淺析蓋挖逆作施工鋼管柱定位垂直度控制方法

桑 義（上海地鐵咨詢監(jiān)理科技有限公司， 上海 200030）

0 引 言

武漢市軌道交通 7 號線一期工程第九標段土建工程徐家棚站，布置于和平大道與秦園路交叉路口以西的秦園路下，位于和平大道西南側(cè)，與軌道交通 5 號線和 8 號線通道實現(xiàn)換乘。外包總長 217.36 m，標準段總寬 25.3 m，站臺寬度為 15 m，車站中心里程基坑深度 34.16 m，小里程盾構井基坑深度 35.962 m，大里程盾構井基坑深度 35.53 m，主體基坑總面積 11 000 m2。

徐家棚站主體結構為地下 4 層雙柱三跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型框架結構，采用蓋挖逆作法施工，圍護地下連續(xù)墻與主體結構側(cè)墻構成“疊合墻”結構，主要豎向承重構件采用鋼管混凝土柱。

車站永久鋼管樁采用 72 根下部 Φ2 300 鉆孔樁+上部Φ1 000 鋼管柱的立柱支撐；下部 Φ2 300 鉆孔樁兼做抗拔樁，Φ1 000 鋼管柱兼做永久立柱。臨時立柱采用 16 根下部 Φ1 200 鉆孔樁+上部 Φ800 鋼管立柱、13 根下部 Φ1 200鉆孔樁+上部 Φ700 鋼管立柱和 45 根下部 1 000 地下連續(xù)墻+上部 Φ700 鋼管立柱。抗拔樁采用 C35 混凝土，鋼管柱均采用 C50 微膨脹混凝土。

徐家棚車站永久鋼管柱為主要承重構件。設計要求永久鋼管柱定位垂直度偏差為≤L/1 000 mm (26 mm～31 mm)。根據(jù)設計要求，永久鋼管柱整體長度為 26 m～31 m；而現(xiàn)階段部分永久鋼管柱垂直度定位偏差達 29 mm～33 mm?？刂魄闆r不太理想。因此，如何在實際施工過程中有效控制鋼管柱定位垂直度，就成為一個急需解決的課題。本論文著眼于數(shù)理統(tǒng)計和小組討論的方法，統(tǒng)計羅列主要的影響因子，再針對主要影響因素逐條制定解決辦法。

1 鋼管柱定位垂直度影響因素

對影響鋼管樁定位垂直度的主要影響因素進行統(tǒng)計。在累計 18 次的抽測中發(fā)現(xiàn)：在影響鋼管樁定位垂直度的影響因素中，影響因素 A—作業(yè)人員操作不熟練，出現(xiàn) 1 次；影響因素 B—鋼管樁對接后垂直度偏差，出現(xiàn)4 次；影響因素 C—工具柱彎曲變形，出現(xiàn) 4 次；影響因素 D—螺旋千斤頂撐板未固定，出現(xiàn) 1 次；影響因素E—鉆孔樁成孔垂直度偏差，出現(xiàn) 3 次；影響因素 F—鋼管樁配種混凝土偏大，出現(xiàn) 1 次；影響因素 G—鉛錘質(zhì)量偏小，出現(xiàn) 1 次；影響因素 H—螺旋千斤頂腳撐板尺寸偏小，出現(xiàn) 1 次；影響因素 I—泥漿比重偏小，出現(xiàn)2 次。在發(fā)現(xiàn)的影響因素中，影響因素 A、影響因素 D、影響因素 F、影響因素 G 和影響因素 H 出現(xiàn)的頻率為 5.5%，影響因素 B 出現(xiàn)的頻率為 22.2%，影響因素 C 出現(xiàn)的頻率為 22.2%，影響因素 E 出現(xiàn)的頻率為 16.7%，I 出現(xiàn)頻率為11.1%。造成鋼管柱定位垂直度偏差難以控制的主要因素為：鋼管柱對接后垂直度偏差、工具柱彎曲變形、鉆孔樁成孔垂直度偏差和泥漿比重偏小 。

通過以上統(tǒng)計分析可知，影響鋼管樁定位垂直度的主要因素可以分為四個方面：一是人員因素，主要是作業(yè)人員操作不熟練；二是工藝方法，包括鋼管樁成孔垂直度偏差、鋼管柱配重混凝土偏大和泥漿比重偏??；三是材料工具，包括鉛錘質(zhì)量偏小和鋼管柱對接后垂直度偏差；四是測量，包括螺旋千斤腳撐板尺寸偏小和工具柱彎曲變形。影響鋼管柱定位垂直度的主要影響因素屬于工藝方法、材料工具和測量方面。針對這一情況，要將鋼管柱定位垂直度偏差控制在目標值范圍內(nèi)，就需要從這四個方面逐一制定確認標準。

