超深豎井大體積底板鋼筋混凝土施工技術(shù)★

鄒 銘

(上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司，上海 200433)

1 概述

蘇州河深層排水調(diào)蓄管道云嶺西設(shè)施包括豎井及綜合設(shè)施全地下構(gòu)筑物兩部分，綜合設(shè)施按埋深不同，由北向南依次分為深、中、淺三部分連續(xù)布置(如圖1所示)。豎井范圍為1區(qū)，基坑圍護采用1.5 m厚105 m深地下連續(xù)墻，基坑直徑34.5 m，開挖深度58.65 m，分為15層土進行開挖，如圖2所示。其中-12.550～-49.740墻體采用逆作法施工，內(nèi)襯厚度為1 m和1.5 m，底板厚3 m。本文針對底板鋼筋安裝、混凝土配比、超深混凝土輸送澆搗以及大體積混凝土保溫養(yǎng)護等難點，通過深入剖析并研究相應(yīng)措施予以解決，以保證工程的順利實施。

2 工程概況

豎井基坑直徑34 m，開挖深度58.65 m，底板厚3 m，局部底板最厚為3.2 m，掖角高1.5 m，底板混凝土總方量約3 250 m3，強度等級為C40R60，抗?jié)B等級為P12，坍落度為(220±20)mm，擴展度(550±50)mm，如圖3所示。

底板以鋼筋劃分為內(nèi)環(huán)、外環(huán)兩個區(qū)域，內(nèi)環(huán)鋼筋為中心直徑20.1 m的橫縱向鋼筋，外環(huán)鋼筋由外側(cè)9.5 m環(huán)向徑向鋼筋組成，外環(huán)范圍內(nèi)基坑落低200 mm，總重量超過750 t，如圖4所示。

3 豎井底板鋼筋施工技術(shù)

豎井結(jié)構(gòu)底板鋼筋布置眾多，分布密集，包括底層鋼筋、頂層鋼筋以及中間構(gòu)造筋。底板內(nèi)環(huán)鋼筋為中心直徑20.1 m的橫縱向鋼筋，外環(huán)鋼筋由外側(cè)9.5 m環(huán)向徑向鋼筋組成，由于鋼筋較為密集，需提前設(shè)計安排好鋼筋綁扎順序，施工過程中嚴格控制。并且底板鋼筋總重量達750 t，架設(shè)綁扎鋼筋需采用足夠剛度的鋼筋支架進行擱置。

3.1 豎井底板鋼筋綁扎順序

1)完成內(nèi)襯、地下連續(xù)墻接駁器錨筋及負彎矩鋼筋。

2)完成底板底排鋼筋：先施工外環(huán)底排徑向鋼筋→閉口箍下部U型箍→外環(huán)底排環(huán)向鋼筋→內(nèi)環(huán)底排縱向鋼筋→內(nèi)環(huán)底排橫向鋼筋(見圖5)。

3)完成外環(huán)構(gòu)造及立柱：豎起鋼筋支架立柱→完成外環(huán)中部構(gòu)造筋。

4)完成底板外環(huán)頂排鋼筋：安裝支架橫梁→外環(huán)頂排環(huán)向鋼筋→外環(huán)頂排徑向鋼筋→掖角斜向插筋→閉口箍上部U型箍→拉鉤→抗裂網(wǎng)片(見圖6)。

5)完成底板內(nèi)環(huán)頂排鋼筋：豎起鋼筋支架立柱→完成內(nèi)環(huán)構(gòu)造筋→安裝支架橫梁→內(nèi)環(huán)頂排環(huán)向鋼筋→內(nèi)環(huán)頂排徑向鋼筋(見圖7)。

3.2 豎井底板鋼筋支架安裝

鋼筋支架由支架底座、立桿、水平桿、系桿組成，根據(jù)鋼筋分布不同，分為內(nèi)環(huán)與外環(huán)(見圖8)。

底部鋼筋綁扎完成后將立桿放置在支架底座上焊接，并與水平桿進行焊接連接，形成穩(wěn)定整體的鋼筋支架。立桿采用16號槽鋼，外環(huán)立桿長邊沿徑向布置，共計45條徑向軸線，每條軸線布置4根，高度為2 630 mm，內(nèi)環(huán)立桿均沿縱向布置，高度為2 630 mm。

