心投影重合，通过切割圆连接立柱桩声测管，随后在下放立柱中，沿钢立柱竖直方向依次埋设3道声测管，并固定在钢立柱抗拉钢板上，声测管直径为50mm，每根长为5m，采用螺纹套管连接，顶部声测管须密封无漏缝，其底标高同立柱桩钢筋笼底标高，总长度等于钻孔长度，钢立柱下放到位后，用I15作穿杠垫设在钢立柱耳板下方，将钢立柱吊挂于护筒孔口上，卸下吊耳上的卸扣。

将钢立柱连同立柱桩吊挂在孔口，用80t履带式起重机两点起吊定位钢筋笼 (直径650mm、长4.85m、重0.5t、底标高以上1.1m处附有220mm加强箍) 缓慢行至第1道加强箍与钢立柱顶面平齐时停止吊放，钢立柱管口内有25mm厚、竖向150mm的内衬管，将定位钢筋笼插筋与内村管双面焊接。

随后将吊筋对称焊接在钢管柱耳板侧壁上，焊接长度等于耳板长度，吊筋 (带吊环) 规格为25、长3.8m，共2根，焊接稳定后，通过吊筋起吊钢立柱及定位钢筋笼0.1m，进行钢立柱中心的调试，利用全站仪配合起重机测定定位钢筋笼中心，使其与设计立柱中心重合，重合后，缓慢下放并吊挂于穿杠上，取过钢立柱中心两垂直方向延伸线与护筒壁相交点，标记交点位置，测量交点到钢立柱的垂直距离a, b, c, d。制作如图3所示定位马凳形钢筋，将两脚支焊接于钢立柱上，下放钢立柱，通过钢立柱上方焊接的定位钢筋笼控制钢立柱标高与柱心位置，定位钢立柱。利用I18作为穿杠，穿插于吊筋环上。

浇筑前先进行二次清孔，使沉渣满足设计及规范要求，导管选用180mm×3mm钢质丝扣连接导管，并保证有良好的同心度和密封性，导管连接成导管柱，接头处采用密封圈垫进行密封，导管入孔后，底口距孔底30～50cm，以便放出隔水球胆。为保证混凝土灌注施工操作方便和浇灌顺畅，安装后的导管其上口应控制在高出平台0.5m以内，并在孔口用夹板固定，采用自卸式混凝土运输车先浇灌立柱桩混凝土，封顶钢板控制超灌量，混凝土等级为水下混凝土C40P8 (含阻锈剂) ，等待2h后待混凝土具备一定强度后再浇筑钢立柱桩芯内混凝土C30至设计标高。

为防止基坑开挖时临时立柱横向无支撑造成立柱失稳，施工完成后应将立柱桩与钻孔间进行回填，采用碎石或黄砂将钢立柱与钢护筒间回填密实并将孔内泥浆排除，待混凝土终凝后，拔出钢护筒并用盖板将孔口封闭，回填12h后，拆除固定用的工字钢穿杠。钢立柱三维示意如图4所示，图中钢立柱与立柱桩钢筋笼叠合长度为3m，钢立柱与定位钢筋叠合长度为1.1m。

与传统吊筋相比，吊筋改良后对桩顶标高的定位精度高，安全可靠，吊筋可重复使用。单根吊筋共受力12kN，吊放过程中，B吊环承受整体竖向重力，弹性应变和塑性应变完成后再通过

吊环A吊挂在孔口，如图5a所示，整根吊筋受力拉伸分A, B两部分，定位误差由A吊环产生，加上吊环存在偏心受力，产生的误差就更大，对钢立柱定位不利，改良后的吊筋避免了A环和偏心带来的误差，在吊放过程中，钢立柱定位就确定了，整体性能优于传统吊筋。改良后的吊筋如图5b所示。

受道路运输条件限制，钢结构厂家提供的钢管立柱分为2节，需要在施工现场完成2节的拼接，焊接前利用楔形角钢固件 (楔形角钢起到纠正上下2节钢管柱对接存在微小错位的问题) 将2节钢管柱倒正，再利用连接钢板螺栓套接上下立柱钢管，螺栓固紧后，敲下楔形角钢进行焊接。

由于钢管柱下部板内伸，导管浇筑混凝土时，提管过程中，内伸板易挂住导管，造成混凝土无法正常灌注。为保证桩芯混凝土的顺利浇灌，在内伸钢板的边缘与钢管柱内壁两者间点焊导向短钢筋，短钢筋间距10cm。

目前，钢立柱调节垂直度的方法基本分为气囊法、导向套筒法和机械调垂架法3类。对于本工程以上3种方法在使用上均有一定的局限性。

1) 气囊法适用于各种类型支承柱的调垂，调垂效果好，有利于控制支承柱的垂直度。但气囊有一定的行程，该工程立柱桩与孔壁间距达700mm，无法调垂至设计要求。且由于采用帆布气囊，实际使用中常被钩破而无法施工，气囊经常出现被埋入混凝土中而难以回收的问题。

2) 导向套筒法则由于导向套筒设在支承柱外，势必使孔径变大。同时，套筒自身无调垂功能，需借助气囊法或者机械调垂法来调垂，垂直度误差会累积。

3) 机械调垂法是3种调垂方法中比较经济实用的，但由于场地限制，特别是本工程施工场地由于成孔带来大量的淤泥，加之现场地质条件太差，对机械调垂要求高，且本方法的原理是利用露出地面的短边来控制桩体的长边，误差较大。

由于钢立柱超长超重，在自身重力作用下，若钢立柱重心处于桩孔中心的竖向位置，便可保证在吊放过程中立柱的垂直度。立柱及立柱桩在焊接及起吊过程中，利用线锤和经纬仪从2个垂直方向严格监控钢筋笼垂直度，及时纠偏，以防止焊接不当等原因造成钢立柱和立柱桩的位置错位。立柱桩钢筋笼与立柱焊接成一个整体，因此保证立柱的垂直度就能满足整体的垂直度要求。经过第1层土方开挖后，立柱桩垂直度控制误差小，与内支撑连接效果好，无明显偏移。

填海区地质复杂、基坑超深超长空孔工况下施工钢立柱及立柱桩，精确定位及控制偏差难度大、工期长。经过工程实践，本施工工艺技术成熟、可靠，操作性及适应性强，吊装质量符合设计要求，取得了很好的工程效果，对类似工程钢管桩施工与质量控制有很好的指导意义。