关于深基坑工程中格构柱施工探讨

关于深基坑工程中格构柱施工探讨

尚璐琳谢敦茎熊文君查俊

武汉中建工程管理有限公司湖北武汉430061

摘要：在建筑高度不断刷新的背景下，超大超深基坑越来越显得常态化，深基坑施工的技术要求也越发凸显。而格构柱施工作为深基坑施工的重要组成部分，如何保证格构柱的施工的完善也成为了深基坑施工的首要前提。因此，下面以湖北某项目的格构柱施工中所面对的各种现象，来详细探讨深基坑格构柱施工管理和控制，为之后的深基坑格构柱施工提供经验借鉴。

关键词：深基坑；格构柱；连接接头；控制要点

对于基坑安全来说，尤其是深基坑，每一个问题点都值得我们重视，格构柱承受水平支撑及出土栈桥梁竖向荷载并将荷载传到桩基，因此钢格构柱的质量问题，更是关乎于基坑全局的重中之重。但在工程实践中，支撑体系及栈桥系统作为临时工程，很多单位都没引起足够的重视，发生了很多深基坑坍塌事故，给社会造成恶劣影响。下面就以湖北某项目深基坑中钢格构柱施工为例，以指导类似施工：

一、工程概况

湖北某项目基坑面积约31000平方米，基坑总延长米约为839米，裙楼筏板区域开挖深度为19.75m，塔楼区域开挖深度为21.75m，属于超大超深基坑。

本工程水平支撑及出土栈桥梁竖向荷载由钢格构柱传递，钢格构柱在桩基施工阶段下放。立柱桩分为增打立柱桩和利用主体结构工程桩的立柱桩两种类型。格构柱随同桩钢筋笼一并下放，并插入混凝土三米以上，全场格构柱计412根，采取钢格构厂家预制，现场接长采用法兰盘高强度螺栓，接头处包焊内衬角钢加强的方法接长。

二、土方开挖后现场描述

土方开挖后，现场预施工格构柱存在一下几种形态：

1、混凝土超灌过大，格构柱内外被混凝土包裹；

2、垂直度偏差过大，不满足1/300的设计要求，出现可视性倾斜；

3、钢格构柱缺失、偏位、标高过高或偏低；

4、钢格构柱方位与设计不符，水平支撑梁钢筋无法从格构柱中正常穿过；

5、钢格构柱螺栓松动或缺失，内衬角钢未焊接；

6、钢格构柱连接接头处于同一平面，或接头错位；

三、问题分析

对于深基坑格构柱施工出现种种问题形态，我们需要根据具体的问题进行具体的分析，有些问题的发展源于桩基施工阶段，有些问题的发展源于后期土方开挖阶段：

（1）关于混凝土超灌：

1、桩基施工阶段，有20多米的空孔，未能严格把控混凝土超灌高度，导致格构柱内外被混凝土包裹；

（2）关于钢格构柱垂直度偏差：

1、桩基施工阶段，格构柱下放过程完全靠自身自重保持垂直度，对垂直度把控不够精准；

2、接头未按照设计要求进行连接，螺栓缺失或松动，角钢未焊接，接头未进行紧密连接，导致下方前已经歪斜；

3、桩笼径过小，格构柱无法在下放钢筋笼后单独下放，只能在与钢筋笼连接后下放，过程中造成扰动；

4、因现场施工场地受限，且异地加工受运输条件限制，钢格构柱长度无法满足深基坑施工要求，运输至现场的格构柱又无法在现场连接加工，只能够在下放过程中进行连接，连接后格构柱整体的垂直度无法保证。

