摘要：本文结合工程实例对钢管柱施工技术要点进行了分析与探讨，以供同仁参考。
关键词:钢管柱施工；技术要点
一、工程概况
本项目位于佛山市顺德区北滘镇美的大道南侧、益丰路西侧地块，东南侧靠近美的大道地铁站，西北侧为领贤公馆住宅项目。东侧为正在修建的广州地铁7号线西延顺德段美的大道站，项目为集团第一个TOD项目，为碧桂园集团和美的置业双强联袂打造，项目总建筑面积42.89万平米，用地面积约67369平方米，拟建1栋超高层公寓、1栋返还公寓、1栋商场、6栋高层住宅及附属商业裙楼，整体设3层地下室，分为一期和二期，一期地下室面积约23386平方米，二期地下室面积约23940平方米，项目为顺德地标建筑，最高楼为200米。本工程设计采用钢管柱代替格构柱，兼做后期框架柱，钢管柱共138根，钢管柱施工在水下完成钢管内混凝土浇筑，为避免对后期车位尺寸影响钢管桩施工过程必须保证钢管柱高度精确（垂直度0.3%内）。下面就对钢管柱施工技术要点进行了分析与探讨，以供同仁参考。
二、工程地质情况
1、场地地形地貌
本项目位于佛山市顺德区北滘镇，地质属于珠江三角洲冲积平原场地海拔高度3-5米，地质条件较差淤泥层深40米左右含水率大，场地地基土主要为素填土、淤泥质土、粉砂，层位较不稳定，且各土层的状态、埋深和厚度在水平和垂直方向局部变化较大，土层力学性质较离散，压缩模量差异较大，故地基的均匀性差，在荷载作用下易发生应力集中或应力扩散，从而导致施工时候产生不均匀沉降，影响稳定性。
2、地层岩性
（1）填土层(Q4ml)：为粘性素填土，灰黄色、红棕色，湿，松散，由粉质粘土组成，顶部含较多碎石块，填埋时间小于5年，埋深（1-5米）。
（2）淤泥质土：深灰色，流塑，具臭味，含少量腐殖质及较多粉砂，局部为淤泥，有机质含量约5～8%，（埋深5-27及35-45米）。
（3）粉砂：灰色，饱和，松散，含少量淤泥，（埋深27-35米）。
（4）强风化砂岩：砖红色,强风化状态,散体状结构,裂隙很发育,岩芯呈碎块状、块状,敲击声哑,局部达中风化状态。岩石坚硬程度为极软岩，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。
（5）中风化砂岩：砖红色,中风化状态,砂质结构,层状构造,裂隙发育,岩芯呈短柱状、柱状,少量块状,敲击声响,局部达微风化状态。岩石坚硬程度为软岩，岩体完整程度为较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级，（埋深45-54米）。
（6）微风化砂岩：砖红色,微风化状态,砂质结构,层状构造,裂隙稍发育,岩芯呈柱状、长柱状,敲击声脆。岩石坚硬程度为较软岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级。
3、水文地质条件
由于受地形及施工残留的泥浆水影响，地下水深浅差异大。地下水补给为大气降水，排泄方式为蒸发和侧向径流。地下水动态变化与大气降雨有密切关系，变化的季节性周期、高峰与雨季、高峰是一致的，丰水季节水位上升，枯水季节水位下降，但因地下水埋藏条件不同，水位反映的快、慢也不同。每年6～9月为高水位期，10月份以后水位缓慢下降，1月份水位最低，地下水位介于1.00～2.00m，水位年变化幅度约1.00m。
据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001，2009年版）的标准判定：本场地环境类型为Ⅱ类，地层渗透性为A类。
三、钢管柱施工技术要点
本工程钢管柱桩精度要求高，除了旋挖桩成孔必须满足规范及设计要求外，如何保证钢管柱的准确定位安装、满足垂直度及偏位要求，从而保证逆作法结构
施工顺利进行，是本次钢管柱桩的施工重点难点。
