超深逆作法一柱一桩钢柱定位及调垂技术
0 引言
随着现代社会高速发展,城市空间变得越来越有限,超高层建筑越来越密集,城区内地铁线路、管线敷设错综复杂,周边施工环境多变。同时,近年来国家大力推行绿色施工,工程建设须考虑周边建筑沉降及管线、地铁保护等影响因素,逆作法施工成功解决了城市工程建设施工各项影响因素,显示出良好的经济和社会效益,成为城市工程建设项目开发的一种趋势。
逆作法施工关键在于逆作钢管柱施工质量,而在全逆作法施工中,钢管柱作为重要的永久承载结构,其随桩孔钻进深度加深也变得超长,对钢柱垂直度要求也越来越高,施工环境越来越复杂。目前现有钢柱调垂装置分为地上及地下调垂。地上钢柱调垂成本较低,一般采用液压调垂盘法调垂系统,对设备操作人员专业要求较高,目前还未能进行水平方向调节,调平过程中支承柱顶中心位置易发生水平偏差,垂直度调节精度差 (1/200) ,机械化、智能化程度低,无法满足超重、超长、异形截面、高精度调垂要求;地下钢柱调垂成本高 (1/500) ,一般采用孔下液压调垂法系统,对周边场地要求高,设备仪器周转使用率极低,材料损失率大,调垂难度大,不宜用在场地资源有限、工期紧张且超大超深的一柱一桩工程。本项目结合工程施工实践,提出“双层多向定位导向、重力式初调垂、胀缩变形挤压柱底精调垂”的施工工艺,成功解决无法有效控制钢柱底端垂直度难题,提高施工效率,安全可靠,施工便捷。
1 工程概况
南京金茂项目位于南京市鼓楼区玄武湖西侧,为一座67层、结构高度285m的超高层塔楼,附有7层商业裙房及5层地下室。逆作一柱一桩深度65.7m。本工程紧贴一期工程及玄武门地铁站,采用全逆作法施工,设计要求一柱一桩钢管柱垂直度偏差≤1/500, 2 600mm直径桩在该深度下钢管柱调垂全国无例可依。吊装钢管柱长度约33.5m,最大质量达100t;钢管柱直径尺寸大、截面类型多、异形截面多、变截面部位多,施工调垂难度大。桩基平面布置如图1所示。
2 超深逆作法一柱一桩钢柱定位及调垂施工技术
2.1 工艺流程
1) 在支撑井架上安装上、下定位导向装置,通过抱箍或焊接方式与支撑井架固定连接,旋转调节螺母,使定位导向装置长度发生变化,以便使钢柱限定于周边多个方向导向轮设定的平面位置内。
2) 吊装逆作钢柱,使钢柱底端依次穿入上、下定位导向装置,并缓慢下落,下落过程中导向轮沿钢柱表面旋转,钢柱沿定位导向系统设定的平面定位顺利下落。
3) 下落至设计标高后,钢管柱上调垂托板与支撑井架线接触,钢管柱在自重作用下沿调垂托板与支撑井架的线接触点转动,实现重力式初调垂状态。
4) 将加筋软管、胀缩式胶筒、平衡配重依次连接,在重力作用下沿钢管柱与桩孔壁间隙实现平衡式下沉。
5) 将高压设备、总进气管、控制器、压力表、分出气管依次连接,分出气管分别与下面的多个胀缩式胶筒组连接,形成系统。
6) 通过控制器分别调整钢管柱底端周边各胀缩式胶筒气压大小,使其发生变形,挤压钢管柱,使钢柱底端平面位置发生变动,进而达到精准调整钢柱垂直度的要求。
7) 调垂系统进行精调整后,通过测斜系统反馈数据验证满足垂直度要求后,固定钢管柱与支撑井架间的固定托板。
8) 待逆作法一柱一桩内混凝土浇筑至钢柱底端,并填塞部分钢管柱与桩孔壁间碎石后,将胀缩式胶筒泄压并提出桩孔。
施工工艺流程如图2所示。
2.2 工艺原理
首先将钢管柱固定于可调节拼装胎架上,拼装为整体后,采用递送法,双机抬吊转运至桩孔位置;平面画线,定位钢管柱设计位置并标记十字线,依此将支撑井架与硬化地面中的地锚固定连接;将立托板通过支撑焊接于支撑井架上,定位外套管焊接于立托板上,将可调节外套管通过螺栓与内套管固定;拧入调节螺杆,调节螺杆长度,以使其上固定的导向滑轮与钢柱紧密接触为准,形成一次立体导向系统;吊装逆作钢管柱,使钢管柱底端依次进入1, 2层定位导向装置,并慢慢下落,下落过程中导向轮沿钢管柱表面旋转,钢管柱沿定位导向系统所设定的中心位置下落至设计标高,钢管柱支撑托板与平面调垂体系完全接触,钢管柱在自重作用下挤压定位架中可调节螺杆,若有偏差则采用千斤顶进行精调,初步完成钢管柱定位 (见图3) ;钢管柱定位完成后,将组装好的高压供气调垂装置通过平衡配重下放至钢管柱中下部与钢筋笼间隙内,通过控制器调节气压,从而挤压钢柱产生角度旋转,完成二次调垂 (见图4) ,期间实时收集测斜系统反馈数据,反复调节至垂直度满足要求,回收二次调垂气囊等设备;采用专用旋转料斗装置进行石子对称回填后进行柱内混凝土浇筑,在钢管柱底部设置专用的混凝土单向截流合页装置,以保证柱内混凝土强度达到标准。通过多层次定位导向支撑架、高压供气设备、控制调节系统一体的二次调垂,满足超深2600mm直径逆作法一柱一桩的垂直度及强度要求。
2.3 质量控制要点
钢管柱制作长度允许偏差±20mm,截面几何尺寸允许偏差±10mm;纵向弯曲<长度的1/500,且≤10mm;管端不平整度f/d≤1/1 500,且f≤0.3mm;工厂加工制作时,焊缝等级为一级,探伤比例100%。桩钢护筒的中心偏差<50cm,垂直度<1/500。
3 施工实测数据
钢管柱垂直度要求1/500,总体情况良好,基本位于1/500~1/650,一次调垂合格率为97.8%,二次调垂合格率为100%。
4 结语
采用超深2 600mm直径桩逆作法一柱一桩高精度垂直度控制施工方法,实现了目前国内无先例的超大超深钢管柱调垂垂直度偏差控制,保证了一柱一桩工程施工质量圆满达标,取得了良好的社会效益。
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