逆作法施工中格构柱施工的研究

2020-07-04李旭鹏王想军

中国建筑金属结构 2020年6期

李旭鹏王想军

【摘要】本文介绍某工程案例，通过逆作法施工，解决了施工场地狭窄，施工工期紧张，地基软土层厚等工程问题，同时也节省了地下结构造价。格构柱施工通过特殊的施工工艺流程和施工技术措施，保证了格构柱的安装精度和垂直度，在逆作法施工过程中起到了至关重要的作用。

【关键词】逆作法;框架结构;地下室;格构柱施工;质量控制

1.工程概况

某工程总体占地面积约18088㎡，总建筑面积约为119004㎡，其中2号楼为5层框架结构，建筑面积452㎡;地下车库为3层框架结构，建筑面积35，290㎡，基础形式为机械灌注桩基础。工期进度紧张，需尽快完成主体封顶。经多方案分析比较，发现地下结构施工在前期须消耗大量的时间和成本，在多数地下室的施工中，均采用传统的正作法施工。逆作法施工可以解决施工场地狭窄，施工工期紧张，地基软土层厚等工程情况，在压缩工期的同时节省地下结构总造价的25%～35%[1]。

因此2#樓及其地下室均采用逆作法施工，竖向支撑结构为钢格构柱支撑体系，钢格构柱共计43根。先行施工桩基础、钢格构柱及地下一至地上五层，待上部结构封顶后对地下二、三层及基础底板部分再进行施工。文中仅对逆作法施工中桩基及格构柱工法进行论述。

2.工艺原理及特点

2.1 工艺原理

采用“一柱一桩”的形式，将钢格构柱设置在地下室的结构柱位置。用角钢拼接而成的格构柱插入桩基础的形式作为竖向支撑系统，桩基础采用机械钻孔灌注桩。格构柱施工与桩基础施工同时进行，竖向结构支撑体系形成后直接进行地上部分施工。逆作法施工时将钢格构柱浇筑外包混凝土，与钢格构柱一起形成永久性的组合柱，具有较高的安全性。地下结构的梁板和逆作阶段需向上施工的上部结构竖向荷载均需由竖向支撑体系承担，其作用相当于主体结构使用阶段地下室的结构柱，即在基坑逆作开挖实施阶段，承受已浇筑的主体结构自重和施工超载等荷载。在地下室底板浇筑完成、逆作阶段结束之后，格构柱与底板连接成整体作为地下室结构的一部分，将上部结构荷载传递给地基基础。

2.2工艺特点

因地下室在上部结构完成后施工，大大减少工期，提高了施工效率，节约施工成本。

3.施工工艺流程及操作要点

3.1工艺流程

土面强夯处理→护筒埋设→桩心定位→井架平台放线→挖土清槽，地梁开挖，支设钢筒模→平台钢筋绑扎、埋件定位→混凝土浇筑和养护→打桩→平台清理→平台放线定位→底脚螺栓焊接→安放桩钢筋笼→下桩桁架及标高调节架安装→格构柱吊装→格构柱校正→桩混凝土浇筑→拆除下桩桁架，割除加长格构柱部分→格构柱桩孔内回填细石→井架基础凿除及防护[2]。

3.2重点环节的操作要点

由于地质条件不佳杂填土居多，且土质较松软，桩基础施工阶段采用强夯机将土面夯实。使用机械及人工进行挖土清槽，清槽后用打夯机夯实基础，在夯实的碎石土上面开挖地梁，深度为200mm，宽度为300mm。为保证桩孔的平面尺寸，同时防止井架基础混凝土和护筒粘结在一起，造成无法循环使用，井架基础内模板采用钢筒模，如图1所示。底板顶与地梁顶在同一水平面。根据放线位置焊接桁架底脚螺栓埋件，控制好标高。根据底板的定位线，配合螺栓定位架准确焊接定位螺栓，将螺栓与埋件围焊，要求螺栓垂直，定位准确。螺栓焊接完成后利用水准仪进行抄平，将底脚螺栓调节到同一高度。

桩基钢筋笼下桩完毕后，立即进行井架吊装和安置。井架安装好后根据桁架高度，根据格构柱柱顶标高及底脚螺栓标高计算出桁架顶部螺栓标高，调节桁架顶部螺栓。与此同时，在待安装的格构柱上进行标高调节架的安装。使用25t汽车吊将格构柱从井架中心插入桩孔内，吊装时用钢丝绳拴住格构柱，工人拉稳格构柱，吊至桁架上方稳住后方可缓慢下落。格构柱进入桁架后严格控制汽车吊速度，且保证格构柱垂直下落，将格构柱上的标高调节架套入桁架顶部螺栓中。格构柱安装完毕后，用水准仪对格构柱标高进行复核，如有偏差，则利用桁架顶部螺栓重新进行调整。标高调整完毕后利用桁架底部和顶部的微调螺栓对格构柱进行位置以及垂直度的调整。格构柱的垂直度用激光铅垂仪和线坠进行检测。调整完毕后，用玻璃丝带将微调螺栓包裹上，防止桩基础混凝土浇筑时混凝土溅落在螺栓上，影响其使用寿命。

