地下连续墙预埋钢柱施工技术研究

摘　要：在实际工程中，需要在地下连续墙中精确预埋钢柱。由于场地及地下连续墙工艺的原因，要达到设计要求很困难，为此设计了钢柱定位调垂导向架，并采取了一系列施工技术措施，确保了钢柱预埋符合设计要求。
关键词：地下连续墙；钢柱；预埋；定位；施工技术
　　地下连续墙是由各单元槽段组成，各单元槽段之间靠接头连接，是在泥浆护壁情况下成槽、下放钢筋笼、导管法水下浇注混凝土而形成的壁式现浇地下结构。为便于接头管的安放，其钢筋笼宽度一般要比幅宽小一个成槽厚度，槽段内充满泥浆，这导致钢筋笼下放过程中左右偏差很难控制。钢筋笼的竖向标高是靠搁置在导墙铁扁担上的四根吊筋控制的，在放导管浇注水下混凝土时钢筋笼也会有位移。因此，在地下连续墙中预埋偏差及垂直度要求极高的钢柱是极其困难的。本文依托外滩公共服务中心地下连续墙工程施工，研究开发了一种地下连续墙中精确预埋钢柱的施工技术。
　　1工程概况
　　上海外滩公共服务中心位于中山东一路15号(甲)，处于外滩历史文化风貌区核心。拟建建筑为地上6层，地下2层，占地2118m2，总建筑面积为11341m2。地上结构采用钢框架结构，地下部分采用现浇混凝土框架结构。围护结构主要为地下连续墙，墙厚1000mm，深28m，共49幅，幅宽3.5～6.3m，地下连续墙中需要预埋侧向对接和承重两种钢柱，侧向对接预埋钢构件10根(尺寸600mm×600mm)，承重预埋钢柱19根(尺寸490mm×490mm)，钢柱需锚入2.5m，预埋钢柱与到墙面关系为－0.5～1m。地下连续墙内预埋钢柱分布如图1所示。

　　2施工难点
　　1)施工场地狭小，钢柱安放调垂时间有限
　　本工程三面邻近建筑，最近仅为1.9m，仅在中山东一路侧有一大门，施工场地极其狭小，钢筋笼加工吊装困难，地下连续墙施工工艺无法搭接。由于地处外滩风貌区，混凝土白天浇筑困难，一般只能安排在晚22:00至次日7:00。晚上预埋钢柱，并在混凝土浇注过程中严格控制偏差是比较困难的，另外一旦钢柱安装调垂超时，将影响地下连续墙顺利浇筑。
　　2)周边均为保护建筑，槽段分幅小
　　毗邻保护建筑，为减少地下连续墙施工对保护建筑的影响，地下连续墙分幅较小，一般为4m，这导致预埋钢柱后没有了导管安放位置，不得不把导管放在钢柱内浇注水下混凝土，浇注过程中极易扰动钢柱，导致偏位。
　　3)预埋钢柱数量多，形式复杂，安装精度要求高
　　侧向对接钢柱预埋时需要在开挖面侧预先割除预定位置水平筋及少部分主筋，在钢柱顶面下1000～2500mm处每隔500mm，用2根Φ32短钢筋在钢柱侧面和钢筋笼之间进行焊接。为方便开挖后顺利对接，钢柱偏向开挖面，如图2所示。
　　承重钢柱位于地下连续墙钢筋笼中心，需要在钢柱顶面两侧下1000～2500mm处每隔500mm，用Φ32U形短钢筋在钢柱侧面和钢筋笼之间进行焊接，如图3所示。 　　预埋钢柱精度要求:钢柱平面位置设计要求控制在20mm以内，垂直度偏差1/300。另外钢柱必须与地下连续墙轴线方向一致。
　　3钢柱预埋方法研究
　　根据本工程的难点，对拟采用的4种预埋方式进行分析，第1种为固定法，即钢柱根据设计要求直接固定在地下连续墙钢筋笼上，随钢筋笼一起下放到槽段中。第2种为插入法，即先下放地下连续墙钢筋笼，再插入需预埋的钢柱，最后浇注混凝土。第3种为后插法，即先下放地下连续墙钢筋笼，浇注混凝土，最后在混凝土凝固前插入钢柱。第4种为后埋法，即在地下连续墙钢筋笼上预埋钢柱的位置放置一个钢套箱，待地下连续墙混凝土浇注完成后清洗干净，放入钢柱，再次现浇混凝土。
　　固定法的优点是可以在地面钢平台上把钢柱固定在钢筋笼上，施工条件较好，焊接质量好，固定在钢筋笼上的位置比较精确;缺点为钢筋笼起吊、下放有一定影响，随着钢筋笼在槽段内左右移位预埋钢柱会偏位。插入法的优点是钢筋笼及钢柱起吊均较简单，钢柱插入可不受钢筋笼偏位影响;缺点是钢柱插入时垂直度、平面位置较难控制，浇注混凝土时固定较困难。后插法的优点是地下连续墙施工比较简单，不受预埋钢柱影响;缺点是钢柱插入的时间有限，混凝土初凝后就插不进了，插入过程中难调位置与垂直度，标高也不易控制。后埋法的优点是钢柱位置较易保证;缺点是地下连续墙钢筋笼内预埋的套箱影响泛浆，套箱四周混凝土可能不密实且夹泥，另外后埋的钢柱与地下连续墙结合不好。
