作業(yè)受限區(qū)深基坑大體積混凝土多工藝澆筑模擬和實踐

王旭毅，艾琦暘，王四久，郝黎明，馬昕煦

(中國建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

1 工程概況

本項目北側(cè)緊鄰某地鐵站出入口，且南北兩側(cè)為市政繁忙道路，現(xiàn)場南側(cè)施工車輛無法駛?cè)?，西?cè)某超高層項目同時進行大體積混凝土澆筑。該項目場地狹小，僅能在內(nèi)支撐板和下基坑坡道旁布置卸料點，T1塔樓地下室A區(qū)大底板分2次澆筑，第1次澆筑A1坑中坑區(qū)域，澆筑面積500m2，澆筑方量3 000m3；第2次澆筑面積為3 740m2，一次性澆筑量達13 000m3(見圖1)。大底板混凝土澆筑存在交通部署困難、場地狹小、澆筑面廣、澆筑量大、技術(shù)含量高等特點。

圖1 大底板區(qū)域(單位：m2)

2 重難點分析

2.1 周圍交通復(fù)雜，場地狹小

由于該項目周邊交通繁忙、場地狹窄，布料位置僅限于內(nèi)支撐頂板和北地塊南側(cè)下坡道旁，現(xiàn)場天泵布置及混凝土車輛行駛異常困難，短時間內(nèi)采用何種澆筑方案保證混凝土快速、連續(xù)高質(zhì)量澆筑是施工部署重點。

2.2 工期要求緊

本項目工期緊，通過倒排工期，第2次大底板一次性平均澆筑時速為270m3/h，采用傳統(tǒng)組合泵送或單一角度溜管與其他天泵、地泵組合的方式無法進行全面覆蓋，或無法快速完成澆筑的工期要求。

2.3 澆筑裝備安裝難度大

A塔樓的施工進度是整個項目的關(guān)鍵路線，溜管支撐體系在安裝施工方式和工序中對澆筑任務(wù)起決定性作用。

3 施工工藝流程

3.1 BIM配合確定部署方案和場地交通

為滿足第2次大底板快速澆筑需求，結(jié)合場地條件、交通環(huán)境及西側(cè)同時施工的情況，通過BIM模擬場地情況，在內(nèi)支撐西北角1號卸料點布置1號天泵+1號溜管，在內(nèi)支撐東北角2號卸料點布置2號天泵+2號溜管，在基坑3號卸料點布置1，2號 2條溜槽。溜管設(shè)計時速為100m3/h，溜槽設(shè)計時速為50m3/h ，天泵設(shè)計時速為30m3/h，選用2套溜管、2套溜槽、2臺天泵的方案，總設(shè)計時速達360m3/h，滿足工期需求。

溜管和溜槽的覆蓋半徑為15m，溜管、溜槽無法覆蓋到的部位，采用天泵進行澆筑，覆蓋半徑為45，50m(見圖2)。同時對周邊交通管制、周邊項目施工進度進行研究，配合BIM模擬，布置各區(qū)域候車點位、卸料車進出場路線、卸料點停車角度和數(shù)量、洗車卸料斗的位置，如東北角區(qū)域的配料罐車統(tǒng)一從東北門進，東北門和南門出；西北角區(qū)域的混凝土配料罐車統(tǒng)一從西北門進出；基坑區(qū)域的混凝土配料罐車從東北門進、南門出。BIM為整個施工部署進行可視化管理，充分體現(xiàn)BIM的優(yōu)勢，實現(xiàn)施工進度效率最大化，為混凝土澆筑夯實基礎(chǔ)。

圖2 混凝土澆筑施工部署

3.2 多角度溜管+溜槽+天泵綜合澆筑技術(shù)

大地板A區(qū)東西長約 76m，南北長 50m，根據(jù)現(xiàn)場情況，利用現(xiàn)有工程樁作為溜管支撐架體支撐點傳遞荷載，通過樁位反推溜管支撐點位布置。