（1）钢管柱桩定位控制措施。为满足结构柱的定位，要求钢管柱必须精确定位，根据设计图纸中心偏差要求，钢管柱的中心偏差远远小于工程桩的中心偏差。而钢管柱位于工程桩的中心，按常规工程桩成孔为振动锤施打护筒定位，偏差无法满足钢管柱的定位需求。因此，如何确保工程桩的精确定位，是本次施工需克服难点之一。施工时，采用同桩径的（内径1400mm，外径1500mm）11m套筒取代原2m护筒，施工方式由原振动锤打拔护筒修改为旋挖钻机打拔。11m套筒长度的设计是考虑顺德地区淤泥层深度较厚，经勘查在8-11m处有一处粉砂层，为避免成孔过程因土质不稳定发生塌孔，同时保护钢管柱安装环境的稳定，不因孔壁不稳定导致泥浆塌落从而影响钢管柱垂直度的控制。施工时，套筒通过驱动器及连接盘连接桩杆，随旋挖钻机取土时同时埋入地面，套筒根据钻杆提升高度设计3m一节，每次取土预留30cm在原地面，通过套筒的公母接口进行连接。
（2）钻孔偏斜及处理方案。由于钢管柱的垂直度要求较严格，在施工带钢管柱的工程桩应比普通工程桩更加谨慎，开工前充分了解场地地质条件，通过试桩制定合理的钻进参数和工艺，并对机械操作工进行交底培训，使其掌握操作工艺。
钻机就位时需进行场地平整并铺设钢板，减少因机械作业时地基的沉降造成桩机倾斜。在成孔过程中，应定时观察钻机水平和垂直度，发现钻机底部不平或垂直度不满足要求时应及时进行调整。由于是在同桩径护筒中进行成孔，为防止钻头提起时挂住护筒接头，采用外型为锥形形状的钻头，确保成孔顺利进行。钻头进入到持力层时最容易出现偏斜，应注意观察钻机作业情况，并减低钻进速度，必要时需更换筒钻，利用筒钻环状切割钻进一定深度后，再换回双层底斗齿钻头继续钻进，从而保证桩垂直度。
（3）钢管柱垂直度控制和吊装。按设计要求，钢管柱吊装后需进行混凝土浇筑，钢管柱的柱身在地下部分，如何控制查看浇筑混凝土过程中钢管柱不产生偏位，是本次施工的重点工序。
1）钢管柱垂直度控制。为了保证钢管柱的垂直度要求，必须满足在可操作的空间内对钢管进行固定及矫正。通过于多方论证后采用多平台操作架方式对钢管柱进行固定及导向：将钢管柱顶部露出原地面1m，并在地面设置两个操作架。钢柱制作完成后，在制作厂内标记的十字中心，并将X、Y两个方向轴线标注在钢柱侧边，钢柱吊装后，根据X、Y轴线利用经纬仪进行测量，对钢柱进行轴线定位及调整，通过下部支架平台上的千斤顶调节钢柱的中心位置，中心偏差控制在5mm内。采取支架顶部上下两层夹口固定，来确保钢柱的垂直度。安装钢支架（钢支架高2米，分为上下两个平台，支架上部平台设有4个连接型钢，作为钢柱定位与固定的基准；支架下部平台也设4个连接型钢，作为固定钢柱的下部结构，支架下部用膨胀螺丝固定，利用吊车调整位置调整合格后，紧固螺丝。利用水准仪，水平尺将调平架调平，调平架下部用爆炸螺丝固定在混凝土垫层上，防止浇筑调平架位移。
图1、钢支架剖面图
2）钢管柱吊装。采用两台吊车相互配合作业。一台主吊，另一台吊车辅助吊装，以防止钢管柱底部戳地变形。操作时一台吊车在钢管柱上端两点起吊钢管柱，同时另一台吊车起吊钢管柱底部，使钢管柱上端起吊过程中，其底部脱离地面。辅助吊车缓慢放绳，待钢管柱完全垂直吊离地面，且相对稳定后，将其与辅助吊车分离。对准桩位、下放钢管柱，慢插入孔。顶端采用型钢作井字固定。然后对钢管柱上端精确定位，精确校正钢管柱顶纵轴线位置，垂直度后，定位后用工字钢将钢管柱顶与预埋件焊接牢固。钢筋笼与钢管柱搭接处焊接（即钢管柱底部）焊接翼环，翼环开孔走浆，同时也用于支撑碎石回填，避免碎石沉入混凝土内。
3）优化钢筋笼钢筋布置保证钢管柱安装空间。本工程钢管柱桩桩径1.4m，在吊装φ750mm*25mm钢管柱时，钢管柱底部与桩身重叠的位置，由于钢管柱底部焊接环板，最大直径达到1050mm，而桩孔因为钢筋保护层及钢筋本身厚度，以及孔内布置的声测管，剩余空隙不足1100mm，如此一来造成在钢管柱底部吊装时困难，甚至容易因吊装时底部碰撞导致垂直度受到影响。在取得设计同意的情况下，将保护层厚度外扩20mm，将原设计纵筋内的加劲箍移至纵筋外围。从而使到底部空间增大，保证了钢管柱能够平稳安放。
