一种桩柱一体化施工方法与流程

本发明属于工程施工技术领域，具体涉及一种桩柱一体化施工方法。

背景技术：

近几年来随着城市市政设施的完善、生活品质的提高以及对周围环境的改善，城市中心区域新建地铁车站已基本没有明、盖挖施工的条件，新建地铁车站多采用洞桩法（简称“pba”）暗挖修建而成。目前，洞桩法修建的暗挖车站多为单跨双层、双跨双层、三跨双层车站，对于三跨三层以及四跨双层等多层多跨暗挖车站施工顺序、暗挖车站钢管柱差异沉降情况及其对结构的影响等研究较少，需要进行系统的研究。

目前常用的暗挖车站钢管柱安装多采用桩顶安装定位器的方法。在盖挖法施工中钢管柱在地面完成安装，作业空间大，现已有专用抱管机进行钢管柱定位，桩柱一体浇筑技术。但此方法是浇筑混凝土完成后，依靠设备外力强行插入钢管柱，对钢管柱底端要求进行封端，且对已浇筑混凝土缓凝时间要求较高；另对钢管柱柱芯混凝土需另行用时施工。

因此需结合工程实际情况、研究了钢管柱新型安装定位方法，节约钢管柱安装时间、提高施工效率，尤其在洞内（有限空间内）。

现有技术中，在桩顶安装定位器领域，人工下孔安装钢管柱，有限空间作业，安全性差。超灌混凝土高度不易控制，凿除超灌混凝土时间较长。定位器安装质量验证困难。工序繁琐，施工效率低。在hpe液压垂直插入技术领域，hpe液压垂直插入机设备过于庞大，只能在地表上进行施工，无法在狭小空间（如导洞）内使用。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种桩柱一体化施工方法，所述施工方法在套管调垂机的钢管柱顶部放置高精度倾角传感器进行标定和控制，通过套管调垂机通过液压抱箍对钢管柱进行固定，以调垂机液压支腿进行调节，观察传感器数值来确定设备水平，并且采用调垂机完成钢筋笼安置、钢管柱安置、柱下桩身混凝土水下混凝土灌注及钢管柱柱芯混凝土浇筑一体化施工，取消抽排桩孔泥浆、剔凿桩头混凝土、安装定位器、安装钢管柱、多次浇筑混凝土多道工序，以保证钢管柱垂直实现机械快速桩柱一体化施工。

进一步地，所述施工方法包括以下步骤：

s1：调垂机精确定位就位；

s2：放置钢筋笼；

s3：安装第二~五节及工具节钢管柱；

s4：放置高精度倾角传感器进行一键调平，放置灌注导管；

s5：灌注水下桩基c30混凝土至底板底；

s6：中桩与钢管柱间四周灌砂平衡；

s7：灌注柱芯c50微膨胀混凝土至第二节钢管柱顶部；

s8：拆除工具节钢管柱后安装设计第一节钢管柱；

s9：安装柱顶钢筋笼；

s10：灌注剩余柱芯c50微膨胀混凝土；

进一步地，所述s1包括：

s11：钻机机在井上分拆，所述钻机机的机载吊臂为3t，中间抱箍部分为7t；底盘为2t，再由竖井龙门吊吊运至井下；

s12：采用“十字丝”对调垂机平面进行精确定位；

s13：利用导洞侧墙上设置的标高水准点，对调垂机抱箍平台标高进行控制；

s14：全部就位后采用丝杠支顶在导洞侧墙上；

进一步地，所述s2具体为采用调垂机的吊装系统对钢筋笼进行吊装，钢筋笼因受导洞净空高度的限制，分节长度为2~2.5m，连接方式采用直螺纹接头进行施工；

进一步地，所述s3包括：

s31：钢管运输至孔口处，利用调垂机机载吊机进行钢管柱吊装，缓慢竖直向上提升钢管，离开运输车；然后把运输车拖走，离开钢管所在位置；

s32：缓慢收紧，顶升调垂机机载吊机的液压杆，同时缓慢松开吊机的主钩，维持钢管始终处于稳定，且离开地面10cm；

s33：进行至钢管竖直的位置，检查确保钢管稳定，摘除吊机机架的环链葫芦挂钩，逐渐下放调垂机高度，慢慢下吊钢管；待钢管上端法兰接近井口标高，预留距离；安装井口的卡口钢板，将钢管固定在卡口钢板上面，检查并确保可靠、稳定，摘掉挂钩；