小組成員依據(jù)規(guī)范和設計要求，結合現(xiàn)場實際情況，經(jīng)過多次充分的分析和討論后形成了一致意見，確認了主要原因，并對各個原因分別設立確認標準。在通過現(xiàn)場調(diào)查、統(tǒng)計、測量和分析等手段后，針對每種影響因素制定了確認標準。

(1) 作業(yè)人員操作不熟練問題。運用調(diào)查統(tǒng)計法，對現(xiàn)場定位操作工人進行調(diào)查，確定其操作熟練程度。對鋼管柱定位作業(yè)人員進行技術交底和安全交底，讓其熟練螺旋千斤頂?shù)亩ㄎ徊僮?；再次上崗仍不能勝任者，直接調(diào)換成有經(jīng)驗的熟練工人。要求工程部在一周內(nèi)完成，確保所有操作工人熟練操作定位并熟悉相關注意事項。

(2) 鋼管柱對接后垂直度偏差問題。運用測量分析法，經(jīng)監(jiān)理人員現(xiàn)場測量復核，共計有4根鋼管柱對接垂直度偏差較大，最終均造成鋼管柱定位垂直度偏差超標。要求鋼管柱對接后對垂直度偏差進行復核，對接后的垂直度偏差必須≤1 cm。

(3) 工具柱彎曲變形問題。運用測量分析法對現(xiàn)場工具柱進行量測，發(fā)現(xiàn)工具柱在吊裝使用 2～3 次后，彎曲變形明顯。有 4 根工具柱直徑的變形超過 1 cm，最大處為 1.6 cm。要求工具柱使用后及時復測，工具柱直徑彎曲變形量必須≤1 cm。

(4) 螺旋千斤頂撐板未固定問題。監(jiān)理人員在運用現(xiàn)場觀察法對鋼管柱定位復核時發(fā)現(xiàn)，鋼管柱 GZ7-4 二次定位時，螺旋千斤頂撐板跟著絲桿一起轉(zhuǎn)動，影響了鋼管柱定位調(diào)節(jié)。要求下部螺旋千斤頂增加一個軸承以固定腳撐，防止腳撐板跟著絲桿一同轉(zhuǎn)動。

(5) 鉆孔樁成孔垂直度偏差問題。運用現(xiàn)場檢測法，通過現(xiàn)場超聲波成孔檢測發(fā)現(xiàn)，鉆孔樁 GZ7-2、GZ7-3、GZ7-7在成孔 30 m～35 m 的垂直度偏差為 25 cm～30 cm，偏差較大；雖及時進行了修壁，但是對鋼管柱垂直度定位造成了影響。要求進行超聲波成孔檢測，確保成孔垂直度偏差≤L/300 mm。

(6) 鋼管柱配重混凝土偏大問題。監(jiān)理人員運用統(tǒng)計分析法進行下孔檢查發(fā)現(xiàn)，在鋼管柱配重高度為 13 m 時，螺桿轉(zhuǎn)動困難，影響了垂直度定位調(diào)節(jié)。要求在滿足抗浮要求的前提下，作業(yè)人員下孔能夠在正常條件下轉(zhuǎn)動螺桿。

(7) 鉛垂質(zhì)量偏小問題。在現(xiàn)場運用現(xiàn)場調(diào)查法調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2 kg 的鉛垂在 20 m 左右高度時的穩(wěn)定性不夠，對作業(yè)人員的定位造成了一定影響。要求將鉛垂質(zhì)量由 2 kg 增大至 5 kg；能保證鉛垂在 20 m 高度時的定準性。

(8) 螺旋千斤頂腳撐板尺寸偏小問題。監(jiān)理人員運用現(xiàn)場調(diào)查法，下孔對螺旋千斤頂定位調(diào)節(jié)進行復查，確保撐板與孔壁的完全接觸和螺桿的有效調(diào)節(jié)。檢查結果發(fā)現(xiàn)，GZ7-4 的撐板尺寸較小且嵌入孔壁中，造成絲桿難以調(diào)節(jié)。要求螺旋千斤頂在定位調(diào)節(jié)時，腳撐板能與鋼管樁孔壁完全接觸，確保螺桿能有效地進行調(diào)節(jié)。

(9) 泥漿比重偏小問題。鉆孔樁成孔后，運用現(xiàn)場調(diào)查法，及時地對現(xiàn)場的成孔質(zhì)量進行了檢測。發(fā)現(xiàn)泥漿比重偏小且 ZJ7-1 和 GZ7-11 在 30 m～35 m 處存在局部坍孔現(xiàn)象，給人工下孔定位造成了較大困難。要求鉆孔樁成孔后，螺旋千斤頂定位部位不允許出現(xiàn)坍孔現(xiàn)象。