5、土方开挖过程中，未进行对称开挖，格构柱受到土压力，且在格构柱接头连接不紧密的情况下，导致格构柱垂直度出现偏差。

（3）关于格构柱缺失，偏位或标高不准：

1、本工程典型的“三边”工程，桩基施工过程中，设计变更频繁，导致部分格构柱下放遗漏；

2、桩基施工过程中，立柱桩浇筑完成后，混凝土承载力未完全达到要求时，提前拔去插杠，钢格构柱因重力下沉，导致第一道支撑施工时未能找到该格构柱；

3、钻机对位采用人工引导进行对位，精度上无法满足施工要求，且钢格构柱下放定位困难，进一步增加偏位影响；

4、格构柱下放过程中对下放深度未精确控制，格构柱长度不一，插入混凝土面控制不精准；

（4）关于格构柱方位：

1、格构柱下放过程中不够平顺，有转动，导致下放后方位不准确。

2、人工下放，方位定位较繁琐，操作难度大，且下方后钢立柱方位无法进行查验；

（5）关于接头螺栓缺失、松动、内衬角钢未焊接：

1、施工工艺不成熟，相关管理人员经验不足，对问题预见性不足，未形成有效管理；

2、工人对接头重要性认知不足，且下放后因重量过大无法提起检验，未采用扳手扭紧，或螺栓数不足，人为因素导致；

3、工作面不足，工人施工仅能够站在护筒边操作，活动范围有限，危险性较大且操作空间不足。

4、格构柱规格尺寸较小，460*460格构柱内部空间小，导管本身管径占据较大空间，焊接角钢后，易导致导管无法下放，影响混凝土浇筑；

（6）格构柱接头处于同于平面，或接头错位：

1、格构柱进场后，对格构柱材料检查不够到位，导致同截面接头格构柱下放；

2、场外加工格构柱，运送到现场保存，现场保护措施不到位，或用挖机对格构柱进行转运过程中造成格构柱损伤。

四、整改措施

针对上述分析结论，我们不止要在问题发生后，提出切实可靠的处理方案，同时，要溯本追源，对造成问题的原因采取行之有效的管控措施，从根本上杜绝问题的发生。

（1）关于混凝土超灌的处理及预防办法：

1、针对已造成超灌的立柱桩，需采用人工采用冲击钻对超灌混凝土进行破除，同时破除过程中要注意避免对格构柱本身造成损伤；

2、为避免此类现象发生，需在桩基施工阶段，对混凝土超灌情况进行严格把控和检测。

（2）关于钢格构柱垂直度偏差的处理及预防办法

1、针对土方开挖后，格构柱垂直度偏差过大的情况，首先对全体格构柱进行排查，并根据排查结果形成汇总结论，并在CAD图纸上进行注明，并提交设计院给出对应加固方案；

2、根据本工程经验，可采取同材质工字钢通过焊接形式与相邻工字钢进行剪刀撑连接，增加钢格构柱刚度，同时阻止倾斜进一步发展；

3、为避免出现此类现象，可在钢格构柱下放时，建议采用调垂架进行调垂下放，确保下放垂直度满足要求；同时，应避免在下放过程中进行连接，格构柱应完成接长加工后直接下放，不宜在下放过程中连接；格构柱连接采用高强螺栓连接不易控制，且施工工艺不够成熟，应在加工厂直接采用焊接完成连接，或现场焊接随后进行下放；在土方开挖过程中，应对称开挖，随时关注开挖情况，不可从格构柱一侧开挖，使格构柱承受水平向的土压力。

（3）关于格构柱缺失，偏位或标高不准的处理及预防办法：

1、对于格构柱缺失的情况，在桩基施工阶段，认真细致核对开孔单，并将设计变更及时在原图上标注。土方开挖过程中要及时关注，当开挖深度较浅时及时跟进，对格构柱数量和位置进行清点统计，根据缺失格构柱位置查询过程控制资料，明确缺失原因，并联系设计院，确认增补方案，并要求桩基单位及时进场增补。

2、对偏位格构柱应联系设计单位，根据格构柱偏位情况，设计支撑杆件局部扩大外包钢立柱方案，使支撑通过环抱形式，与支撑梁相连接。

3、针对格构柱标高过高或偏低情况，桩基施工阶段，严格做好标高标记，对工人做好交底。开挖后，根据现场情况，对过高格构柱进行割除，对偏低格构柱通过专项的方案进行接长。

4、为避免此类现象，尽量杜绝人工疏忽造成的格构柱缺失及漏下；对下放格构柱的钻孔灌注桩，对插杠拔除时间应严格控制，需至少在48小时后拔出插杠，避免因混凝土强度不足，造成立柱下沉；对护筒安装完成后，严格做好桩位复核，并留下明显标记，确保桩位偏差控制；对于格构柱标高控制，应对采用对格构柱吊筋严格控制的方式，通过吊筋长度的控制来把握格构柱标高；

（4）关于格构柱方位的偏差的处理及预防办法：

1、土方开挖后，格构柱偏差已形成结果的，首先通过格构柱四面焊接钢筋的形式，对格构柱与支撑梁连接进行加强；

2、对于因格构柱方位偏差而造成支撑钢筋无法穿过连通的情况，可对主筋前端进行90度机械调弯，然后通过双面焊的形式，与钢格构柱连接，但要注意避免焊接对格构柱造成损伤；

3、对于格构柱方位的施工控制是较为困难的，首先，应确保足够的桩径，使格构柱下放平顺，不会在下方过程中转动；对每根格构柱通过放点的形式确定方位，通过十字交叉法进行对照，确定方位后下放的；但上述方法实施难度较大，因此，基坑施工对于格构柱的控制难以理想。个人认为，可采用钢管桩代替格构柱进行施工，对于方位无固定要求，同时对于支撑钢筋的连接方式也较为清晰，相较格构柱支撑施工的复杂程度来说，更有利于现场的施工；

