地下綜合管廊鋼筋工程施工技術(shù)研究及應(yīng)用

蔡元盛，丁鑫

（中交上航(福建)交通建設(shè)工程有限公司，福建 廈門 361000）

1 工程概況

本項(xiàng)目位于福建某園區(qū)項(xiàng)目，除施工人員以外極少會(huì)有人員進(jìn)出，所以現(xiàn)場(chǎng)采用了成本較低的明挖法施工。在管廊主體施工方面，目前我國(guó)主要有現(xiàn)澆和預(yù)制拼裝法，雖然預(yù)制拼裝法具有較低的材料損耗、較小的施工范圍及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但在產(chǎn)品預(yù)制和拼裝工藝兩個(gè)方面還存在許多問(wèn)題，所以本項(xiàng)目還是采用了較為傳統(tǒng)的現(xiàn)澆法。

園區(qū)內(nèi)市政道路，紅線寬度24 m，總長(zhǎng)約1 044 m；縱三路是園區(qū)縱向?qū)ν馔ǖ溃瑸殡p向四車道，底下為4倉(cāng)管廊。管廊內(nèi)容納電力、通信、給水、燃?xì)?、污水、熱力?類管線，綜合管廊工程內(nèi)容主要包含管廊主體工程、附屬系統(tǒng)工程、管廊節(jié)點(diǎn)工程。其中，附屬系統(tǒng)工程主要為消防系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、供電與照明系統(tǒng)、監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、標(biāo)識(shí)系統(tǒng)。

2 管廊主體結(jié)構(gòu)配筋與保護(hù)層計(jì)算

2.1 計(jì)算方法及計(jì)算模型

2.1.1 計(jì)算方法

計(jì)算采用荷載-結(jié)構(gòu)模型。

1）本工程規(guī)則段基于平面應(yīng)變假設(shè)，將結(jié)構(gòu)按彈性地基上的平面框架進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算單元長(zhǎng)度取縱向1 m。

2）結(jié)構(gòu)側(cè)墻、底板與土體的接觸模型采用只壓土彈簧進(jìn)行模擬。對(duì)于結(jié)構(gòu)底板彈簧剛度大小取所在土層垂直基床系數(shù)，側(cè)墻彈簧剛度大小取所在土層水平基床系數(shù)加權(quán)平均。底板側(cè)墻均取5 000 kPa/m。

3）考慮構(gòu)件尺寸相對(duì)稱，計(jì)算時(shí)剪力讀至支座中心線，彎矩不削峰。

4）設(shè)置抗拔樁地段，抗拔樁采用能受拉壓彈簧剛度模擬，彈簧剛度根據(jù)抗拔樁抗拔實(shí)驗(yàn)、靜載實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)值確定。

5）水土合算，側(cè)壓力系數(shù)取0.85，包絡(luò)住水土分算的內(nèi)力。

6）各構(gòu)件根據(jù)基本組合的計(jì)算內(nèi)力進(jìn)行承載能力（即強(qiáng)度）配筋計(jì)算，根據(jù)準(zhǔn)永久組合的計(jì)算內(nèi)力進(jìn)行裂縫控制配筋計(jì)算，構(gòu)件實(shí)際配筋按二者的較大值選筋。計(jì)算裂縫時(shí)，當(dāng)保護(hù)層厚度大于30 mm時(shí)，按30 mm取值進(jìn)行計(jì)算。

7）單根工程樁抗拔、抗壓剛度：21 000 kN/m、42 000 kN/m。

2.1.2 計(jì)算模型

計(jì)算模型如圖1所示。

圖1 單層封閉計(jì)算模型

2.2 計(jì)算荷載及計(jì)算組合

2.2.1 計(jì)算荷載

1）恒載。結(jié)構(gòu)自重：25 kN/m3×結(jié)構(gòu)厚度；頂板吊頂：2 kPa；標(biāo)準(zhǔn)段頂板覆土重：81 kN/m2；夾層板頂板覆土重：31 kN/m2；側(cè)墻側(cè)向土壓力（梯形分布）：夾層板頂板處29 kN/m；標(biāo)準(zhǔn)段頂板處72 kN/m；底板處116 kN/m；底板水壓力61 kPa。

