格构柱施工工艺后附图片.docx
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格构柱施工工艺后附图片
格构柱施工工艺工法
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。
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
根据格构柱设计长度、截面型式购置肢件及缀板或缀条，并按照设计尺寸进行下料，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。
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。
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/反循环钻机
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
氧气乙炔半自动切割机
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@1000mm钻孔灌注桩+Ф1000@1000mm旋喷桩，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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