王丙辉

（北京城建集团有限责任公司，北京 100088）

0 引言

建筑工程逆作法施工主要应用于周边环境复杂、不具备明挖顺做施工条件的工程，逆作结构施工时，先施工竖向立柱，用以支撑逆作阶段的各层水平结构，竖向立柱可以是临时立柱，也可以永临结合。临时立柱需在逆作结构形成完整、稳定的结构体系后拆除；而永临结合立柱，即是逆作结构施工时各层水平结构的支撑立柱，也是主体竖向结构的一部分。根据国家现行规范JGJ 432－2018《建筑工程逆作法技术标准》的规定，竖向支撑立柱垂直度允许偏差为 1/300，施工精度比较容易实现，尤其是对于临时立柱，即便出现较大施工偏差时，还可以采取其他补救措施，而本工程逆作柱为永临结合立柱，为满足国铁列车限界要求，逆作柱垂直度设计允许偏差≤1/1 000，设计精度远高于规范标准，同时也高于一般逆作工程立柱的精度要求［1-6］。本文结合工程实例，在高精度逆作桩柱施工过程中不断改进不足、总结经验，以期为类似工程提供可借鉴的成功经验。

1 工程概况

北京城市副中心站综合交通枢纽工程位于通州区杨坨地区，北侧紧邻正在运营的京哈铁路，其 02 标段西咽喉区基坑长度为 358.09 m，宽度为 190.20 m，为地下三层结构，其中 B3 层为国铁轨行层，是铁路列车进出站的咽喉区。

1.1 逆作桩柱设计概况

02 标段西咽喉区 B3 层顶板及以下采用盖挖逆作法施工，B3 层顶板以上结构采用顺做法施工，该工程共设计有 283 颗逆作桩柱，均为一桩一柱结构，采用后插法施工，其即是逆作结构施工阶段的临时支撑立柱，也是主体结构正式框架柱，逆作桩柱的设计参数如表1 所示。

表1 逆作桩柱设计参数

由于基础底板整体由东向西有 17 ‰ 的坡度，使得桩顶标高由东向西逐渐降低为 -37.96～-34.067 m 不等；逆作柱的柱顶标高至 B2 层顶板结构梁底，标高为 -13.70～-13.10 m 不等，逆作柱长度为 26.85～30.89 m 不等，采用 40 mm 厚 Q345GJC 钢板卷制焊接而成。逆作桩柱设计精度如表2 所示，典型结构剖面如图1 所示。

图1 典型结构剖面图

表2 逆作桩柱设计精度

1.2 地质概况

该工程 02 标段西咽喉区土层划分为人工堆积层、新近沉积层及第四纪沉积层三大类。

人工堆积层:以杂填土为主，土质不均、工程性质差，厚度为 1.5～5.4 m。

新近沉积层及第四纪沉积层:细砂、中砂层与黏土层交替出现，以细砂、中砂层为主，局部夹杂有机质黏土等不良地质。

结构底板主要位于细砂、中砂层，局部位于黏土层，桩底全部位于细砂、中砂层。

施工深度影响范围内有一层潜水，水位标高约为-11.50 m；两层承压水，最高水头标高 -13.25 m。

2 施工工艺

后插法逆作桩柱施工工艺流程:桩孔测量定位→旋挖钻机就位、引孔→埋设钢护筒→成孔至设计标高→钢筋笼安装→安装导管→灌注桩身混凝土→复测放桩位中心→插柱机对中就位→钢管柱吊装、就位、插柱施工→柱身周围空孔回填→切割工具节、移除插柱机→浇筑钢管内混凝土→封闭钢管柱→柱顶标高以上空孔回填。

该工程原始地坪标高 -1.90～-1.00 m，由于表层杂填土工程性质差，故先挖除表层土至标高 -9.93 m，在此标高施做逆作桩柱，同时可以减少空孔长度，有利于控制施工精度。