外環(huán)徑向橫桿采用16號槽鋼，環(huán)向橫桿采用8號槽鋼，徑向環(huán)向間采用8號槽鋼作為系桿焊接連接；內(nèi)環(huán)縱向橫桿采用16號槽鋼，橫向橫桿采用8號槽鋼，采用8號槽鋼作為系桿焊接連接。鋼筋綁扎時必須注意首先將鋼筋放置在16號槽鋼橫桿上，并與橫桿點焊連接形成整體后，方可施工上層鋼筋。

板鋼筋支架復核計算采用結(jié)構(gòu)有限元軟件對鋼筋支架整體進行空間建模分析，模型采用空間的桿系梁單元組合，將上層鋼筋自重荷載、混凝土澆搗過程對鋼筋的荷載及施工荷載轉(zhuǎn)化為線荷載等效分布在支架桿單元上(如圖9所示)。驗算得出支架的結(jié)構(gòu)承載力、水平抗剪能力以及穩(wěn)定性均滿足要求[1]。

4 混凝土配合比設(shè)計

因混凝土澆筑體積大，同時需要具備高流態(tài)高抗?jié)B等特點，同時施工大體積混凝土底板水化熱高、收縮量大、容易開裂，而澆筑深度更是達58.65 m，對施工提出了巨大挑戰(zhàn)。為了最大限度避免由于大體積澆筑產(chǎn)生溫度高內(nèi)部應(yīng)力過大而導致開裂并持續(xù)發(fā)展，造成結(jié)構(gòu)強度變低，引起巨大風險。通過選取品質(zhì)良好的混凝土原材料，現(xiàn)場試驗獲得最合適的配合比(如表1所示)，施工過程中進行實時溫度監(jiān)控，對大體積混凝土澆筑過程中的溫度變化規(guī)律予以掌握，確?；炷粮黜椥阅苤笜藵M足標準及設(shè)計要求。

表1 豎井底板C40P12 R60混凝土配合比(質(zhì)量比)表

1)摻外摻料。為保證混凝土的和易性及滿足泵送要求，考慮大體積混凝土的水化熱要求及施工難度高的要求，在混凝土中摻加大比例的粉煤灰和礦渣粉來替代部分水泥，降低水化熱，滿足大體積混凝土施工要求。

2)摻外加劑。為進一步降低水泥用量，采用高效混凝土泵送劑SK1220A3(深隧豎井專用)，該外加劑砂漿減水率大于20%，凝結(jié)時間較長。一方面通過減水率降低水泥用量，減少水泥水化熱；另一方面通過適當延長初凝時間來延遲水化熱釋放的速度，推遲峰值溫度的時間，避免施工過程出現(xiàn)冷接縫，防止混凝土產(chǎn)生裂縫。

3)選擇適宜的骨料。a.采用自然連續(xù)的粗骨料，選用5～25碎石，含泥量不大于1.0%、泥塊含量(質(zhì)量分數(shù))不大于0.3%的粗骨料。粗骨料的針片狀含量(質(zhì)量分數(shù))不宜大于5%且不應(yīng)大于8%，吸水率不應(yīng)大于1%，氯離子含量(質(zhì)量分數(shù))不應(yīng)大于0.02%。b.采用天然中砂，細度模數(shù)2.3以上，含泥量小于3.0%，泥塊含量(質(zhì)量分數(shù))小于1.0%細骨料的氯離子含量(質(zhì)量分數(shù))不應(yīng)大于0.02%。

4)熱工計算。本工程底板最大厚度3 000 mm，需進行混凝土的熱工計算。根據(jù)參考相同強度等級混凝土配合比的各種材料用量，并預(yù)計施工階段平均氣溫在22 ℃來進行熱工計算(取混凝土的澆筑溫度Tj=25 ℃)。

最大絕熱溫升:

其中，W為單方混凝土膠凝材料用量，取400 kg/m3；Q0為水泥水化總熱量，取358 kJ/kg；k為不同摻量摻合料水化熱調(diào)整系數(shù)，經(jīng)計算為0.75；C為混凝土比熱容，取0.97 kJ/(kg·℃)；ρ為混凝土質(zhì)量密度，取2 450 kg/m3；t為混凝土齡期，取28 d；m為與水泥品種、用量和入模溫度等有關(guān)單方膠凝材料對應(yīng)系數(shù)0.831。