s34：以s31-s33的方式吊装下一节，然后安装钢管柱连接法兰的高强螺栓；依次逐节安装剩余节段，最后采用调垂机将整根钢管柱固定在孔口，保持调垂机操作平台稳固；

进一步地，所述s4包括：

s41：采用调垂机的抱箍将钢管柱抱紧后，测量组对钢管柱的定位及标高进行复测，确保钢管柱顶节的准确度；

s42：在钢管柱顶部放置高精度倾角传感器，用于实时监测钢管柱的垂直度；

s43：通过调垂机与高精度传感器的数显装置观察钢管柱的垂直度实际情况，采用一键调平功能对调垂机的液压支腿进行调节，从而将调垂机设备进行调平，使得钢管柱垂直度符合设计要求；

s44：桩身混凝土采用灌注导管进行水下灌注，所述灌注导管为直径219mm钢管，底节导管长3m，且底部不设法兰，其余导管为（2.5m~1m）/节；

进一步地，所述s5中设置c30桩基混凝土柱外位置为底纵梁底，将c30混凝土超灌1m，采用测绳加强对混凝土高度的测量，所述s6中采用在钢管柱与孔间灌砂对c30混凝土进行反压，加强柱芯内混凝土的高度测量，保证柱芯混凝土液面高度不得升高；

进一步地，所述s7具体具体为将导管拔到钢管柱底部，开始进行c50微膨胀混凝土的灌注，同时监测柱内、柱外的混凝土液面高度；若发现柱外混凝土液面升高，暂停灌注混凝土，继续在柱外进行灌砂，保持外部的混凝土液面，在钢管柱工具节底部设置直径15cm的圆孔，柱芯混凝土超灌0.5-1m，将c30混凝土及浮浆从方孔溢出；

进一步地，所述s8具体为待混凝土强度达到要求后，继续灌砂将四周填满，松开抱箍撤离调垂机，同时在孔口设置固定装置；对混凝土进行凿毛，安装设计第一节钢管柱；

进一步地，所述s9具体为安装钢管柱顶部2m长钢筋笼，钢筋笼伸入钢管柱1m，在柱顶采用钢筋进行固定；

进一步地，所述s10具体为将剩余的柱芯c50微膨胀混凝土进行灌注，浇灌混凝土前先浇灌一层厚度为10~20cm的水泥砂浆，防止自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳；

本发明的有益效果如下：

1）取消人工下孔安装钢管柱，提高施工安全性；

2）取消钢护筒，降低施工造价；

3）提高施工工效。

附图说明

图1为本发明所述施工方法中调垂机结构图；

图2为本发明所述施工方法中调垂机侧视图；

图3为本发明所述施工方法中调垂机俯视图；

图4为本发明所述施工方法中s31示意图；

图5为本发明所述施工方法中s32示意图；

图6为本发明所述施工方法中s33示意图；

图7为本发明所述施工方法中液压支腿结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：

如图1-图7所示，本发明提供一种桩柱一体化施工方法，所述施工方法在狭小空间内通过机械快速桩柱一体化施工，从而提高施工安全性。

本发明提供的具体技术方案如下：

一、多功能套管调垂机精确定位就位

（1）调垂机工艺原理及功能参数

为保证在导洞有限空间内安全、高效的进行钢管柱安装，按照导洞尺寸要求设计一种多功能套管调垂机。其工艺原理：

①多节钢管柱安装为一整节后为一刚性体，加工精度要求高；

②在钢管柱顶部放置高精度倾角传感器进行标定和控制；

③调垂机通过液压抱箍对钢管柱进行固定；

④通过调垂机液压支腿进行调节，观察传感器数值来确定设备水平，从而来保证钢管柱垂直。调垂机如图1-图3所示，其技术参数如下：

型号：tc-900

钻机尺寸：

行进：6500×2700×2600

工作：5400×2700×4800

钻机重量（kg）：12000

吊装能力：

主钩：14t

副钩：3t

（2）调垂机分体吊装

由于常规竖井的龙门吊吊装能力为10t，调垂机总重12t，且尺寸较大；因此钻机机组必须在井上分拆（机载吊臂3t；中间抱箍部分7t；底盘2t），再由竖井龙门吊吊运至井下。

