型鋼換撐支護技術(shù)應(yīng)用分析

林道興

(中建四局建設(shè)發(fā)展有限公司,福建 福州 350000)

0 引 言

在建筑施工領(lǐng)域中,為不影響周邊建筑,尤其是臨近地鐵軌道基坑施工中,多地政府文件明確規(guī)定不得使用錨桿作為基坑支護形式,因此市區(qū)的深基坑施工往往采用排樁+內(nèi)支撐的支護形式。

而在多層地下室結(jié)構(gòu)施工階段,支護方案設(shè)計的鋼管斜撐比較容易與主體設(shè)計的負(fù)一層結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞,導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)無法一次成型,形成多條后澆帶,增加施工成本以及滲漏的風(fēng)險,同時鋼管斜撐占用空間大,影響主體施工工作面,斜撐工序也較為復(fù)雜,大大增加了施工工期,有必要采取更佳的施工方法。

1 工程概況

1.1 工程基本概況

融僑茉香云居工程位于晉安區(qū)連江北路與福馬路交叉口東南角,臨近地跌2號線,東側(cè)及南側(cè)為城市規(guī)劃主干道?？偨ㄖ娣e為11 854.72m2,地上建筑面積為84 975.24m2,地下建筑面積為85 054.20m2,由1#～3#樓、5#～10#樓、11#～13#樓、15#樓、S1#a樓、S1#b樓、D-1#樓、D-2#樓及整體一層(局部兩層)地下室組成。

1.2 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計概況

本工程采用SMW工法樁+鋼管內(nèi)斜撐、SMW工法樁+鋼筋混凝土內(nèi)支撐、懸臂SMW工法樁等支護形式。臨近地鐵側(cè)的被動區(qū)加固與SMW工法樁同步施工。本項目鄰近福州市軌道交通2號線紫陽站—五里亭站區(qū)間,基坑圍護結(jié)構(gòu)外邊線距離區(qū)間右線隧道結(jié)構(gòu)外邊線最近為6.09m。基坑平面布置圖如圖1所示。

圖1 地鐵與項目關(guān)系剖面示意圖

1.3 水文地質(zhì)條件

基坑支護自上而下主要涉及以下巖土層:①雜填土,②粉質(zhì)黏土,③淤泥,④含泥粉砂,⑤淤泥質(zhì)土,⑤-1粉質(zhì)黏土,⑥中砂。其土體物理力學(xué)參數(shù)詳見表1土體物理力學(xué)參數(shù)表。場地地下水主要為松散層孔隙潛水、松散層孔隙承壓水和風(fēng)化巖孔隙裂隙承壓水。

表1 土體物理力學(xué)參數(shù)表

2 型鋼斜撐結(jié)合混凝土換撐橫梁和豎梁的換撐支護結(jié)構(gòu)

對此,提出一種型鋼斜撐組合混凝土換撐橫梁和豎梁的臨時換撐體系,型鋼換撐體系剖面如圖2所示。其原理是在不同層地下室緩沖區(qū)外墻一側(cè)設(shè)置換撐縱梁與排樁上的換撐橫梁一同施工,外墻另一側(cè)通過預(yù)埋鋼板連接底板上型鋼斜撐,形成臨時傳力體系,將基坑變形應(yīng)力通過橫梁和縱梁均勻傳至地下室上,再經(jīng)由型鋼斜撐傳遞至底板,實現(xiàn)應(yīng)力安全有序調(diào)整、轉(zhuǎn)移和再分配,如圖3所示。

圖2 型鋼臨時換撐支護剖面圖

圖3 轉(zhuǎn)換節(jié)點示意圖

3 技術(shù)特點

(1) 深基坑型鋼換撐體系主要采用高×寬×腹板厚×翼緣厚為HW350mm×350mm×12mm×19mm型鋼作為拋撐,其側(cè)向剛度大,安拆簡便,同時型鋼拆除不產(chǎn)出建筑垃圾,型鋼可以回收利用,符合綠色施工理念。

(2) 深基坑型鋼換撐體系占用坑內(nèi)空間小,對紅外線建筑不產(chǎn)生影響,并且對主體施工不產(chǎn)生影響。

(3) 深基坑型鋼換撐體系外墻支撐梁可與主體結(jié)構(gòu)一同施工,不增加工序,節(jié)約工期,外墻支撐梁與支護結(jié)構(gòu)有效連接,保證了基坑施工的安全。

(4) 深基坑型鋼換撐體系可替代原設(shè)計內(nèi)支撐,從而達到提前拆撐的結(jié)果,加快施工進度,同時避免了傳統(tǒng)留設(shè)后澆帶產(chǎn)生的。