為加快施工進度，將塔式起重機標(biāo)準(zhǔn)節(jié)在底板底筋搭設(shè)完成后，搭設(shè)面筋前，插入安裝施工，設(shè)計出跨度達17m長的主鋼管和多角度溜管組合(24°+60°+24°)方案，通過設(shè)計方案對比，確保最大澆筑范圍覆蓋。對比單一角度和L形傳統(tǒng)方案，節(jié)約塔式起重機標(biāo)準(zhǔn)節(jié)數(shù)量，同時避免L形溜管鋼彎管砸穿問題。

通過設(shè)計方案建立溜管支撐架整體模型，并進行桿件受力計算分析，驗證多角度溜管方案滿足設(shè)計規(guī)范要求。整體計算模型如圖3所示。強度、穩(wěn)定應(yīng)力比如圖4所示。

圖4 強度、穩(wěn)定應(yīng)力比

溜管系統(tǒng)根據(jù)場地大小和深度進行布置，溜管系統(tǒng)由卸料斗、溜管主管、集料斗、支架、頂部操作臺、短溜槽組成。溜管左右布料，溜槽旋轉(zhuǎn)布料，溜管支架采用 1 800mm×1 800mm×2 800mm 塔式起重機標(biāo)準(zhǔn)節(jié)制作?，F(xiàn)場布置 2 套溜管，每套溜管對應(yīng)設(shè)置若干開放式溜槽，采用 5mm 厚鐵皮、木方或鋼管制作，加工成3～6m長，滿足現(xiàn)場工人移動要求。

溜槽系統(tǒng)由卸料斗、溜槽、支架組成，溜槽架設(shè)角度為17°。溜槽使用鋼材或塑料管，沿管側(cè)面一切為二，每段長 6m和3m ，溜槽尺寸為600mm×400mm。卸料斗使用 4mm 厚鋼板加工而成，寬1 500mm、長 2 000mm，下料口高 1.2～1.5m。4條支腿使用└100×4，將膨脹螺栓固定于平臺混凝土基礎(chǔ)上。一個卸料斗可同時滿足2輛混凝土運輸車卸料(見圖5)。

圖5 BIM溜槽效果

在東、西北內(nèi)支撐頂各布置1臺天泵，澆筑溜管和溜槽覆蓋不到的區(qū)域，同時在溜管清洗或堵管的情況下，實現(xiàn)不停歇施工。

3.3 溜管裝置安裝技術(shù)

該溜管安裝技術(shù)主要針對承臺樁作為底板基礎(chǔ)，溜管支撐架體通過工程樁基礎(chǔ)受力承受荷載實現(xiàn)溜管搭設(shè)澆筑。

施工安裝工序如下：定位放線→焊接臺架基礎(chǔ)與樁筋→安裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)→安裝垂直立管和布料管→頂部自制操作臺架和多閥可控集料斗→焊接集料裝置并連接支溜管→安裝集料裝置間主溜管→安裝支溜管彎頭→安裝入料斗→潤管→放料→布料(見圖6)。

圖6 溜管安裝工藝流程效果

鋪設(shè)大底板底筋后，面筋鋪設(shè)前安裝塔式起重機標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，溜管首先安裝底部標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，從下往上安裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)以增加安裝高度，塔式起重機標(biāo)準(zhǔn)節(jié)基礎(chǔ)尺寸為2 500mm×2 500mm×100mm，為保證標(biāo)準(zhǔn)節(jié)支架整體穩(wěn)定，采用φ20鋼筋焊接塔式起重機標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和樁頭鋼筋，同時在塔式起重機四角采用φ25 鋼筋以45°角焊接在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高 1 400mm處。此外，為防止塔式起重機標(biāo)準(zhǔn)節(jié)傾覆，綁扎完底板面鋼筋后，立即安裝上部溜管。安裝過程中需確保標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝水平度和垂直度偏差≤1°。溜管標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝如圖7所示。

