格构柱施工工艺.docx
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格构柱施工工艺
格构柱施工工艺工法
QB/ZTYJGYGF-DT-0109-2011
第二工程有限公司马宏伟
1前言
1.1工艺工法概况
格构柱是一种压弯性能较好的构件，作为梁或支撑构件的支点。
地铁深基坑工程施工中当基坑跨度较大时，内支撑挠度较大，影响基坑安全。
为了减小跨度，降低支撑挠度的影响，常在支撑中部附近增加格构柱作为立柱，将基坑内支撑横担于立柱之间的钢梁（连梁或系梁）上。
格构柱示意图见图1所示。
内支撑
三角形钢板2根U型螺栓
（挡块）（φ20）
H型钢钢梁
30mm厚
橡胶垫块
格构柱立柱
三角形钢板（牛腿）
基底
格构柱基础
（钻孔桩）
图1格构柱示意图
1.2工艺原理
基坑开挖之前，在基坑内设置钢格构柱，通过钻机钻孔下放钢筋笼浇筑混凝土，钻孔灌注桩就是格构柱的基础，抗击偏心受力及其他侧向力，随着基坑开挖的进行露出格构柱，焊接纵连梁，通过U型筋等固定措施将支撑固定于纵连梁上，从而减小支撑的挠度变形，达到稳定支撑的目的。
2工艺工法特点
该工法能够有效降低大跨度深基坑内支撑挠度变形，保证了基坑的稳定，并具有施工简单、施工速度快的特点。
3适用范围
适用于围护结构跨度较大（一般超过20m）的深基坑内支撑工程，以减少支撑跨度，降低支撑挠度的影响，确保支撑稳定性。
4主要引用标准
4.1《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299）
4.2《钢结构设计规范》（GB50017）
4.3《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205）
4.4《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81）
4.5《建筑结构荷载规范》（GB50009）（2006年版）
4.6《建筑地基基础设计规范》（GB50007）
4.7《建筑桩基技术规范》（JGJ94）
4.8《建筑地基基础施工质量验收规范》（GB50202）
4.9《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18）
4.10《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33）
5施工方法格构柱立柱采用槽钢或角钢与钢板等焊接而成，格构柱基础为钻孔灌注桩，桩顶面与基坑底同高，格构柱立柱插入钻孔桩钢筋笼内并与钢筋笼焊接，通过吊车吊放一并下放到孔内，浇筑混凝土，格构柱立柱锚固于钻孔灌注桩内。
基坑开挖过程中根据支撑位置，在格构柱立柱上焊接三角形钢板（牛腿）及钢梁（连梁或系梁），然后架设支撑，并通过2根U型螺栓（φ20钢筋）及三角形钢板将基坑内支撑固定于钢梁上。
6工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程
格构柱施工工艺流程图如下图所示。
图2格构柱施工工艺流程图
6.2操作要点
6.2.1格构柱立柱加工
1格构柱立柱型式
深基坑工程格构柱立柱常采用2肢槽钢或工字钢或4肢角钢组成，肢件之间
焊接缀板或缀条（缀板一般为钢板，缀条一般为角钢）而成，肢件和缀板、缀条的具体规格型号及尺寸根据设计计算确定。
格构柱立柱截面型式如图3所示
图3格构柱截面型式
2
格构柱立柱加工
行下料，单根角钢或槽钢长度不足需要接长时，角钢或槽钢对接处采取剖口焊进行对接焊接，并在对接位置肢件的内外两侧采用钢板帮焊连接。