由于逆作桩柱施工所使用机械较多，且均为大型机械，同时逆作桩成孔采用泥浆护壁，为保证施工作业面稳定，使用 200 mm 厚 C20 混凝土将作业面全部硬化。

2.1 逆作桩施工

逆作桩成孔机械为德国产旋挖钻机 BG40，能满足该工程对成孔深度、直径以及垂直度等的要求，成孔后，采用超声波检测仪检查成孔垂直度、直径以及沉渣厚度，检查合格后下放钢筋笼。

由于逆作柱的吊装、植入施工需要时间较长，无法在普通水下混凝土的初凝时间内完成该施工过程，故桩身混凝土需采用超缓凝混凝土，混凝土的初凝时间为72 h。

2.2 逆作柱加工、拼装

逆作柱由柱身和可周转使用的工具柱两部分组成，柱身及工具柱均在工厂加工，综合考虑逆作柱的运输及拼装，柱身分两段加工，工具柱按整柱加工，运至现场后再进行拼装如图2 所示。

图2 柱身及工具柱拼装示意图

逆作柱柱顶标高低于施工作业面标高 3.0 m 左右，植柱机高度约为 5 m，为便于逆作柱植入施工需在柱顶以上加装工具柱，工具柱长度 9 m，采用 35 mm 厚 Q235B 钢板卷制而成。

工具柱外径与柱身相同，通过内衬管与柱身连接，如图3 所示，逆作柱植入施工完成后，将内衬管割断，工具柱经打磨修整后周转至下一颗逆作柱使用。

图3 工具柱与柱身连接示意图

2.3 逆作柱植入施工

桩身混凝土浇筑完成后，将桩孔周围清理干净后，将插柱机吊装就位、对中，然后采用双机抬吊起吊拼装好的逆作柱，逆作柱在完成空中转体后由主吊将逆作柱运送至孔口、对中后，从孔口下放如图4 所示。

图4 逆作柱吊装就位示意图

逆作柱下放至柱底接近桩顶混凝土液面，由插柱机抱紧逆作柱，在插柱机自身调垂控制系统和全站仪或经纬仪的双重控制下进行逆作柱植入施工，逆作柱植入至设计标高后，由插柱机抱紧逆作柱，插柱施工完成。

插柱完成 24 h 后用碎石回填柱周空孔至柱顶标高以下 500 mm，72 h 后将工具柱切除，移除插柱机后，浇筑柱身内自密实混凝土，采用钢板封闭柱顶，防止异物落入柱内，最后用回填柱顶标高以上空孔至施工作业面标高。

3 施工精度控制措施

通过对逆作桩柱施工工艺分析可知，测量工作贯穿于逆作桩柱施工全过程，是能否保证逆作柱施工精度的决定性因素；逆作桩的成孔垂直度，是能否保证逆作柱施工精度的前提条件之一；钢管的加工、拼装精度是能否保证逆作柱施工精度的另一个前提条件；而钢管柱插入施工的过程控制是保证逆作柱施工精度的最后一步。桩身混凝土浇筑基本不影响逆作桩柱施工精度，但应注意控制混凝土量，做到不欠缺不浪费。

3.1 测量控制

逆作桩柱定位测量采用全站仪进行三维坐标放样法，标高采用水准仪进行抄测。逆作桩柱正式施工前应做好准备工作，并制定切实可行的测量管控程序。逆作桩柱施工全过程，采取科学的测控方法，严控测量控制程序，并通过多重校核的方法，保证测量精度。

施工前准备。主要工作为提取桩柱坐标数据，统计桩长、计算桩顶标高、柱顶标高、柱长等相关数据，此阶段由参建的专业分包及总承包各自独立提取或计算，然后各方校核无误后签字确认。同时将所用到的测量仪器送有资质的检测单位进行鉴定，鉴定合格才能使用，并确保仪器始终处于鉴定有效期内。

