1、2023年9期技术应用科技创新与应用Technology Innovation and Application逆作桩柱一体安装加设回转钻机平台混凝土底座施工技术研究位帅鹏，刘汝超，樊子烁，丁光鑫，李宏芬，李文军（中国建筑第四工程局有限公司，广州 510665）随着社会蓬勃发展，更多超高层的多层地下室、地下商场和隧道等结构采用逆作法施工工艺，而国内大直径的逆作桩柱一体安装技术尚未成熟。钢管柱设计做法存在环板，回转钻机平台在夹持钢管柱插入设计深度的过程中受到浮力阻碍，如何避免与环板节点碰撞，保证钢管柱施工达到设计要求是研究桩柱一体安装技术的重点。本文结合北京城市副中心站综合交通枢纽工程，以超长大直
2、径逆作桩柱一体安装施工中的实际操作经验，有针对性地对该施工技术进行探讨。1工程概况北京城市副中心站综合交通枢纽工程 03A 地块位于通州区芙蓉路以东，杨坨一街以南，既有 6 号线以北，地下结构采用框架结构体系，普通楼面采用现浇钢筋混凝土楼板体系，地上有 100、150 和 240 m 的塔楼，地上裙房 5 层，地下 35 层地下室，无裙房区域地面覆土约 3 m，基础埋深最深约-28 m，工程项目整体效果图如图 1 所示。图1项目建设效果图盖挖逆作区域工程桩深度达到 68 m，桩径为 2 m，钢管柱最小直径 1.5 m，最小长度 29 m；逆作钢管柱施工过程中，由于混凝土会对其产生浮力阻碍，钢管
3、柱环基金项目：北京城市副中心站综合交通枢纽工程 03 标段项目（无编号）第一作者简介：位帅鹏（1989-），男，工程师，科技与设计管理部经理。研究方向为建筑施工技术。摘要：逆作桩柱一体安装施工技术在不同结构工程中应用广泛，为控制好钢管柱垂直度，解决逆作桩柱一体安装施工过程中钢管柱环板与回转钻机平台夹持作用位置点冲突问题，以克服钢管柱插入桩内混凝土时产生的浮力阻碍。该文结合北京城市副中心站综合交通枢纽工程，重点介绍桩柱一体安装施工工艺、回转钻机平台混凝土底座的原理及作用。应用该技术解决桩柱一体安装施工的难题，为同类工程施工提供参考。关键词：逆作法；钢管柱；环板；混凝土底座；回转钻机平台中图分类号
4、：TU758.11文献标志码：A文章编号：2095-2945（2023）09-0166-04Abstract:The construction technology of integrated installation of reverse pile is widely used in different structural projects,inorder to control the verticality of steel pipe column and solve the problem of the position conflict between the ring plate
5、of steelpipe column and the platform of rotary drilling rig during the construction of integrated installation of reverse pile,in order toovercome the buoyancy hindrance caused by the insertion of steel pipe column into the concrete in the pile,this paper combinesthe comprehensive transportation hub
6、 project of Beijing Urban Sub-Central Station.The construction technology of integratedinstallation of pile and column,the principle and function of concrete base of rotary drilling rig platform are introducedemphatically.The difficult problem of integrated installation of pile and column is solved
7、by using this technology,which providesa reference for the construction of similar projects.Keywords:inverse method;steel pipe column;ring plate;concrete base;rotary drilling rig platformDOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.09.041166-技术应用科技创新与应用Technology Innovation and Application2023年9期板与回转钻机夹持产生节点碰撞，
8、现拟通过研发一种超长大直径逆作桩与钢管柱一体安装的施工技术，以达到降本增效、节约工期的目的。回转钻机夹持钢管柱效果图如图 2 所示。图2回转钻机夹持钢管柱效果图2逆作桩柱一体安装施工的难点由于逆作钢管柱依靠自重下沉到与桩混凝土临界面时，继续插入桩的过程中将产生浮力阻碍，另一方面，钢管柱按照设计要求焊接环板与回转钻机夹持部分存在碰撞，钢管柱环板后焊接施工困难，且存在结构安全隐患，成本较高、经济效益不理想。因此，研究发明一种回转钻机平台可周转混凝土底座，以抬高平台高度避免与回转钻机平台的碰撞。钢管柱组合布置图如图 3 所示，钢管柱环板节点如图 4 所示，钢管柱结构梁搭接环板如图 5 所示。图3钢管