缀板或缀条与肢件之间满焊。
采用E43型以上系列的焊条进行焊接，要求焊缝饱满，无夹渣，钢板和型材不变形、不翘曲，焊缝高度、长度满足设计要求。
6.2.2钻孔灌注桩钢筋笼加工
按照设计图纸在钢筋加工平台制作，根据设计图纸先进行下料。
为保证钢筋笼的几何尺寸及相对位置正确，钢筋加工在加工棚平台上放样成型，主筋接头采用接焊或直螺纹连接，接头相互错开，满足设计要求。
钢筋笼在加工平台组装，先将主筋与加强筋焊接固定成型，再将螺旋筋同主筋点焊成一体。
6.2.3钻孔施工
1定桩位
施工前用全站仪定出每个桩位，并进行编号，自检无误后报监理审批
2埋设护筒
钻孔前需预先埋设护筒，护筒采用5mm厚钢板制成，内径比桩径大20cm，长度为1.5m～2.0m，上部留有40cm宽、20cm高的出浆口，同时布置好泥浆池、排浆槽等。
护筒埋设完成后周边采用粘土回填密实。
护筒管埋设位置允许偏差:
顶面位置±50mm。
倾斜度≤1％。
3泥浆制备
采用优良的膨润土、纯碱、高纯度的CMC和生活用水作原料，通过清浆冲拌和混合搅拌二次拌合而成。
性能指标可参照以下数据：
泥浆比重1.08～1.2g/cm3，粘度18～22s，含砂率小于4%。
4钻孔施工采用反循环钻机或旋挖钻成孔，在钻进过程中，根据地质情况的变化，控制钻进速度，随时调整钻头压力和泥浆比重，防止塌孔和偏斜。
成孔允许误差为:
孔位偏差±50mm、垂直度≤5‰、沉渣厚度小于100mm。
5清孔
当钻孔达到设计标高后，进行第一次清孔。
钢筋笼安放好后，再进行二次清孔，保证孔底沉渣厚度不大于10cm，泥浆性能指标满足要求。
清孔时，注意保持孔内泥浆液面高度（高出地下水位50cm），以防坍孔。
6.2.4下放钢筋笼、格构柱立柱
钢筋笼及格构柱立柱采用汽车吊吊放。
按照施工设计吊装，一般采用两吊点起吊，选择好吊点位置，第一点设在上端，第二点设在中点至三分之一点之间。
同时起吊两个吊点，当整体离开地面2m左右，第二吊点停吊，继续吊起第一吊点，使其垂直，解除第二吊点，将其缓缓放入孔内。
当钢筋笼入孔后外露还剩1m时将其固定于孔口，然后吊起格构柱立柱，人工配合缓慢将其插入钻孔桩钢筋笼内，格构柱立柱起吊之前将其锚入钻孔桩钢筋笼内的位置提前做好标记，当格构柱立柱插入钢筋笼内的深度达到设计要求后，将钢筋笼的4根对称位置的主筋焊接至格构柱立柱上连成一体。
焊接时保证格构柱立柱和钢筋笼均处于垂直状态，焊接后，去除钢筋笼的固定措施，将钢筋笼与格构柱立柱一起缓慢下放至孔内的设计位置，通过吊环将其固定于孔口。
钢筋笼及格构柱立柱吊放时应保证垂直状态，并使格构柱的平面位置对准桩孔轴线，在吊放时应缓慢进行，人工控制防止偏移。
桩顶标高允许误
差:
（+30,-50）mm,格构柱就位深度允许误差:
±100mm。
6.2.5灌注混凝土
混凝土采用导管法，导管使用前要进行试拼装和试验，导管底距孔底300～
500mm，混凝土浇筑前导管内应放置保证砼与泥浆隔离的隔水栓（橡皮球胆等）。
漏斗和储料斗需有足够的容量，保证首批灌注的混凝土足以封住孔底，并且导管埋入混凝土的深度不小于1.0m。
混凝土顶面通过测量达到基坑底以上30cm后停止浇筑，拔出导管。
6.2.6钢板、钢梁焊接
格构柱纵连梁一般采用H型钢，钢梁焊接于格构柱立柱上。
随着基坑土方的开挖，逐步露出格构柱立柱，开挖过程中避免挖掘机等设备碰撞立柱，边开挖边将立柱上的泥土清理干净，当土方开挖至钢梁底时，通过测量在格构柱立柱上标示出钢梁的位置，确保钢梁处于水平状态，然后在钢梁底面位置焊接事先准备好的三角形钢板，作为牛腿，钢梁固定其上，并将钢梁及三角形钢板与格构柱立柱之间进行满焊固定，焊缝质量符合设计及规范要求。
各链接部位的焊缝形式如图4所示。