（3）调垂机精确就位

采用“十字丝”对调垂机平面进行精确定位；同时利用导洞侧墙上设置的标高水准点，对调垂机抱箍平台标高进行控制；全部就位后采用丝杠支顶在导洞侧墙上。

二、放置钢筋笼

采用调垂机的吊装系统对钢筋笼进行吊装，钢筋笼因受导洞净空高度的限制，分节长度在2~2.5m长，连接方式采用直螺纹接头进行施工。

三、安装第二~五节及工具节钢管柱

（1）钢管柱在厂家加工，经验收试拼及探伤合格后运往现场。在运输过程中要加强成品保护工作，钢管柱底部按规定的间距、高度进行垫离，防止轴向变形。钢管运输至孔口处，利用调垂机机载吊机进行钢管柱吊装，缓慢竖直向上提升钢管，离开运输车；然后把运输车拖走，离开钢管所在位置，如图4所示。

（2）缓慢收紧，顶升调垂机机载吊机的液压杆，同时缓慢松开吊机的主钩。该过程务必缓慢进行，提升机构协同工作，确保钢管始终处于稳定，且离开地面10cm左右，如图5所示。

（3）进行至钢管竖直的位置，检查确保钢管稳定，摘除吊机机架的环链葫芦挂钩，逐渐下放调垂机高度，慢慢下吊钢管；待钢管上端法兰接近井口标高，留够适当距离；安装井口的卡口钢板，将钢管固定在卡口钢板上面，检查并确保可靠、稳定，摘掉挂钩，如图6所示。

（4）以同样的方式吊装下一节，然后安装钢管柱连接法兰的高强螺栓。依次类推逐节安装其它节段，最后采用调垂机将整根钢管柱固定在孔口。施工期间必须确保调垂机操作平台稳固可靠。

四、放置高精度倾角传感器进行一键调平五并放置灌注导管

（1）采用调垂机的抱箍将钢管柱抱紧后，测量组对钢管柱的定位及标高进行复测，确保钢管柱顶节的准确度。

（2）在钢管柱顶部放置高精度倾角传感器，用于实时监测钢管柱的垂直度。所述传感器参数如下：

传感器型号：sda8200k01001000；

测量角度范围：0-120°；

分辨率：0.001°；

综合精度：0.1%；

工作温度范围：-40-100℃；

防护等级：ip67。

（3）通过调垂机与高精度传感器的数显装置观察钢管柱的垂直度实际情况，采用一键调平功能对调垂机的液压支腿进行调节，从而将调垂机设备进行调平，使得钢管柱垂直度符合设计要求，其中液压支腿如图7所示。

（4）桩身混凝土采用导管法进行水下灌注，灌注导管的选用与配置如下：采用直径219mm钢管。管节连接应严密、牢固，使用前应试拼、编号，并进行隔水栓通过试验，保证导管不漏水。底节导管长3m，且底部不设法兰，以防止牵挂钢筋笼；其余导管为（2.5m~1m）/节。

五、灌注水下桩基c30混凝土至底板底

设计c30桩基混凝土柱外位置为底纵梁底，为保证桩基混凝土质量，将c30混凝土超灌约1m。采用测绳加强对混凝土高度的测量。

六、中桩与钢管柱间四周灌砂

采用在钢管柱与孔间灌砂对c30混凝土进行反压，加强柱芯内混凝土的高度测量，保证柱芯混凝土液面高度不得升高。

七、灌注柱芯c50微膨胀混凝土至第二节钢管柱顶部

将导管拔到钢管柱底部，开始进行c50微膨胀混凝土的灌注，同时监测柱内、柱外的混凝土液面高度；若发现柱外混凝土液面升高，暂停灌注混凝土，继续在柱外进行灌砂，保持外部的混凝土液面。

在第二节钢管柱顶部设置15cm×15cm的方孔，柱芯混凝土超灌2m3，将c30混凝土及浮浆从方孔溢出。

八、拆除工具节钢管柱后安装设计第一节钢管柱

待混凝土强度达到要求后，继续灌砂将四周填满，松开抱箍撤离调垂机，同时在孔口设置固定装置；对混凝土进行凿毛，安装设计第一节钢管柱。

九、安装柱顶钢筋笼

安装钢管柱顶部2m长钢筋笼，钢筋笼伸入钢管柱1m，在柱顶采用钢筋进行固定。

十、灌注剩余柱芯c50微膨胀混凝土

将剩余的柱芯c50微膨胀混凝土进行灌注，浇灌混凝土前应先浇灌一层厚度为10~20cm、与混凝土等级相同的水泥砂浆，以免自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳现象。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。