4）工程桩及钢管柱混凝土的浇灌。桩基混凝土采用罐车运输配合导管灌注，灌注开始后，应紧凑连续地进行，严禁中途停工。在灌注过程中，应防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，致使测探不准确；应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，正确指挥导管的提升和拆除；导管的埋置深度应控制在2～4m。同时应经常测探孔内混凝土面的位置，即时调整导管埋深。导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。如导管法兰卡挂钢筋骨架，可转动导管，使其脱开钢筋骨架后，再移到钻孔中心。拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15min。要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中。要注意安全。已拆下的管节要立即清洗干净，堆放整齐。在灌注过程中，当导管内混凝土不满，含有空气时，后续混凝土要徐徐灌入，不可整斗地灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的橡皮垫，而使导管漏水。当混凝土面升到钢筋骨架下端时，为防钢筋骨架被混凝土顶托上升，可采取以下措施：尽量缩短混凝土总的灌注时间，防止顶层混凝土进入钢筋骨架时混凝土的流动性过小。当混凝土面接近和初进入钢筋骨架时，应使导管底口处于钢筋笼底口3m以下和1m以上处，并慢慢灌注混凝土，以减小混凝土从导管底口出来后向上的冲击力；当孔内混凝土进入钢筋骨架4m～5m以后，适当提升导管，减小导管埋置长度，以增加骨架在导管口以下的埋置深度，从而增加混凝土对钢筋骨架的握裹力。混凝土灌注到接近设计标高时，要计算还需要的混凝土数量（计算时应将导管内及混凝土输送泵内的混凝土数量估计在内），通知拌和站按需要数拌制，以免造成浪费。在灌注将近结束时,由于导管内混凝土柱高减小,超压力降低,而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加,相对密度增大.如在这种情况下出现混凝土顶升困难时,可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注工作顺利进行。在拔出最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。在灌注混凝土时，每根桩应至少留取一组试件，对于桩长较长、桩径较大、浇筑时间很长时，根据规范要求增加。如换工作时，每工作班都应制取试件。试件应施加标准养护，强度测试后应填试验报告表。强度不合要求时，应及时提出报告，采取补救措施。有关混凝土灌注情况，在灌注前应进行坍落度、含气量、入模温度等检测；在各灌注时间、混凝土面的深度、导管埋深、导管拆除以及发生的异常现象等，做好记录。
5）钢管柱混凝土灌注与回填碎石的控制。为保证钢管柱内混凝土正常灌注不产生倒灌，在桩身混凝土灌注至设计标高后，在空孔位置均匀回填碎石，通过碎石自重使管外混凝土不再上升，然后继续灌注钢管柱内混凝土至要求标高，但是由于空桩深度较大，在回填碎石的过程中将耗费大量时间，容易导致混凝土流动性变差或达到初凝状态，容易形成断桩；若回填后由于钢管柱本身抗剪钉的阻碍回填部分不均匀导致局部压力不足以抵抗钢管柱内混凝土外溢的压力，则在灌注过程中空孔位置混凝土同时上升导致材料浪费。因此，首先应严格控制灌注间歇时间控制，从开始回填碎石至重新灌注钢管柱内混凝土间歇时间不超过2个小时。在钢管内灌注高标号砼达一定高度（底板面标高位置），对钢管外侧桩孔内对称的人工回填石子，回填高度对称差值不能大于200mm，一边回填碎石一边浇筑混凝土，并要求边回填并进行拔管，防止堵管。桩孔内石子回填高度略高于钢管内灌注砼面标高。回填时确保对称、均匀回填，石子需回填至地面。
图2、碎石回填
四、结语
综上所述，本项目通过结合施工现场的实际情况，采取有效的技术措施，对施工过程中的关键工序进行有效的控制，特别是采用同桩径护筒确保桩位偏差最小，以及在混凝土导管及钢管柱顶部设置组合式操作平台，有效地解决了钢管柱安放及混凝土浇筑过程中有可能产生的钢管柱位置偏差，从而使工程顺利实施。施工完毕经复测，钢管柱偏差值为3mm，为设计允许范围，满足设计要求。
参考文献
[1]混凝土质量控制标准：GB50164-2011（S）.北京：中国建筑工业出版社.2012
[2]混凝土外加剂应用技术规范：GB50119-2013（S）.北京：中国建筑工业出版社.2014
[3]钢管混凝土工程施工质量验收规范：GB50628-2010（S）.北京：中国建筑工业出版社.2011