4 施工要點

4.1 工藝流程

淺層區(qū)(負(fù)一層)土方采用整體開挖,并在鋼管斜撐下部三角區(qū)域預(yù)留反壓土,淺層區(qū)底板混凝土與支撐墩一同澆筑后安裝超長鋼管斜撐,超長鋼管中部設(shè)置型鋼立柱支撐;超長鋼管一端與底板支撐墩預(yù)埋鋼板焊接,另一端與原支護樁上的冠梁預(yù)埋鋼板焊接。

緩沖區(qū)(負(fù)二層)土方開挖后,先在底板處預(yù)埋鋼板,澆筑底板及傳力帶混凝土,然后在外墻預(yù)埋鋼板,澆筑負(fù)二層墻柱和換撐豎梁、換撐橫梁。外墻側(cè)模拆除后用HW350×350型鋼按45°角度與預(yù)埋的鋼板進行焊接,形成換撐體系。最后換撐梁及外墻的混凝土強度至少達到設(shè)計強度80%時,回填外側(cè)土方后,即可拆除原鋼管斜撐。

4.2 操作要點

(2) 淺層區(qū)大面積土方開挖采用PC200反鏟挖掘機盤運,1.6m3斗容積的PC360反鏟挖掘機裝車,PC120反鏟挖掘機配合人工清底修邊,以自卸式汽車外運。緩沖區(qū)土方開挖預(yù)留斜撐下部反壓土,反壓土采用放坡式開挖盤土,開挖坡度符合設(shè)計要求,坡度可比設(shè)計坡度緩,開挖時做好臨時排水溝。

(3) 淺層區(qū)底板鋼筋綁扎完成后,及時對鋼管斜撐支撐墩位置進行放樣,鋼筋按照設(shè)計圖紙大樣進行綁扎,支撐墩混凝土強度同底板強度,與底板混凝土一同澆筑。

圖4 鋼管斜撐安裝效果圖

(5) 開挖緩沖區(qū)區(qū)域土方,進行底板鋼筋綁扎并固定好鋼板預(yù)埋件,為安裝換撐型鋼做準(zhǔn)備,然后澆筑底板及傳力帶混凝土,養(yǎng)護時間不少于7天。

(6) 緩沖區(qū)外墻鋼筋綁扎完成后,沿墻長每隔4m設(shè)置鋼板預(yù)埋件,支撐梁的鋼筋與外墻鋼筋一同綁扎通過預(yù)埋件錨筋連接,外墻與水平換撐梁混凝土一同澆筑。

(7) 外墻模板拆除后,采用回彈儀對混凝土結(jié)構(gòu)進行回彈,當(dāng)混凝土強度≥設(shè)計強度80%,每隔4m設(shè)置一道型鋼拋撐(圖5),型鋼與底板、外墻預(yù)埋鋼板進行滿焊,形成臨時換撐體系。

圖5 豎向型鋼拋撐安裝

(8) 臨時換撐體系安裝完成后,拆除超長鋼管斜撐,拆除時從內(nèi)向外施工,利用塔吊及叉車等機械設(shè)備先拆除活絡(luò)頭,卸除預(yù)應(yīng)力后再拆除鋼管,斜拋撐解體分離后駁運轉(zhuǎn)場。

(9) 超長斜撐拆除后,緩沖區(qū)負(fù)一層內(nèi)墻及梁板鋼筋安裝按圖紙及規(guī)范綁扎到位,墻柱及梁板模板安裝及支撐嚴(yán)格按專項方案施工,通過項目自檢及監(jiān)理隱蔽驗收通過后,先澆筑墻柱混凝土。待墻柱混凝土澆筑≥24h再澆筑梁板混凝土,混凝土可采用固定泵輸送,混凝土的澆筑方向為從一端開始,采用斜面分層法向另一端推進。澆筑混凝土?xí)r,振搗器連續(xù)均勻分布,以保證不漏振,以提高混凝土的密實度,達到設(shè)計要求。

5 工程實施效果

為確保施工安全,由有資質(zhì)的第三方檢測單位對基坑支護結(jié)構(gòu)的變形進行每日2次的深層土體水平位移、坡頂水平位移、坡頂沉降觀測等多項監(jiān)測。

在基坑施工過程中,各監(jiān)測項目監(jiān)測點和變化速率基本在正常變化之間,地下室支護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境變換一直處于有效控制之中。基坑深層土體水平位移(測斜)累計最大位移量為34.8mm<警戒值40mm,坡頂水平位移最大累計位移量為19mm<預(yù)警值20mm,緩沖區(qū)在施工過程中未出現(xiàn)大的變形,臨時換撐體系安全可靠。