代入式中計算得：

根據(jù)建科院試驗結(jié)果表明：

實測7 d絕熱溫升為42.2 ℃，推測28 d絕熱溫升為44 ℃～45 ℃。

需進行養(yǎng)護材料計算，根據(jù)經(jīng)驗公式：

1.6=(0.04～0.12)。

其中，λ為棉被的導熱系數(shù)，λ=0.14;λi為混凝土的導熱系數(shù)，λ1=2.30;H為混凝土厚度，H=1.0 m;TB為當時的旬平均溫度，TB=30 ℃；K為修正系數(shù)，K=1.6[2]。

需加蓋1層棉被和1層塑料薄膜。

5 超深混凝土澆筑施工

云嶺西豎井開挖深度達58.65 m，為上海目前最深的基坑，超深豎井底板澆筑過程中混凝土向下垂直輸送容易產(chǎn)生離析現(xiàn)象，需要對豎井內(nèi)部混凝土澆筑管路以及水平布料系統(tǒng)的布設(shè)進行設(shè)計，提出一套適用于超深豎井大體積底板混凝土澆筑的施工方法。

5.1 布料平臺

根據(jù)底板混凝土施工總體部署，坑內(nèi)設(shè)置8個澆搗平臺(距離底板頂17 m)由4臺汽車泵同時進行供料。

混凝土澆搗通過混凝土流動形成大斜面分層下料,按照每皮厚度50 cm分皮振搗,逐漸向地下連續(xù)墻邊退澆，直至底板混凝土澆筑完成。

具體過程如下：

1)內(nèi)環(huán)澆筑從泵車通過下料平臺及φ275 mm鋼管輸送至中心區(qū)域，混凝土以圓環(huán)為中心向四周以1∶12～1∶15流淌，澆搗至中部5 m直徑范圍內(nèi)達到3 m高度，澆搗方量1 500 m3，澆筑時使用1號、3號、5號、7號布料平臺，剩余4個布料平臺作為備用，預(yù)計用時9.5 h，如圖10所示。

2)拆除一節(jié)6 m鋼管后加一節(jié)6 m滑槽，主要使用2號、4號、6號、8號布料平臺下接的軟管進行澆筑，由內(nèi)向外，再澆筑1 750 m3，局部布料不便處使用滑槽進行澆筑，預(yù)計用時11 h，如圖11所示。

3)備用4根15 m長軟管，以免澆筑過程中內(nèi)環(huán)位置混凝土鋪攤高度不足，若發(fā)生該情況，2號、4號、6號、8號布料平臺下軟管采用法蘭連接1根15 m長軟管用于澆搗。

5.2 溜管澆筑

1)設(shè)置4點，由布料平臺接軟管引入溜槽進行澆筑。每點采用1根6 m及1根9 m長φ275 mm鋼管作為溜管，兩管間采用法蘭連接，上部開設(shè)一φ250 mm孔方便混凝土流入，如圖12所示。

2)進料口設(shè)置在底板面以上4.5 m鋼模平臺位置，采用化學螺栓及型鋼架固定在支撐上，出料口處設(shè)置串管深入底板1.5 m，溜管上端與鋼模板電焊固定。

3)每處溜管支架間距離為4.5 m，4.3 m，3.1 m，鋼托架高度分別為3.45 m，2.5 m，1.6 m，托架四周立桿及橫桿采用16號槽鋼，斜向系桿采用5×5角鋼，電焊連接，托架下部與鋼筋支座的立桿及橫桿可靠焊接，做法如圖13所示。

4)中心鋪攤完成后，為鋪攤剩余部分底板，拆除一節(jié)鋼管后加一節(jié)6 m溜槽，澆筑完成剩余混凝土，溜槽采用鋼板加工，并采用鋼管加固，可沿出料口為中心旋轉(zhuǎn)，如圖14所示[3-4]。

6 結(jié)語

本文針對超深豎井大體積混凝土底板施工中的技術(shù)難點展開研究，詳細闡述了豎井底板鋼筋施工技術(shù)、混凝土配合比設(shè)計、超深混凝土澆搗施工等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了直徑34.5 m，開挖深度達58.65 m的豎井大底板的順利施工，有效保障了工程施工質(zhì)量及施工安全，起到了較好的工程應(yīng)用示范。2021年1月17日凌晨1點，經(jīng)過39.5 h連續(xù)的作業(yè)，上海第一深基坑“深隧云嶺西豎井”順利完成了3 344 m3大底板混凝土澆筑，標志著蘇州河深隧云嶺西工程又一里程碑。