测量程序。孔中心采用全站仪进行定位放样和复核，先由专业分包单位进行放样，再由总包单位测量人员复核，复核合格后报监理测量人员验收，监理验收合格后进入下一道工序。放样和复核时使用不同的全站仪，在验收的同时对仪器进行校验。

逆作桩柱施工全过程测量控制可分为桩孔测量控制、钢管柱拼装测量控制、插柱前测量准备以及插柱过程测量控制（见图5）。

图5 逆作桩柱测量控制

桩孔定位测量、钢管柱拼装测量控制、插柱前测量准备、插柱过程测量控制均根据施工前由各方签字确认的相关数据进行测量控制，并通过严格执行施工前制定的测量程序杜绝人为失误和测量仪器误差。

3.2 桩孔垂直度控制

本工程一体化桩柱施工的逆作桩为泥浆护壁灌注桩，其成孔垂直度允许偏差仅为 1/600，插柱时钢管柱是在桩孔内调节位置及垂直度，故逆作桩成孔垂直度不但会影响逆作柱的垂直度控制，还决定了逆作柱能否精确定位。

灌注桩成孔作业采用全回转套杆钻机，机械和司机对成孔精度有决定性的影响，故应选用工况良好的机械、经验丰富的驾驶员，并在开钻前对驾驶员进行交底、培训。钻机就位后，利用钻机自身的水平、垂直调整装置，调整钻机水平度和钻杆的垂直度，然后利用经纬仪或全站仪调校钻杆垂直度，保证钻杆垂直度＜1/600。将钻杆中心与桩位中心对齐，偏差＜20 mm。然后由驾驶员在操作室内对钻机的水平度、垂直度、中心位置进行锁定。在钻机达到最佳状态后，开始引孔作业。

护筒埋设完成除复测桩孔中心位置外，还应检测护筒埋设垂直度是否符合要求，因为桩孔顶部的护筒不只有防止孔口上部土体坍塌的作用，还在钻机成孔掘进过程中起到导向作用。

在成孔掘进过程中随时检测成孔垂直度，检测次数不少于 3 次，根据检测数据，随时调整钻机的掘进速度、钻机液压系统对钻杆施加的应力，以实现控制成孔垂直度的目的。桩孔掘进至设计标高后，采用超声波检测仪对成孔深度、孔径、垂直度等进行检测，检测合格后才能进行下一道工序施工。

目的基因序列参考SN/T 1202-2010《食品中转基因植物成分定性 PCR检测方法》[19]，大豆内源基因Lectin作为内标。具体引物探针序列见表1。

3.3 钢管柱加工、拼装精度控制

钢管柱在插柱施工过程中的垂直度控制是“以短控长”，而且钢管柱的拼装误差与钢管柱的插柱误差并不是简单的叠加，而是成倍放大，故钢管柱的加工、拼装精度也是影响插柱施工精度的关键因素。

钢管柱加工通过选用过硬的厂家来加工钢管柱节段及工具柱，并向工厂派驻经验丰富的负责人，对加工全过程进行监督、检查来确保钢管柱节段及工具柱的加工精度。

钢管柱拼装通过对加工场地硬化、选用合适的台架、科学合理的测量控制方法，多措并举来保证钢管柱拼装精度。半成品钢管柱及工具柱进场后全部放置在台架上。当钢管柱无变径时，采用水准仪抄测台架顶标高，通过调节台架横梁下的可调螺杆，使台架横梁处于同一标高上；而当钢管柱有变径情况时，则通过调整台架横梁高度，使柱中心线处于同一标高上。在调整横梁标高时，应同时调节横梁两端的可调螺杆，必须保证横梁处于水平状态，钢管柱拼装台架如图2 所示。

钢管柱的拼装精度通过柱身顶部和侧面两个方向进行控制，台架横梁标高调整完毕后，柱身顶部采用水准仪，通过标高控制，柱身侧面通过拉线、尺量控制。钢管柱调整完毕后，钢管柱节段间、钢管柱与工具柱间连接焊口先用连接板连接固定，固定后复测钢管柱垂直度，复测合格后，进行焊口焊接作业。为防止焊接变形，焊接时采用对称焊法，由两名焊工同时对称施焊，先焊对接焊缝的立焊缝，后焊对接焊缝的平焊和仰焊缝。