6 經(jīng)濟效益分析

該項目緩沖區(qū)設(shè)計了9根超長斜撐支護,鋼管斜撐最長長度為29m。

6.1 優(yōu)化后型鋼換撐結(jié)構(gòu)的費用

包括預(yù)埋件預(yù)埋、型鋼安裝和拆除、主體及支撐梁鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑,型鋼共計15根。

(1) 矩形鋼板規(guī)格為600mm×400mm×14mm,每塊重量約為0.026t,共30塊,總重量為0.78t,綜合單價為7 500元/t,可得成本為5 850.00元。

(2) 錨固鋼筋采用HRB400直徑20mm鋼筋,長度250mm,該型號鋼筋每根重量為0.000 62t,共計90根,總重量0.055 8t,綜合單價為6 200元/t,可得成本為345.96元。

(3) 型鋼采用HW350×350,長度4 000mm,該型號型鋼每根重量為0.46t,共計15根,總重量6.9t,租賃綜合單價為8元/(t/天),租賃30天,可得成本為1 656.00元。

(4) 混凝土:該塔樓負(fù)二層頂板可一次成型,梁板采用同一標(biāo)號C30,混凝土總工程量189.28m3,綜合單價為464.30元/m3,成本為87 882.70元。

沈老七說這話時，張滿春就看到那個挎軍刀的日本軍官進了沈小小的閨房。沈老七聽到小小的一聲尖叫，他一下癱坐在地上。張滿春見時機已到，就沖上樓去。他剛跑到樓梯口就讓兩個槍兵攔住了去路。張滿春比劃著手勢說，皇軍，有毒有毒，大大的有毒。那兩個值崗的日本兵大概也是聽懂了一些什么，張滿春趁他們將信將疑時，已幾大步跨上了樓。那兩個槍兵端著槍在后面追趕，還“叭”地放了一槍。張滿春感到那呼嗖的子彈好像是從自己耳邊飛過去了。正當(dāng)那槍兵準(zhǔn)備開第二槍時，張滿春已撞開了沈小小的房門。

(5) 木模板:該深層區(qū)負(fù)二層頂板可一次成型,無多余施工后澆帶,模板無須另外搭設(shè),模板總工程量約為1 261.85m2,綜合單價為81.78元/m2,可得成本103 194.09元。

優(yōu)化后總費用為198 928.75元。

6.2 優(yōu)化前留設(shè)后澆帶的費用

由于主體無法一次成型,主體按傳統(tǒng)工藝施工需留設(shè)后澆帶,共計9條。

(1) 止水鋼板規(guī)格為300×350×12,后澆帶每邊長度為25m,合計長度為450m,綜合單價31元/m,可得成本為13 950.00元。

(2) 后澆帶混凝土:比梁板設(shè)計提高一級為C35,后澆帶寬度1 000mm,總工程量為33.75m3,綜合單價為522.24元/m3,可得成本為17 625.60元。

(3) 梁板混凝土:梁板混凝土采用C30,總工程量為155.53m3,綜合單價為464.30元/m3,可得成本為70 657.28元。

(4) 后澆帶模板:設(shè)置獨立模板支撐,總工程量為225m2,綜合單價為151.15元/m2,可得成本為34 008.75元。

(5) 梁板模板:其余模板總工程量為1 036.85m2,綜合單價為81.78元/m2,可得成本為84 793.59元。

(6) 后澆帶收口網(wǎng):后澆帶每邊長度為25m,合計長度為450m,綜合單價12.3元/m,可得成本為5 535.00元。

(7) 后澆帶鋼筋:主體鋼筋斷開需增加鋼筋搭接,鋼筋每根增加長度1m,總工程量為3.63t,綜合單價為6 200元/t,可得成本為22 506.00元。

優(yōu)化前總費用為249 076.22元。

綜上,兩者相比節(jié)約費用:249 076.22-198 928.75=50 147.47(元)。

7 結(jié)束語

建筑工程中深基坑支護形式多樣,支護形式與主體緊密結(jié)合,在工程施工中相輔相成,該型鋼換撐結(jié)構(gòu)技術(shù)的運用不僅節(jié)約了成本,還避免了留設(shè)后澆帶存在滲漏隱患,加快施工進度。型鋼剛度大,連接牢固,主體結(jié)構(gòu)與支護結(jié)構(gòu)間的有效傳力,保證深基坑施工的安全性,同時減輕對環(huán)境的污染,減少建筑垃圾的產(chǎn)生,部分材料實現(xiàn)可回收。在不同層地下室緩沖區(qū)得到充分運用,在節(jié)能減排、推行綠色施工方面具有良好的社會效益。