2）活載。頂板超載：20 kPa；地面豎向超載引起的側(cè)墻側(cè)向超載：17 kPa；底板活載：4 kPa；溫度荷載：不考慮。

2.2.2 內(nèi)力組合

各種荷載組合如下。

1）重力工況1（使用階段，不考慮水壓力）：恒載（①+②+③+④）+活載（⑥+⑦+⑧）。

2）正常使用期工況（地下水位按抗浮水位取值，正常使用長(zhǎng)期性工況）：恒載(①+②+③+④+⑤)+活載(⑥+⑦±⑨×0.49)。

3）水反力工況（不考慮活荷）：恒載(①+②+③+④+⑤)。

2.2.3 荷載系數(shù)取值

1）承載能力極限狀態(tài)。采用基本組合：恒載分項(xiàng)系數(shù)1.3，活載分項(xiàng)系數(shù)1.5，活載組合值系數(shù)0.7，活載使用年限調(diào)整系數(shù)1.1，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1。

2）正常使用極限狀態(tài)。采用標(biāo)準(zhǔn)組合：恒載系數(shù)為1，活載系數(shù)取1。

根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)采用裂縫控制時(shí)，一般由正常使用極限狀態(tài)控制配筋。

3 鋼筋工程施工工藝介紹

3.1 鋼筋原材料加工

3.1.1 鋼筋加工場(chǎng)地布置

本項(xiàng)目鋼筋工程的鋼筋加工過(guò)程是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的，所以要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)布置鋼筋加工場(chǎng)的位置，因?yàn)椴少?gòu)的鋼筋原材料長(zhǎng)度沒(méi)有超過(guò)12 m，所以鋼筋加工場(chǎng)地設(shè)置為長(zhǎng)50 m、寬26 m的矩形較為合理，對(duì)于不用加工且當(dāng)天就進(jìn)行使用的鋼筋，則可以臨時(shí)堆放在靠近基坑外側(cè)的地面上，使用時(shí)用吊車吊運(yùn)卸載到基坑中即可[1]。

3.1.2 各部位鋼筋的加工方法

頂板與底板的橫向受拉鋼筋在外墻兩側(cè)位置需要有90°的抗震錨固彎折。不同的尺寸和型號(hào)的鋼筋彎折長(zhǎng)度也不相同，加工時(shí)需要計(jì)算好彎折長(zhǎng)度與損耗。同樣，墻身鋼筋在與頂板、底板的連接位置也需要進(jìn)行錨固彎折。但需要注意的是，布置在底板與頂板的縱向受拉鋼筋并不需要在兩端施工縫進(jìn)行彎折，因?yàn)槭┕たp位置需要預(yù)埋環(huán)向鋼邊橡膠止水帶，所以這部分的鋼筋在加工時(shí)就不需要進(jìn)行彎折，只要進(jìn)行相應(yīng)長(zhǎng)度的切割調(diào)整。

3.1.3 鋼筋使用量

以已施工完成示范段管廊為例，通過(guò)管廊標(biāo)準(zhǔn)橫斷面配筋圖不難看出，在板和墻的配筋中大部分使用的都是直徑14 mm和16 mm的熱軋帶肋鋼筋，只有墻的水平分布筋的直徑為12 mm。利用標(biāo)準(zhǔn)橫斷面配筋圖（見(jiàn)圖2）可以計(jì)算出詳細(xì)的鋼筋用量，直徑12 mm的鋼筋用量為12 896 m，11.35 t；直徑14 mm的鋼筋用量為11 068.24 m，13.39 t；直徑16 mm的鋼筋用量則為8 420.76 m，13.3 t。這段管廊3個(gè)倉(cāng)的鋼筋總用量為38.04 t，分倉(cāng)計(jì)算，中間的綜合倉(cāng)的鋼筋用量會(huì)多一些，因?yàn)槠潴w積相較于其他兩個(gè)倉(cāng)室會(huì)大一些。

圖2 管廊標(biāo)準(zhǔn)橫斷面配筋圖

3.2 各部位鋼筋的綁扎與安裝

3.2.1 底板鋼筋

因?yàn)榈装邃摻钗挥诨拥牡撞?，施工面與原底面的高差過(guò)大，所以加工好的鋼筋的運(yùn)輸方式主要為機(jī)械吊運(yùn)，安裝過(guò)程中如果只缺少量的鋼筋，也可以通過(guò)人工從基坑的安全入口搬運(yùn)到基坑內(nèi)。安裝工藝流程：清理墊層→彈鋼筋位置線→綁扎底板下層筋→放置馬凳→綁扎上層橫向筋→綁扎上層縱向筋→焊接支撐筋[2]。