2 針對主要影響因素進行控制

2.1 鋼管柱對接垂直度偏差問題

在鋼管柱對接前，通過托架及千斤頂進行調(diào)節(jié)，并且運用鋼尺及水準儀對鋼管柱進行第一次垂直度復測，如垂直度偏差較大則及時進行調(diào)整；在鋼管柱對接完成后，進行二次垂直度復測。在工具柱對接完成后，進行第三次垂直度復測，確保工具柱與鋼管柱的對中，并對鋼管柱與工具柱連接處的法蘭進行密封處理。

在監(jiān)理人員對鋼管柱對接前和對接后的垂直度多次進行復核后，鋼管柱對接后的垂直度偏差得到了明顯改善，最大垂直度偏差為 8 mm。

2.2 工具柱彎曲變形問題

工具柱使用完后，監(jiān)理人員及時對工具柱的周長及直徑彎曲變形量進行復測。對直徑彎曲變形量超過 1 cm 的工具柱及時進行了更換，同時對新加工的工具柱在吊環(huán)處增加了一道法蘭。提高了工具柱的抗拉性能，減小了工具柱的彎曲變形。

監(jiān)理人員對工具柱及時復測并采取控制措施后，工具柱彎曲變形量明顯減小，最大變形量為 9 mm。

2.3 鉆孔樁成孔垂直度偏差問題

旋挖鉆在成孔過程中，每 20 m 進行一次超聲波檢測，確保成孔垂直度偏差滿足 L/300 mm 的要求；如偏差較大應及時更換小鉆頭進行孔壁的修復。

在增加鉆孔樁成孔垂直度復測及修壁后，鉆孔樁成孔的最大垂直度偏差為 23 mm, 鉆孔樁成孔垂直度均符合設計偏差 L/300 mm 的要求。

2.4 泥漿比重偏小問題

鋼管樁成孔后，及時更換新鮮泥漿，將泥漿比重控制在 1.1～1.15。終孔后，及時抽查泥漿比重并對孔深進行超聲波檢測，確保螺旋千斤頂定位部位無坍孔問題。

對策實施后，經(jīng)監(jiān)理人員調(diào)查統(tǒng)計分析：在鉆孔樁成孔后更換新鮮泥漿并調(diào)大比重后，鉆孔樁未出現(xiàn)坍孔問題；在鋼管柱定位過程中，未出現(xiàn)鋼管柱上浮的現(xiàn)象。

通過監(jiān)理小組成員的不懈努力，大家對此次 QC 活動所取得的效果進行了全面的檢查。期間完成立柱鋼管樁 24根，對策實施后，鋼管柱定位垂直度偏差均在 2 cm 以內(nèi)，達到了預期目標。

重新編制的《鋼管柱定位施工監(jiān)理控制要點》實施后，QC 小組人員嚴格按照控制要點實施：按照要求對鋼管柱對接垂直度進行復測；及時對工具柱彎曲變形進行檢查；按照要求多次對鉆孔樁進行成孔超聲波檢測；及時抽測并調(diào)整泥漿比重；在后期鋼管柱定位施工中，已經(jīng)將鋼管柱垂直度偏差基本控制在 20 mm 以內(nèi)。

3 結 語

此次 QC 活動開展后，有效提高了永久鋼管柱的定位垂直度，同時也減小了鋼管樁的施工成本。該項成果的取得，傾注了監(jiān)理小組全體人員的智慧和心血，為今后類似工程的施工積累了寶貴的經(jīng)驗。通過本 QC 小組此次務實、規(guī)范的 PDCA 循環(huán)，監(jiān)理小組全體人員在如何開展 QC 活動、如何正確利用科學規(guī)范的質(zhì)量控制方法等方面得到了進一步的鍛煉。本次活動的成功，大大地增強了各成員對質(zhì)量管理的信心和決心。在實際工作中將 QC 活動和項目實際情況相結合，注重創(chuàng)新創(chuàng)效，體現(xiàn)專業(yè)技術和管理技術的結合，用數(shù)據(jù)說話，善于發(fā)現(xiàn)問題，學會用科學的方法指導施工，有利于更加深入地開展全面質(zhì)量管理活動。

徐家棚站為武漢軌道交通 7 號線與軌道交通 5 號線和8 號線的換乘站，地處武漢交通繁忙地段，工程為蓋挖逆作法施工。工程作為全國軌道交通車站深基坑施工的一次實踐，具有很高的社會影響力和借鑒意義。本次 QC 課題的成功，不僅節(jié)約了鋼管柱定位施工的成本，更解決了傳統(tǒng)施工工藝(鋼管柱人工定位)垂直度偏差較大的技術難題。此舉贏得了武漢地鐵公司各級領導的高度贊揚和好評，為上海地鐵咨詢監(jiān)理科技有限公司在武漢市軌道交通建設中樹立了良好的形象。