（5）关于接头螺栓缺失、松动、内衬角钢未焊接的处理及预防办法：

1、对于土方开挖后暴露接头，螺栓松动的，通过扳手重新扭紧，对于缺失的部分，重新安装螺栓进行扭紧；

2、内衬角钢未焊接的，按照原设计要求，重新在内部安装角钢进行焊接；

3、除按照原设计要求进行处理外，需在耳板上焊接三角板对耳板进行加强，同时对法兰盘连接接头处的空隙通过填充C60的灌浆料进行灌浆，使接头连接密实；

4、为避免此类现象的发生，应在格构柱连接过程中，将接头这一薄弱点作为重点关注对象，进行重点管控；同时，格构柱内焊接角钢与使用高强螺栓连接的设计方案，在实际施工过程中施行困难，工人在下放钢立柱时，无法形成可靠稳固的操作平台，仅站在护筒上进行操作，在焊接内衬角钢与设置高强螺栓过程中，工人移动困难且安全风险极大，因此不推荐在下放过程中进行接长，建议在现场设置加工厂，格构柱接长在加工厂加工完毕，经过验收合格后，运输到桩位处下放。

（6）关于格构柱接头处于同于平面，或接头错位的处理及预防办法：

1、对角钢接头处于同一截面的格构柱，除按照设计要求增设内衬角钢及加强板外，需在上下两侧各水平满焊两道钢缀板，同时耳板间的缝隙同样采用C60的灌浆料填充密实；

2、对于格构柱结构错位的，处除按原设计要求增设内衬角钢及加强板外，需在上下两侧各水平满焊两道钢缀板，错位的角钢两侧上下钢缀板通过水平斜焊钢缀板连接，同时耳板间的缝隙同样采用C60的灌浆料填充密实；以上工序完成后，需在接头处上下各50cm处绑扎钢筋并支模板，随后用C35混凝土进行外包；

3、为避免此类现象发生，在加工厂直接完成格构柱的加工与接长同样是十分必要的；同时，应做好格构柱材料进场后的检查，对不符合设计要求的格构柱进行退场处理；格构柱材料进场后，应采取下垫上盖措施，并规划专门的堆放区域，做好成品保护；在格构柱下放前，应再一次检查格构柱的完整性，对已损伤格构柱，坚决不允许下放。

五、最终效果：

本项目目前土方已开挖完成，经第三方监测，支撑体系及基坑变形情况很好。以第138次检测数据为例：

1、地连墙顶竖向位移本次最大变形速率0.48mm/d（报警值连续3天≥2mm/d），累计最大变形7.22mm（报警值连续3天累计大于20mm）；

2、地连墙顶水平位移本次最大变形速率0.50mm/d（报警连续3天≥3mm/d），累计最大变形6.50mm（报警值：地铁侧累计25mm或普通侧累计35mm）；

3、立柱桩竖向位移本次最大变形速率0.55mm/d（报警连续3天≥5mm/d），累计最大变形11.28mm（报警值连续3天累计大于20mm）；

4、立柱桩水平位移本次最大变形速率0.70mm/d（报警连续3天≥3mm/d）,累计最大变形-6.70mm（报警值连续3天累计大于35mm）；

5、内支撑应力本次最大轴力：ZC5为2385.38KN（报警值27000KN），ZC7--2为4193.30KN（报警值44000KN），ZC7--3为2977.16KN（报警值53000KN）；

6、坑外土体深层侧向位移本次最大变形速率0.99mm/d（报警连续3天≥3mm/d），累计最大变形-2.77mm（报警值：地铁侧累计25mm或普通侧累计35mm）；

7、坑外土体深层侧向位移本次最大变形速率-0.99mm/d（报警连续3天≥3mm/d），累计最大变形-2.26mm（报警值：地铁侧累计25mm或普通侧累计35mm）；

各项检测数据均处在安全范围内，且均未有不利方向发展迹象。

上述对本项目格构柱施工常见的问题及解决方法进行简单的阐述，将本工程的一些经验教训加以总结，希望以对之后深基坑格构柱施工提供参考与借鉴。

参考文献

[1]《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）；

[2]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2018）；

[3]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）；

[4]《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）；

[5]《湖北省标准基坑工程设计规程》（DB42/159-2012）；;

[6]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）；

[7]《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-20002）;

[8]《钢筋焊接及验收规程》（JGJ018-2012）;

[9]《湖北某项目基坑支护工程结构施工图》

作者信息

1尚璐琳，身份证号码：14272419950707XXXX。

2谢敦茎，身份证号码：42011719900720XXXX。

3熊文君，身份证号码：42092219940905XXXX。