3.2.2 墻身鋼筋

橫二路標(biāo)準(zhǔn)段管廊主體的高度為3.3 m，所以墻身豎向鋼筋的長(zhǎng)度減去頂板與底板的保護(hù)層厚度各0.05 m，這樣就可以確定為3.2 m，所以在進(jìn)行墻身豎向鋼筋運(yùn)輸時(shí)，中隔墻部分的鋼筋由吊車等吊運(yùn)機(jī)械直接卸載到基坑中，而兩邊側(cè)墻的鋼筋則可以先由吊車等吊運(yùn)機(jī)械將其卸載到基坑邊兩側(cè)，再由人工遞送到基坑下，這樣既節(jié)省了機(jī)械成本，還提高了鋼筋安裝效率。安裝工藝流程：立部分豎向鋼筋→畫水平拉筋間距線→1.3 m作業(yè)綁扎2根水平拉筋→畫豎向鋼筋間距線→綁扎剩余豎向鋼筋→綁扎剩余水平拉筋→墻身拉結(jié)筋安裝。

3.2.3 頂板鋼筋

頂板部位的鋼筋與其他位置的相比，其安裝效率會(huì)相對(duì)高一些，因?yàn)樵诎惭b頂板鋼筋時(shí)，側(cè)墻與頂板的模板都已安裝完成，這樣鋼筋安裝的作業(yè)面高度就與地面高度相差不大了，可以使用腳手架在基坑邊與頂板之間搭設(shè)臨時(shí)通道，這樣大大節(jié)省了材料運(yùn)輸成本與時(shí)間。因?yàn)轫敯邃摻畎惭b工藝與底板的安裝工藝無(wú)太大差別，本文不做重復(fù)說(shuō)明。

4 鋼筋工程施工控制難點(diǎn)

4.1 控制難點(diǎn)分析

由于本工程為地下綜合管廊，要保證主體結(jié)構(gòu)混凝土的耐久性，就必須保證鋼筋不被銹蝕，那么首先要確保鋼筋保護(hù)層滿足相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙的要求。但在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，鋼筋保護(hù)層的厚度卻比較難以控制，其主要原因有兩方面。第一，施工人員流動(dòng)性大，因?yàn)楸卷?xiàng)目還屬于剛開始施工階段，前期施工人員不多，到進(jìn)行鋼筋安裝時(shí)，會(huì)臨時(shí)招聘當(dāng)?shù)氐墓と诉M(jìn)行施工，新進(jìn)場(chǎng)的臨時(shí)施工人員質(zhì)量意識(shí)都比較淡薄，隨意性大，對(duì)保護(hù)層的要求不清楚。第二，所使用墊塊的質(zhì)量不合格，受到較小的擠壓后就容易發(fā)生碎裂，達(dá)不到控制保護(hù)層厚度的目標(biāo)[3]。

4.2 構(gòu)件間鋼筋節(jié)點(diǎn)處理

由于管廊主體的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不僅包括常規(guī)的墻、柱、梁、板等，還有許多暗柱、暗梁與梯梁等構(gòu)件，這就導(dǎo)致有許多構(gòu)件之間的鋼筋節(jié)點(diǎn)需要處理，這些節(jié)點(diǎn)處理亦是鋼筋施工過(guò)程中重要的施工工藝之一，對(duì)管廊整體建筑質(zhì)量來(lái)說(shuō)也有著非常重要的影響。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工管理的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分框架梁與暗柱連接處的鋼筋節(jié)點(diǎn)存在處理不當(dāng)?shù)那闆r，一方面是由于鋼筋加工時(shí)梁配筋的端頭彎折長(zhǎng)度不夠；另一方面原因是柱縱筋的預(yù)留長(zhǎng)度不足。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，管廊鋼筋工程施工技術(shù)在本段的實(shí)際應(yīng)用情況還不太理想，主要原因是本段為首個(gè)施工段，一些理論上的參數(shù)與實(shí)際施工參數(shù)會(huì)有所偏差，各個(gè)施工流程間的銜接時(shí)間也有待提高。本文對(duì)這段管廊鋼筋工程的實(shí)際施工情況的總結(jié)，希望工程后續(xù)可以更加合理地安排人、材、機(jī)投入，優(yōu)化施工工藝與施工銜接時(shí)間，為剩余工程打下良好基礎(chǔ)。