9、柱组合布置图图4钢管柱环板节点效果图图5钢管柱结构梁搭接环板效果图3逆作桩柱一体安装施工加设混凝土底座的原理及作用逆作桩的钢管柱在插入已施工完成逆作桩内的过程中，钢管柱接触到桩内混凝土界面时，会受到浮力阻碍且下沉深度增大，随着浮力逐渐增大，需借助回转钻机夹持钢管柱插入设计深度，调整钢管柱中心线偏差与垂直度。由于钢管柱环板节点位于回转钻机机身高度范围内，外径较大，且回转钻机原机身高度受限，回转钻机在夹持位置点与环板碰撞，若钢管柱环板采用后焊接，即在土方开挖完成后对钢管柱进行环板焊接，将造成施工及其困难且成本较高，经济效益不理想。所以在不采用钢管柱环板后焊接的前提下，依据桩内混凝土产生的浮力阻碍计
10、算设计出一组可周转混凝土底座，使回转钻机定位平衡板增加高度，满足施工要求。钢管柱基础节点如图 6 所示。3.1钢管柱插入桩内过程中的受力分析计算钢管柱进入桩内即受到泥浆的阻力，在未接触到桩内混凝土之前，依靠钢管柱自重可以克服泥浆阻力作用（GF阻），在这个过程中，只需依靠履带吊控制钢管柱即可满足施工要求。随着钢管柱接触到桩内混凝土，混凝土对钢管柱产生浮力作用，此时仅借助履带吊依靠钢管柱的自重无法克服浮力阻碍（GF浮），因此需要借助回转钻机平台夹持钢管柱继续插入混凝土中，考虑钢管柱环板与回转钻机平台夹持位置点碰撞，且环板若后焊接会造成结构安全隐患及耗费巨大成本，经济效益滑坡；回转钻机平台加设混凝土
11、底座，抬高平台高度，解决了与钢管柱环板节点碰撞问题；根据回转钻机平台和混凝土底座自重应大于或等于混凝土产生的浮力（G1G2F浮），通过钢管柱重量（M）计算得出浮力值（F浮=G排=gV排），从而得出混凝土底座的最小重167-2023年9期技术应用科技创新与应用Technology Innovation and Application力，根据 G=pgv 计算得出混凝土底座体积大小及配筋（配筋率=As/bh0）。图6钢管柱基础节点详图钢管柱插入使钢管柱受到的浮力与钢管柱的重力相等的深度时，通过钢管柱上部栓钉此时的高度与回转钻机此时的高度差得出混凝土底座的高度。F浮=r2b1p混+r2（h-b1）p
12、泥1039.8，式中：r 为钢管柱半径，b1为桩柱搭接长度，h 为柱长，p混为混凝土比重（12.452.5 t/m3），p 泥为泥浆比重（1.051.2 g/cm3）。V=abh-（r+0.2）2h，式中：a 为底座长，b 为宽，h 为底座高，r 为钢护筒半径。3.2单根钢管柱环板后焊接成本分析计算钢管柱环板后焊接成本分析计算表见表 1。以单根直径为 1 300 mm 的钢管柱为例，若钢管柱环板后焊接比钢管柱在工厂加工焊接为成品增加费用约 1.3 万元，且现场施工操作困难，因此加设回转钻机混凝土底座可解决成本增加问题，亦满足施工要求。3.3底座技术参数及说明通过受力计算得出单个混凝土底座高 1
13、.7 m，宽为 2.4 m，长为 5 m，中间部分像内侧凹进，2 个为一组，对接拼装，在桩孔周围形成完整平台，平台上部布置定位平衡板、回转钻机，其平面尺寸满足定位平衡板、回转钻机的安装需要。底座平台顶面作为施工平台，用于安拆回转钻机、夹块和钢管柱安装等，四周布置护栏，作为安全措施，保证人员安全。使用底座将加高平台和回转钻机，其重心也随之升高，对底座稳定性要求也更高，必须保证底座的强度和稳定，底座在桩基混凝土浇筑完成后吊运至孔口布置，保证底座平台的稳定，并且混凝土底座强度较大，满足平台、回转钻机和钢管柱施工荷载要求。平台下部预留钢筋笼穿杠安装空间，不影响钢筋安装和混凝土浇筑，混凝土底座下部预留
14、30 cm 高度空间，用于布置钢筋笼穿杠。钢管柱 直径/mm 壁厚/mm 长度/m 柱重/t 人工费/元 设备费/元 材料费/元 GKZ1 1?000 40 29.28 27.71 500 1?300 3?100 GKZ2 1?200 40 29.28 30.98 600 1?565 3?700 GKZ3 1?300 50 33.49 53.66 700 1?700 4?205 表1钢管柱环板后焊接成本分析计算表4现场实施效果现场实施效果如图 7、图 8 所示。图7桩柱一体安装回转钻机平台图8混凝土底座上部筏板顶面标高筏板厚度200 mm插入钢管柱内 200 mm隔一插一连接板连接板筏板顶面标
15、高筏板厚度200 mm5 300 mm1 200 mm22 栓钉，钉长 140 mm环向间距 150 mm，纵向间距 150 mm灌注桩2 000 mm（下转172页）168-2023年9期技术应用科技创新与应用Technology Innovation and Application砼管 修复后 充满度 坡度/粗糙系数 流速/(ms?)流量/(Ls?)100 0.42 3.15 0.008 1.26 30.30 200 0.36 3.15 0.008 1.22 35.42 300 0.37 3.15 0.008 1.26 37.52 400 0.39 3.15 0.008 1.23 44.1
16、2 500 0.40 3.15 0.008 1.31 48.85 600 0.41 3.15 0.008 1.29 49.92 700 0.42 3.15 0.008 1.28 33.06 800 0.41 3.15 0.008 1.22 31.25 900 0.41 3.15 0.008 1.26 36.36 参考文献：1 张叮叮.给水大口径钢管穿插刚性管长距修复应用案例分析J.中国给水排水，2020，36（16）：121-125.2 赵欣，顾卫东，蒋隽睿，等.聚氨酯材料内喷涂修复技术在供水管道非开挖修复中的应用J.净水技术，2020，39（S2）：117-120.3 赵志宾，蒋景生，王利强，等.截污管道内衬修复工程中螺旋缠绕法环形间隙填充注浆的质量控制J.天津科技，2022，49（5）：44-46，50.4 窦铁生，程冰清，夏世法，等.CFRP 内衬法加固预应力钢筒混凝土管的内水压力试验研究J.混凝土与水泥制品，2021（11）：44-48.5 史国棚，马保松，杨超，等.水泥砂浆喷涂法修复钢筋混凝土管道结构性能J.中国给水排水，2020，36（20）：32-38.6 钱吉洪，陈威任