焊接完成后，对钢管柱节段间对接焊缝进行无损检测，检测合格后进行吊装作业，拼装完成的钢管柱吊装采用双机抬吊，起吊过程应平稳、缓慢，防止吊机施加应力过猛，使柱身发生不可逆的弯曲变形，钢管柱完成孔桩转体、摘除副吊挂钩后，由主吊运送至桩孔处。

3.4 钢管柱植入过程控制

钢管柱植入施工是逆作桩柱施工，在桩身混凝土浇筑完成后，重新测放桩柱中心位置，然后将插柱机吊装就位，并调整插柱机中心与桩柱中心对中。插柱机与控制设备连接、调试完毕后，由吊机将钢管柱与插柱机、桩孔对中下放。

为保证钢管柱顺利入孔，避免桩顶钢筋、注浆管等在施工过程中发生变形、移位现象，在桩顶以上空孔高度范围内增设辅助钢筋笼，以确保桩身钢筋笼位置正确，同时固定空孔高度范围内声测管、注浆管等附属构件位置，以便顺利实施钢管柱插柱施工，如图6所示。

插柱过程采取双控措施相互校核以控制插柱施工精度。如图7 所示，在逆作桩柱字母轴和数字轴两个方向同时架设全站仪或经纬仪，由专业测量工进行人工监测；钢管柱下放至柱身中间位置即 B3 层顶环板时，在环板上加装倾角传感器，与插柱机自动化检测系统连接，利用插柱机自动化检测系统实施连续监测。

图7 插柱垂直度控制

插柱完成后，逆作柱位于桩顶以上的空孔中，柱身自由高度高，同时为避免桩孔长时间静置，空孔范围内地层出现塌方，对逆作柱产生侧向推力，影响逆作桩垂直度及平面位置，同时造成地面塌陷出现安全隐患，将桩顶以上空孔部分用碎石填实，回填应均匀、密实。

3.5 钢管柱垂直度统计分析

基坑围护结构、包括逆作桩柱在内的各类型桩施工完成后开挖土方，土方开挖至 -26.5 m 标高位置，施做B3 层逆作顶板，此时逆作柱外露长度约 17 m 左右，超过基础筏板以上逆作柱全高 2/3，复测外露逆作柱的垂直度可以代表逆作柱全高垂直度。由于国铁列车为东西方向运行，所以只统计逆作桩南北向垂直度偏差，经复测本工程逆作柱垂直度偏差均＜1/1 000，满足设计要求，选取一部分逆作柱对垂直度复测结果进行统计分析。

根据土方开挖顺序统计最先暴露出来的 50 颗逆作柱进行分析，逆作柱垂直度偏北为正、偏南为负。经统计分析超过 70 % 的逆作柱垂直度偏差＜0.5/1 000。约 60 % 逆作柱垂直度偏北，最大偏差为0.9/1 000；约 40 % 逆作柱垂直度偏南，最大偏差为 -0.84/1 000，如图8 所示。

图8 逆作柱垂直度偏差统计

4 结语

1）通过施工前的相关参数计算提取、测量程序的制定等准备工作有效保证了逆作桩柱施工过程测量工作的顺利进行；在测量放样过程中严格执行管控程序，确保了测量放样精度。

2）通过选择工况良好的机械、熟练的操作司机，合理地控制掘进速度和检测方法，成功将逆作桩成孔垂直度控制在了 1/600，为钢管柱植入施工创造了有利条件。

3）通过设置辅助钢筋笼等措施，顺利实现了钢管柱的下放和插柱施工；通过对钢管柱加工、拼装精度的控制，以及插柱过程中采取的双控措施，将钢管柱的施工精度控制在了 1/1 000 以内。