肋板
10
H型钢钢梁
三角钢板
格构柱立柱
图4连接处焊缝形式
焊接施工质量控制要点：
1平焊焊条与钢材品种匹配，焊工应根据实际要求选择焊接电流、焊接速度、焊接电弧长度等。
清理焊口：
焊前检查组装间隙是否符合要求，定位焊是否牢固，焊缝四周不得有油污、锈物；焊接电流：
根据焊件厚度、焊接层次、焊条型号、直径、焊工熟练程度等因素，选择适宜的焊接电；焊接速度：
要求等速焊，保证焊缝厚度、宽度均匀一致，从面罩中看溶池中铁水与溶渣保持等距（2～3mm）为宜。
焊接电弧长度：
根据焊条型号不同而确定，一般要求电弧长度稳定不变，酸性焊条一般为3～4mm，碱性焊条一般为2～3mm为宜。
清渣：
整条焊缝焊完后清除熔渣，经焊工自检确无问题后，方可转移地点继续焊接。
2立焊操作工艺与平焊相同，但注意在相同条件下，焊接电源比平焊电流小10%～
15%；采用短弧焊接，弧长一般为2～3mm。
焊条角度根据焊件厚度确定。
两焊件厚度相等，焊条与焊条左右方向夹角均为45o；两焊件厚度不等时，焊条与较厚焊件一侧的夹角应大于较薄一侧的夹角。
焊条应与垂直面形成60o～80o角，使
电弧略向上，吹向溶池中心。
3横焊
基本与平焊相同，焊接电源比平时焊接电流小10%～15%。
电弧长一般为2～4mm。
横焊时焊条应向下倾斜其角度为70o～80o，防止铁水下坠。
根据两焊件的厚度不同，可适当调整焊条角度，焊条与焊接前进方向为70o～90o。
焊缝外观：
焊缝外形均匀，焊道与焊道、焊道与基本金属之间过渡平滑，焊渣和飞溅物清除干净。
6.2.7固定钢支撑
钢支撑横担于格构柱钢连梁上，在钢支撑与格构柱钢连梁之间设置一层橡胶缓冲垫，同时通过两根U型螺栓（φ20钢筋或钢带）及三角形钢板将支撑固定于钢连梁上。
钢梁与支撑固定大样如图5所示。
钢梁与支撑固定大样
1-1
图5钢梁与支撑固定大样图
7劳动力组织
施工过程中根据施工场地情况、工程数量和工期要求等因素的影响，可以安排一台或多台钻机进行施工，所需要配置的劳动力是不相同的，本次以一台钻机组织施工为例说明，劳动力配置见表1。
表1劳动力配备表
序号
工种
人数
备注
1
现场负责人
1
施工协调
2
技术员
2
施工过程管理
3
电工
1
现场施工用电管理
4
钻机司机
2
钻孔施工
5
吊车司机
2
吊放钢筋笼及格构柱立柱
6
信号工
2
现场吊装指挥
7
混凝工
6
混凝灌注
8
钢筋工
8
钢筋笼加工
9
电焊工
6
格构柱立柱、钢梁加工焊接
10
砂轮机切割机操作工
1
钢筋切割
11
气焊工
2
钢板、型材切割
12
普工
8
泥浆拌制、排放管理及文明施工
合计
41
8主要机具设备
施工现场机具设备配置情况见表2。
表2主要机具设备使用情况表
序号
作业名称
机具设备名称
规格型号
单位
数量
用途
1
安放钢筋笼
汽车吊
QY-20
台
1
2
钢筋加工
钢筋切断机
QJ40-1
台
1
3
钢筋加工
钢筋弯曲机
GW40
台
1
4
钢筋加工
钢筋调直机
GJJ6-14
台
1
5
钻孔
旋挖钻机/反循环钻
台
1
6
焊接钢筋
电焊机
BX300
台
4
7
切割钢筋
砂轮切割机
台
1
8
泥浆外运
泥浆运输罐车
20m3
台
1
9
切割型钢
氧气、乙炔、割枪
套
2
10
切割钢板
氧气乙炔半自动切
C30
台
1
9质量控制
9.1施工中易出现的质量问题
9.1.1焊接质量不达标；
9.1.2位置不准确；
9.1.3连接不牢固。
9.2保证措施
9.2.1焊接施工时选择适合的焊接工艺参数和施焊程序，避免用大电流，不要突然熄火，焊缝接头应搭接10～15mm，焊接中不允许搬动、敲击焊件，直接浇水降温。
