高強鋼筋在基坑支護結構中的應用

陶 榮 生

(上海寰宇城市投資發(fā)展有限公司，上海 200040)

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高強鋼筋在基坑支護結構中的應用

陶 榮 生

(上海寰宇城市投資發(fā)展有限公司，上海 200040)

結合上海市徐匯區(qū)某辦公樓項目基坑工程，分別從材料性質(zhì)、配筋設計、施工角度對HRB400級鋼和600 MPa級鋼在地下連續(xù)墻中使用的經(jīng)濟性進行了比較，經(jīng)分析計算，采用600 MPa高強鋼筋，可減少鋼筋用量，提高結構安全儲備能力，有助于保證工程質(zhì)量。

高強鋼筋，基坑，地下連續(xù)墻，屈服強度

0 引言

高強鋼筋是指抗拉屈服強度達到400 MPa及以上的螺紋鋼筋。與普通鋼筋相比，具有強度高、綜合性能優(yōu)良、安全性高等優(yōu)點。美國、英國、日本等發(fā)達國家已普遍采用400 MPa以上的鋼筋。歐洲各國廣泛采用強度更高的500 MPa，600 MPa級鋼筋也有相當數(shù)量的工程應用[1]。目前國內(nèi)工程項目普遍采用的是400 MPa級及以下鋼筋，500 MPa及以上鋼筋用量僅占總鋼筋用量的5%，由此造成的資源浪費十分嚴重。

600 MPa高強鋼筋(代號T6/E/G[2])強度較高(見表1)，能夠有效減小鋼筋用量，降低資源消耗。為了促進高強度鋼筋的推廣使用，住房和城鄉(xiāng)建設部、工業(yè)和信息化部于2012年聯(lián)合推出了《關于加快應用高強鋼筋的指導意見》，強調(diào)要加快600 MPa級及以上螺紋鋼筋的產(chǎn)品研發(fā)。江蘇省、浙江省和上海市發(fā)布了《熱處理帶肋高強鋼筋混凝土結構應用技術規(guī)程》[3]，為推廣采用600 MPa及以上的高強鋼筋提供了有力的技術依據(jù)。同時部分地區(qū)已將使用高強鋼筋的比例納入綠色工程評價體系。

在國家推廣應用高強鋼筋的宏觀政策推動下，江蘇省、上海市已有100余個工程項目使用了600 MPa級高強鋼筋，但是大部分僅局限于上部結構。用于地下工程，尤其是基坑工程的項目較少。本文以上海徐匯區(qū)某辦公樓基坑項目為例，針對在地下連續(xù)墻中使用高強鋼筋的經(jīng)濟性進行了分析，以期對上海地區(qū)類似的工程項目提供相關經(jīng)驗。

表1 600 MPa級鋼筋與400 MPa級鋼筋材料特性

1 工程概況

本工程設置3層地下室，地下室層高分別為8.55 m,3.9 m和4.1 m。基坑總面積約1.43萬m2，普遍區(qū)域基坑開挖深度為17.3 m，局部深坑區(qū)域基坑開挖深度18.8 m～20.5 m。除與西側地塊間的臨時隔墻，周邊圍護體均采用“兩墻合一”地下連續(xù)墻。普遍區(qū)域地墻厚度為800 mm，為保護東北角建筑物，地墻厚度增大至1 000 mm(見圖1)。如圖2所示地墻插入深度為18.75 m，有效長度34.7 m。

2 計算分析

本工程中地墻包括兩種大類型：基坑開挖階段擋墻兼永久使用階段地下室外墻(Ⅰ型)、兩個基坑之間的臨時隔斷地墻(Ⅱ型)。地墻計算時需要考慮以下三大工況，并取最不利工況進行配筋設計。

工況1：基坑開挖至基底(見圖3)；

工況2：由下往上拆除支撐并施工各層梁板，并在地下1層設置臨時型鋼斜換撐(見圖4)；

工況3：施工西側相鄰地塊基坑，開挖至基底(見圖5)。

Ⅰ型地墻需滿足基坑開挖階段工況的承載力，同時還需驗算永久使用階段的承載力和裂縫寬度(裂縫按0.2 mm控制)。Ⅱ型地墻僅需滿足基坑開挖階段工況的承載力及在西側相鄰基坑支撐反力作用下的承載力，對裂縫寬度不作驗算。

方案一：基坑地墻主筋、水平分布筋、定向筋、架立桁架等均采用HRB400級鋼筋。某1 000 mm厚典型地墻在基坑開挖階段計算彎矩如下：地墻迎坑面的彎矩標準值為M=2 006 kN·m，地墻迎土面的彎矩標準值為M=785 kN·m。迎坑面實配縱筋達到32@150+28@150(9 465 mm2，ρ=0.94%)，迎土面實配鋼筋28@150 (4 104 mm2，ρ=0.41%)。典型地墻配筋見圖6。