　　通过对4种方法的分析，综合了施工场地、施工工艺及精度要求等情况，舍弃了第3，4种方法，着重对第1，2方法进行研究深入。首先分析了地下连续墙钢筋笼偏位的原因与偏差范围，经过对成槽、地下连续墙配筋、槽段形式及接头管位置等综合分析，发现钢筋笼沿接头管方向(雌头方向)位移的空间在0～300mm以内，沿已浇注混凝土方向(雄头方向)位移空间在0～100mm。侧向对接钢柱位于地下连续墙开挖面，以后只要能对接就可以了，如根据钢筋笼可能的位移偏差放大预埋钢柱的尺寸，便可解决问题，也方便施工，确保施工质量。因此侧向对接钢柱采用第一种固定法预埋，预埋钢柱根据槽段形式放大:一雌一雄槽段雌头侧放大300mm，雄头侧放大100mm，双雌槽段两边各放大300mm，双雄槽段两边各放大100mm，这样方便简洁地完成了预埋，开挖出来后所有的侧向对接钢柱顺利对接。对于承重钢柱，为了解决插入过程中的导向、调垂以及固定问题，设计制造了导向调垂架。导向调垂架由厚度为25mm的Q345钢材制成，正方形，边长800mm，内径768mm，总高度1500mm，其中导墙下500mm，导墙上部露出1000mm，并与导墙固定。导向调垂架具有定位、导向和调垂功能，如图4所示。
　　施工步骤为：①在导墙上标定导向调垂架的位置;②下放地下连续墙钢筋笼至设计标高;③安装导向调垂架并固定;④下放预埋钢柱至指定标高;⑤将预埋钢柱吊筋固定于导向调垂架上;⑥浇注地下连续墙混凝土。通过以上方法，成功预埋了承重钢柱。
　　另外为进一步提高预埋钢柱的精度，采取了以下措施:①地下连续墙成槽前在导墙上准确放样定位，牢固清晰地标出接头管位置、钢筋笼位置等;②地下连续墙成槽时严格控制平面位置和垂直度，尤其注意控制x方向(侧向)垂直度，以减少钢筋笼移位的空间;③钢筋笼加工时加强对钢平台标高偏差的验收控制，确保钢筋笼几何尺寸精确;④在征得设计同意及保护建筑无影响的前提下对槽段分幅微调，尽量避免导管仓在预埋钢柱内;⑤对每根进场钢柱作进场验收，确保构件长度、截面尺寸、弯曲矢高满足设计要求;⑥严格控制钢柱的吊点位置及钢丝绳长度，保证钢柱起吊后为垂直状态;⑦混凝土浇筑时避免机架、导管、漏斗对钢柱造成冲撞，如导管放在钢柱内，导管起拔应保持导管中心与钢柱中心一致，起拔过程应缓慢进行;⑧混凝土浇注完成后复测钢柱的位置，待混凝土终凝后拆除导向调垂架。
　　4工程应用效果
　　4.1工艺应用
　　随着上海大规模城市综合改造的开展，越来越多的工程项目面临建筑空间日益紧张的局面，为节约有限空间，地下连续墙预埋钢构件直接成为上部钢结构承重体系将成为设计趋势之一。通过本工程的施工经验及方法可快速有效地提高地下连续墙大型钢构埋件的精度，最大限度地满足钢结构设计要求，从而保证整个工程的质量。
　　4.2精度控制效果
　　通过自行设计的导向调垂架，采取一系列保证质量的施工技术措施，将预埋钢柱偏差控制在设计要求的20mm以内，也有效防止了因个别槽段钢筋笼整体偏移而导致钢柱角度扭转现象的发生。
　　4.3成本控制效果
　　虽然第1种固定法需要加大预埋钢柱的平面尺寸，第2种插入法需要设计加工导向调垂架，有一定的成本，但综合实施情况来看，此法不仅消除了地下连续墙钢柱偏位、扭转、标高不到位、对接钢柱间施工缝处理不力等的质量隐患，还避免了今后钢柱修补带来的大量花费和工程风险。所加工的导向调垂架可循环使用，做到了绿色环保施工。
　　5结语
　　地下连续墙预埋竖向钢柱的施工技术，无疑将翻开了地下连续墙应用的新篇章。相信在未来的几年中，此类设计的项目将广泛出现在上海及其他大城市中，今后可能成为地下连续墙设计的新趋势。届时地下连续墙预埋竖向钢柱的施工技术也将成为地下连续墙施工中的一个重要步骤，具有应用推广前景。