随着深圳市城市地下空间的开发进程，基坑深度也逐步加深，对于深度大于20 m的基坑，采用土坡道出土已无法满足工期进度的要求，因此越来越多的项目采用了施工栈桥作为出土坡道。 钢管立柱因其良好的承载能力和刚度，在内支撑体系与施工栈桥相结合的工程中应用越来越广泛。张高威研究了在孔内混凝土灌注达到桩顶设计标高后，暂停灌注，待桩基础的混凝土稳定1 h左右后再灌注钢管立柱内的混凝土的施工方法，该方法施工期间不能连续浇筑，易出现堵管或者钢管外侧超灌的情况。石海良在南宁轨道交通3号线青秀山站风亭基坑工程中应用超深大直径钢管立柱桩施工控制技术，采用的钢管直径为1.3 m，立柱桩的钻孔直径到达2.8 m，研究了钢管立柱的垂直度和精准定位问题。唐甜等针对于超长钢管立柱桩高标号混凝土水下灌注及不同标号混凝土置换施工技术进行了研究。在城市建设中，应用逆作法施工项目逐步增多，而永临结合的钢管立柱的优势逐步显现，相关学者研究了逆作法基坑钢管立柱桩。 本研究结合项目特征及施工工艺特点，克服了钢管柱内外混凝土面连通的问题，实现了钢管立柱及立柱桩水下混凝土的连续浇筑，使钢管立柱可以快速、连续施工，在提升施工效率的同时，也提高了施工质量。 1 当前施工技术及缺陷 现阶段，多数工程项目采取孔内间隔浇筑的方法进行钢管立柱桩的施工，即通过钢管内部下放导管，待孔内混凝土灌注达到桩顶设计标高后，从外侧测量混凝土面标高，满足超灌要求后暂停灌注，待立柱桩基础的混凝土稳定1 h左右后，再灌注钢管立柱内的混凝土，等待期间，需要上下提振导管，防止导管内混凝土凝固。该方法受制于混凝土的初凝时间、孔内泥浆沉淀速度等因素，施工期间不能连续浇筑，容易出现导管堵塞或钢管外侧混凝土超灌等情况。某基坑项目开挖后，立柱桩混凝土绕流超灌情况如图1所示。 图1 立柱开挖后混凝土绕流超灌情况 由图1可知，立柱均出现了3.0~4.0 m的超灌，超灌高度增加，浪费了混凝土，同时也增加了混凝土破除的费用。 2 技术创新及难点 通常采用钢管立柱的，主要依靠钢管立柱良好的承载能力和刚度，用于支撑施工栈桥荷载，该类基坑通常深度加大，周边环境复杂。本工程基坑深度约16 m，在现状地面施工桩基及立柱桩，即上部空桩深度约16 m，意味着立柱灌注施工时，钢管立柱顶混凝土与立柱桩顶混凝土高差约16 m，如不采取有效措施，连续灌注的话，钢管立柱外侧的混凝土将在内外压差的作用下不断超灌。 为了解决上述混凝土的绕流问题，需要在设计超灌标高位置增设阻绕流板，采用环形钢板焊接于立柱外壁，钢板厚度为3.0 mm，并在钢板上侧设置钢筋加劲环和钢筋斜撑，用以承受混凝土的浮托力，保证钢板稳定。钢板外径应与孔壁之间预留50 mm空隙，作为泥浆的排泄通道。 灌注过程中，混凝土从导管底部溢出，向上托举上部的混凝土，当混凝土遇到阻绕流板时，向下翻卷，并排挤泥浆从溢流通道内排出，同时混凝土浮浆在溢流通道处聚集，直至泥浆被全部排挤流出。此时由阻绕流板承受导管内、外混凝土与泥浆的压差力。待混凝土初凝后，该部分压力逐步消散。 为保证钢管的稳定下放，在钢管立柱上间隔3 m设置环形钢筋定位钢筋，以保证钢管中心定位及保护阻绕流板因钢管偏心被孔壁挤压破坏。 3 工程案例 3.1 项目概况 本工程位于深圳市南山区超级总部片区，基坑面积27 855.0 m2，开挖深度约16.0 m。基坑竖向围护结构采用1.2 m@1.8 m的荤素咬合桩支护+2道内支撑的支护形式。南侧及外扩地铁保护范围内1.0 m厚地下连续墙支护，结合3道内支撑的支护形式，同时在地下连续墙外侧采用桩径0.6 m、间距0.4 m旋喷桩作为隔离桩加固土体。 水平支护体系为混凝土支撑梁板+圆钢管立柱的形式，首层支撑梁上均设计连续封板，作为施工栈桥及堆载区域，设计荷载为40 kPa。 3.2 钢管立柱桩设计要求 本工程共设计钢管立柱168根，钢管为直径600 mm、壁厚15.75 mm，材质为Q 235，钢管柱内采用强度等级C 30混凝土浇筑密实；下部立柱桩桩径为1 000 mm，水下桩身混凝土强度等级为C 30，钢立柱嵌入灌注桩长度为4 m。