圖7 溜管標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝

操作臺尺寸為 2 600mm×1 800mm×900mm，方鋼為50mm×50mm×5mm，底板鋪花紋鋼板為 2mm 厚。多閥集料斗尺寸為 1 200mm×850mm×800mm，鋼板厚4mm，施工作業(yè)人員可上操作平臺開關(guān)鋼板閥。

安裝直徑(內(nèi)徑)365mm、壁厚10mm的Q235鋼管支管和彎管滿足設(shè)計鋼管長度，主、支管采用多閥可控集料斗連接，多根支管可連接到同個多閥可控集料斗上，在多閥可控集料斗與不同支管連接處應(yīng)設(shè)置人工開關(guān)鋼板閥，施工作業(yè)人員可爬升至自制操作臺架上，通過控制各支管開關(guān)閥控制卸料方向。多閥可控集料斗如圖8所示。

圖8 多閥可控集料斗

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間使用焊接連接，集料斗與操作臺、操作臺與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間滿焊連接，溜管間使用法蘭片或焊接連接，卸料斗、集料斗使用角鋼、鋼板焊接而成，使用E43焊條。

最后焊接主支管和入料斗，入料斗使用 4mm 厚鋼板加工而成，寬 1 500mm、長 2 000mm，下料口高 1.2～1.5m。4條支腿使用└100×4，使用膨脹螺栓固定于平臺混凝土基礎(chǔ)上。一個卸料斗可同時滿足2輛混凝土運輸車同時卸料。

4 效果分析

通過使用BIM模擬場地周圍環(huán)境、場地布置，合理布置溜管、溜槽和天泵位置，進行多工藝連續(xù)澆筑，最終順利地在交通復(fù)雜的狹小場地實現(xiàn)30h完成混凝土澆筑，有利于大體積混凝土溫度和裂縫控制，對比傳統(tǒng)泵送組合方式，提高澆筑效率、節(jié)約成本。

4.1 質(zhì)量保證

1)采用溜管設(shè)計、溜管+溜槽+天泵綜合澆筑技術(shù)，進行多方位卸料點布置，避免混凝土出現(xiàn)冷縫。

2)使用多角度溜管設(shè)計完成快速澆筑的同時，應(yīng)防止混凝土深基坑下料速度過快發(fā)生離析，保證澆筑質(zhì)量。

3)結(jié)合溜槽和天泵不停歇澆筑技術(shù)，確保溜管在中途洗管或發(fā)生堵管的情況下，實現(xiàn)不間斷快速澆筑，保證大底板混凝土澆筑質(zhì)量。

4)通過結(jié)合3種澆筑方式，全面覆蓋超深基坑大底板，一次性完成澆筑，保證大底板混凝土澆筑質(zhì)量。

4.2 經(jīng)濟對比

根據(jù)現(xiàn)場條件，對比多角度溜管+溜槽+天泵快速澆筑技術(shù)與傳統(tǒng)3臺天泵+2臺地泵的澆筑方式，具體經(jīng)濟效益分析如表1所示。

表1 經(jīng)濟成本對比

5 效果分析

傳統(tǒng)深基坑大底板混凝土澆筑方式單一，如單角度溜管、溜槽、地泵、天泵中的1種或2種組合施工，常見天泵跟其他組合，此類工藝雖能滿足大底板澆筑需求，但通常存在澆筑時間長、澆筑質(zhì)量難以控制、成本投入高等缺點。本項目融合新技術(shù)、新裝備、信息化作為發(fā)展手段，采用基于BIM的溜管+溜槽+天泵綜合澆筑技術(shù)，綜合工期、質(zhì)量、成本等功效，優(yōu)于傳統(tǒng)澆筑方法。

深基坑大體積混凝土多閥可控多角度溜管+溜槽+天泵澆筑綜合施工技術(shù)的成功實施，為狹小空間大底板施工提供新的解決方法，施工技術(shù)達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，該方法具有可復(fù)制性。