方案二：受到上海及江蘇類似工程的啟發(fā)，并進行了充分的研究討論，一致認為采用600 MPa級鋼筋替換400 MPa級鋼筋，在保證安全可靠的前提下可以較大程度節(jié)約地墻的用鋼量及造價。為防止施工中不同強度鋼筋混料錯批[4]，地墻所有類型的鋼筋均改用600 MPa級鋼筋。另外通過相關途徑了解到已有多家鋼廠能生產(chǎn)600 MPa級鋼筋。經(jīng)過等強代換，并復核最小配筋率、永久使用階段裂縫得到新的典型地墻配筋：迎坑面實配縱筋H25@150+H22@150(5 809 mm2，ρ=0.58%)，迎土面實配鋼筋H25@150(3 272 mm2，ρ=0.33%)，另外地墻水平分布筋、定向筋、架立桁架鋼筋直徑均降低一級。典型地墻配筋見圖7。

經(jīng)驗算，對于地下室層高不高的地墻配筋不受裂縫寬度控制。當靠近外墻的地下室樓板開大洞或?qū)痈吆芨邥r，比如樓梯間、汽車坡道、鏤空層等，地墻配筋將可能由裂縫控制，此時采用600 MPa級高強鋼筋無法有效降低鋼筋用量。由于類似情況只是局部的，且其他基坑的地下室開洞情況還不明確，所以暫不考慮這些特殊情況。

3 對比分析

800厚地墻配筋對比見表2，1 000厚地墻配筋對比詳見表3，從中可以看出采用600 MPa級鋼筋，鋼筋直徑可以降低1級～2級，含鋼量和單幅重降低約30%，可以有效減少鋼筋密集程度，方便澆筑，起重機的吊裝能力也可以降低要求，從而可以加快施工速度，提高施工質(zhì)量，節(jié)約施工造價。

表2 800 mm厚地墻鋼筋對比

表3 1 000 mm厚地墻鋼筋對比

綜合考慮地墻鋼筋用量的減少和鋼筋造價的提高，計算得到每幅6 m寬地墻采用600 MPa級高強鋼筋可減少鋼筋用量約7 t，可節(jié)約造價約14%～17%。

另外，根據(jù)試驗研究，600 MPa級鋼筋采用焊接連接不易保證等強，所以建議主要受力鋼筋優(yōu)先采用機械連接。套筒數(shù)量按地墻主筋每隔9 m進行連接計算，采用600 MPa級高強鋼筋對應的套筒造價和400 MPa鋼筋基本相當。

通過以上對比分析，可以得出采用高強鋼筋有以下優(yōu)勢：

1)采用高強鋼筋符合國家節(jié)能減排的政策，節(jié)省資源和能源，減少環(huán)境污染，可以作為綠色建筑評價的加分項；2)采用高強鋼筋可以減少鋼筋用量，提高結構安全儲備能力。本項目地墻經(jīng)初步測算，綜合成本節(jié)約率約14%～17%；3)高強鋼筋與高性能混凝土配合使用，還可以提高結構的使用壽命；4)采用高強鋼筋，減輕了結構自重，可減少運輸、加工費用，可節(jié)約工期；5)減少鋼筋密集配置，方便施工，保證工程質(zhì)量[5]。

4 結語

鋼筋的高強化是工程結構發(fā)展的重要方向，使用高強鋼筋可以節(jié)約資源，實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。對于由強度控制配筋且受力較大的工程，例如基坑工程、人防工程、預應力結構等，都可以采用600 MPa級高強鋼筋。對于按構造要求的配筋、由裂縫控制的配筋、普通箍筋不宜采用600 MPa級高強鋼筋。本文通過工程實例比較了在地墻中采用600 MPa級鋼筋替換400 MPa鋼筋，能較大的節(jié)約鋼材最大約30%，減輕每幅地墻重量最大約30%，提高施工質(zhì)量和效率，降低了工程造價約14%～17%，可以為后續(xù)類似基坑工程地墻設計提供參考。

[1] 龍 莉，羅安智.國內(nèi)外高強鋼筋應用和現(xiàn)狀分析[J].冶金管理，2012(11):38-43.

[2] SQBJ/JC 178—2016,上海市工程建設企業(yè)應用標準[S].

[3] 白力更,劉維亞.超高強鋼筋在混凝土結構中的研究與應用[J].建筑結構,2016(46):49-53.

[4] 范春怡，王 錦.推廣應用高強鋼筋中的若干問題[J].工程質(zhì)量,2014(32):20-23.

[5] 陳亞蓮,奚紅鑫.淺談HTRB600E鋼筋在工程中的應用[J].中小企業(yè)管理與科技旬刊,2016(1):89.

Application of high-strength reinforcements in the retaining structures of excavations

Tao Rongsheng

(ShanghaiHuanyuUrbanConstructionInvestigationDevelopmentCo.,Ltd,Shanghai200040,China)

Combining with a office building project foundation pit engineering in Shanghai Xuhui District, this paper compared the economy of HRB400 grade steel and 600 MPa grade steel in underground continuous wall use respectively from the material properties, reinforcement design, construction perspective, through the analysis and calculation, using the 600 MPa high strength steel bar, could reduce the consumption of steel bar, improved the structure security reserved capacity, helpful to ensure the engineering quality.

high strength steel bar, foundation pit, diaphragm wall, yield strength

1009-6825(2017)14-0049-03

2017-03-02

陶榮生(1962- )，男，工程師

TU463

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