立柱钢管长度为18 m，采用工厂定制，无需现场加工或接长。 灌注桩桩径偏差不大于50 mm，垂直度偏差小于0.5 %，桩位偏差为±50 mm。 3.3 施工技术 3.3.1 施工工艺流程 测量放线→场地平整→立柱桩旋挖成孔→岩层钻进→一次清孔→钢筋笼制作与安装→钢管立柱桩下放→钢管立柱安装防绕流环→钢管立柱和立柱桩钢筋笼加固→钢管和钢筋笼整体下放至设计标高→桩心定位及垂直度调整→混凝土浇灌准备→二次清孔→混凝土连续浇灌→空桩回填。 3.3.2 施工方法 （1）场地平整及定位放点。采用大型旋挖设备成孔，对地基承载力要求较高，平整场地，并对表层软弱土层进行换填或铺垫路基板，以保证施工期间旋挖机站位区地基稳定。 （2）按“从整体到局部”的原则进行桩位的放样。采用全站仪准确放样各桩点的位置，使其误差在规范要求内。旋挖钻机在指定的桩位附近，应先调整好钻杆及桅杆的垂直度，同时确保旋挖钻机的水平度。旋挖钻机开孔前，定位桩由测量人员放样，旋挖钻机操作手启动自动定位系统，予以准确定位记忆，成孔过程中旋挖钻机不得移位。若有移位情况，必须要重新准确定位。 （3）旋挖成孔。地勘报告显示，场地内上部有约6 m的杂填土，透水性较强，机械成孔时易塌孔，因此采用钢护筒6 m长，具体根据现场地质条件动态调整。采用泥浆护壁成孔，泥浆控制指标：比重1.10~1.25，含砂率小于6 %，粘度18~28 s。钻孔过程中随时复核桅杆及钻杆的垂直度，以确保成孔后垂直度满足设计要求。 钻进至设计孔底标高后，更换为双底捞渣钻头进行扫孔，将孔底浮土或沉渣捞出，清理标准为孔底沉渣厚度不大于50 mm。 （4）钢筋笼制作与安装。钢筋笼使用钢筋滚笼机制作，按照设计要求控制主筋长度和间距、箍筋间距焊接质量等指标。 （5）钢筋笼、钢管立柱吊装及焊接连接。现场吊装采用75 t履带式起重机进行。钢筋笼整体一次吊装，并下放至孔口采用穿杠固定，立柱与钢筋笼连接部分应外露出地面。 （6）钢管采用通长钢管，整体吊装、整体下放。待钢管立柱插入钢筋笼深度达到嵌固深度时，采用“井”字连接定位钢筋将钢筋笼与钢管柱焊接（图2），嵌固深度范围内按照上、中、下布置3层连接钢筋。焊接完成后，将钢管立柱缓慢下放至设计桩顶标高。 图2 钢筋笼与钢管立柱连接作法示意 （7）阻绕流环及定位钢筋安装。阻绕流环设置的立柱桩超灌标高位置，通常水下桩的超灌高度为800 mm。本项目采用圆形钢板作为阻绕流环，钢板厚度为3 mm。其内径为钢管外径，其外径为钢筋笼外径，采用圆环钢筋和斜撑钢筋进行加固。阻绕流环如图3所示。为保证立柱下放过程中准确定位、不刮蹭孔壁，在立柱外侧间隔3.0 m设置环形定位钢筋。 用一次成桩水下混凝土灌注工艺。施工期间应根据灌注方量估算孔内混凝土标高。当预估孔内混凝土面快接近桩顶标高时，为减小混凝土对钢管柱笼的浮托力，应通过适当减少混凝土出料量降低混凝土的冲击压力。灌注过程应连续，在混凝土初凝前不得停止浇筑，应控制混凝浇筑速度，最大限度地降低混凝土对钢管柱及阻绕流板的浮托力。 图3 阻绕流环示意 （8）空桩回填。立柱作为后期的竖向承载构件，应重点保护其垂直度，避免偏心造成承载力降低。混凝土浇筑完成后，应及时向钢管外圈的空孔内回填级配砂石，回填过程中应沿立柱周边均匀下料，避免回填不平衡对钢管立柱造成挤偏，回填应密实。 4 效果检验 基坑开挖过程中，需要对成品立柱进行有效保护。应从立柱周边对称开挖，避免在立柱两侧形成高低差，使立柱承受过大的土压力。开挖至设计桩顶标高时，应采用人工清理桩头，避免机械开挖对桩头造成破损。由开挖后的立柱桩桩头可见，安装阻绕流环可有效阻隔混凝土的绕流，有效保证了桩头超灌高度、混凝土质量等。 5 结束语 本工程基坑支护体系中钢管立柱桩共计168条，经后期基坑开挖验证，钢管立柱桩基本无混凝土超灌现象，采取的阻绕流措施施工效果显著。钢管立柱桩的垂直度和外观质量良好。本工程钢管立柱桩施工技术简化了传统的分次浇筑方法，真正实现了钢管立柱混凝土的连续浇筑，缩短了浇筑时间，有效降低了施工过程中因长时间等待造成的堵管、断桩事故，同时提升了施工工效，经济效益显著。