待格构柱安装调节完毕，安装混凝土浇筑防护架，进行桩身混凝土浇筑，将混凝土浇筑用导管通过格构柱内部进入桩内，用泵送的方式进行桩身混凝土浇筑。当混凝土强度达到设计的承载力要求时，将下桩桁架拆除，并将格构柱接长1m部分割除，并打磨平整。再用挖机从格构柱顶端向柱内及桩孔中回填细石，用以保护格构柱。回填完毕，用油锤将井架基础凿碎拆除，并用钢筋制作防护围栏对格构柱周围进行安全防护。

格构柱安装的精度是逆作法成败的关键，为了能够保证格构柱的相对位置、标高及垂直度，根据以往的逆作经验及现场实际情况，设计出了井架基础、下桩桁架、标高调节架及螺栓定位架，采用机械调垂的方式，对格构柱的安装精度进行了有效地控制。为方便格构柱的标高和垂直度调节，在格构柱顶端加长1m，该段加长的格构柱不用于主体结构，无需涂刷防腐涂料，在格构柱安装完毕后，将该段格构柱割除。为有效控制在桩基础施工过程中土体的沉降对格构柱的影响，在桩基础护筒埋设后打桩之前先进行井架基础的施工。井架基础平面尺寸为3.6m×3.6m×0.5m，采用C30商品混凝土。

架体底部为22#槽钢对口焊接作为一根底杆。每根底杆上设置两个千斤顶底座，并在千斤顶正下方槽钢侧面预留d=30mm的螺栓孔，且配有相应的螺栓，用以微调格构柱垂直度和水平位置。槽钢布置及对接方式如图2所示，千斤顶底座如图3所示。桁架顶部为单根22#槽钢，开口朝下，共四根。每根顶杆上设置两个千斤顶底座，并在千斤顶正下方槽钢侧面预留d=30mm的螺栓孔，且配有相应的螺栓，同下部螺栓用以微调格构柱的垂直度和水平位置，顶部槽钢布置如图4所示。桁架立杆为单根22#槽钢，共4根，并在立杆外侧附加一根16#槽钢作为斜杆焊接用以加固架体，布置如图5所示。在桁架拐角的两个斜杆上焊接300mm宽的操作平台，加工好后现场焊接。为了方便对格构柱进行调节，对桁架顶部的螺栓孔配套加工手摇式转盘。

设置标高调节架，并与格构柱相连，安装过程中直接套入下桩桁架上，通过对桁架顶部螺栓的标高控制，进而达到控制格构柱标高的目的。为确保桁架地脚螺栓的相对位置，设置与下桩桁架平面尺寸相同，螺栓孔位置相对应的螺栓定位架，在全站仪测量放线的基础上，对地脚螺栓位置进行复核与调节，避免了因螺栓定位错误而反复安装下桩桁架，不仅提高了安装的容错率，还降低了安装格构柱的时间，螺栓定位架如图6所示。

4.质量控制

钢格构柱安装完毕后对其进行闭合测量，桩基混凝土浇筑前要对垂直度进行精确调整，桩基混凝土浇筑完成后初凝前，对格构柱相对位置进行复核，一旦发现混凝土浇筑过程中格构柱发生偏位，要及时纠正。加强格构柱加工生产过程中的防腐涂装控制。

5.效益分析

5.1經济效益

在多数地下室的施工中，均采用传统的正作法程序，即：开挖基坑—施工基桩—施工底板—施工地下室竖向构件—施工地下室梁板。地下室施工耗费的时间占了整栋楼相当大的比例。本工程采用该技术解决了施工场地狭窄，施工工期紧张，地基软土层厚等工程情况，节省地下结构总造价的25%～35%。

5.2社会效益

本工程逆作在东北地区开创首例，引来社会各界参观，逆作法施工工艺大大减少了工期、降低施工成本将是以后发展的一种趋势，本项目为逆作的推广起到了关键作用。

6.总结

该工程逆作法施工竖向支撑结构采用钢格构柱支撑体系的施工方法，从2012年7月安装应用至今，未发现任何安全隐患，未发现一次安全事故，钢格构柱标高及垂直度在规范要求之内，对后续逆作施工没有产生任何不良影响，说明该方案设计合理，能保证安全顺利施工。

参考文献

[1] 蒋神龙，侯海泉，陈天宇.逆作法施工中钢格构柱施工技术研究[J].建筑施工，2014.

[2] JGJ432-2018 建筑工程逆作法技术标准[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2018.