9.2.2根据焊条、气温、湿度等条件，焊接之前先进行焊接试验，选择合理的焊接工艺，保证焊接质量。
9.2.3各个构件焊接施工前必须进行测量放样确定其准确位置。
9.2.4每道焊缝焊接完成后严格按照设计及规范要求检查验收，不合格必须返工重焊。
10安全措施
10.1主要安全风险分析
10.1.1吊装作业不规范坠落伤人。
10.1.2连接不牢出现坠落。
10.2保证措施
10.2.1格构柱施工编制专项施工方案，施工过程中严格落实执行；
10.2.2加强对吊车的管理，吊车司机操作时，必须严格按操作规程操作，不准违章作业，严格执行“十不吊”，操作前必须有安全技术交底记录，并履行签字手续；
10.2.3禁止吊车拖拽起吊，避免超载吊装，禁止在六级以上风的情况下进行吊装作业；
10.2.4绑扎构件的吊索需经过计算，绑扎方法应正确牢固，所有起吊工具应定期检查；
10.2.5钢梁、钢板等焊接时做好防坠落措施。
构件安装后，必须检查连接质量，只有确定连接安全可靠后，才能松钩或拆除临时固定工具；
10.2.6吊装作业前加强对吊装构件、吊环、卡具、钢丝绳的检查，同时排除吊装构件上的松散物体，吊装作业时，无关人员禁止靠近。
11环保措施
11.1格构柱施工对周边环境的影响因素格构柱施工对周边环境的影响主要包括钻孔泥浆排放、废渣处理、光和噪声污染等。
11.2环保措施
11.2.1加强泥浆管理。
施工之前进行场地规划，建设泥浆池和回浆池，将回收泥浆和废弃泥浆分开存放和管理，防止到处流溢，造成污染，废水通过沉淀等处理措施后达标排放，废弃泥浆采用泥浆车运送至指定排放点排放。
11.2.2施工现场进行硬化，定期洒水，废弃渣土集中现存放并采用密目网覆盖，防止扬尘。
11.2.3焊接施工期间进行防护，防止造成光污染。
构件及钢筋等搬运、切割及加工期间要轻放，避免敲击。
11.2.4焊接、构件加工、钻机成孔等施工噪声较大的施工项目集中安排在白天进行，夜间施工必须取得夜间施工许可证，并安排产生噪声及光污染较小的施工项目进行施工，以免影响周边居民的正常生活。
12应用实例
12.1工程简介
哈尔滨地铁八标段交通学院站位于东直路与太平南二道街、太平南三道街交叉路口以西的东直路下，车站东北角是哈尔滨道外区建伟小学有两栋七层与五层楼，距离主体基坑12米，南侧是黑龙江工程学院体育馆距离基坑8.6m。
车站主体围护结构形式：
采用Ф800@1000m钻m孔灌注桩+Ф1000@1000m旋m喷桩，车站基坑部分开挖宽度为28m，设计采用φ609钢管内支撑，在基坑跨度中部设置了格构柱，钢支撑架设后横担并固定于格构柱钢梁上。
格构柱基础为φ800mm钻孔灌注桩，桩长为7m，格构柱立柱锚入钻孔桩深度为2m，格构柱立柱采用[400C槽钢两侧加焊300mm宽12mm厚的钢板作为缀板，钢梁为H型钢500×300×11×18mm，在两侧加焊12mm钢板作为肋板。
钢梁端部与格构柱立柱连接处三角形钢板（牛腿）尺寸为500×500×707mm，钢板厚度为12mm，焊接施工采用E43型焊条焊条。
12.2施工情况
交通学院站格构柱设计共有16根，钻孔施工时间为2009年4月10日～2009年4月20日。
至2011年5月30日基坑主体结构全部施工完成，基坑及周边建筑物一直处于安全稳定状态。
12.3工程结果评价
格构柱的施工经自检，监理复检达到了设计及规范要求。
设置格构柱后很好
的解决了长支撑出现的挠度问题，有效地保证了支撑体系的稳定性和基坑的安全。
12.4建设效果及施工图片
图6加工成型格构柱立柱图7格构柱立柱与钻孔桩钢筋笼连接
图8支撑与格构柱
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