高強(qiáng)鋼筋在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)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(qiáng)鋼筋在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

陶 榮 生

(上海寰宇城市投資發(fā)展有限公司，上海 200040)

結(jié)合上海市徐匯區(qū)某辦公樓項(xiàng)目基坑工程，分別從材料性質(zhì)、配筋設(shè)計(jì)、施工角度對(duì)HRB400級(jí)鋼和600 MPa級(jí)鋼在地下連續(xù)墻中使用的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較，經(jīng)分析計(jì)算，采用600 MPa高強(qiáng)鋼筋，可減少鋼筋用量，提高結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備能力，有助于保證工程質(zhì)量。

高強(qiáng)鋼筋，基坑，地下連續(xù)墻，屈服強(qiáng)度

0 引言

高強(qiáng)鋼筋是指抗拉屈服強(qiáng)度達(dá)到400 MPa及以上的螺紋鋼筋。與普通鋼筋相比，具有強(qiáng)度高、綜合性能優(yōu)良、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。美國、英國、日本等發(fā)達(dá)國家已普遍采用400 MPa以上的鋼筋。歐洲各國廣泛采用強(qiáng)度更高的500 MPa，600 MPa級(jí)鋼筋也有相當(dāng)數(shù)量的工程應(yīng)用[1]。目前國內(nèi)工程項(xiàng)目普遍采用的是400 MPa級(jí)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(fèi)十分嚴(yán)重。

600 MPa高強(qiáng)鋼筋(代號(hào)T6/E/G[2])強(qiáng)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(jìn)高強(qiáng)度鋼筋的推廣使用，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、工業(yè)和信息化部于2012年聯(lián)合推出了《關(guān)于加快應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋的指導(dǎo)意見》，強(qiáng)調(diào)要加快600 MPa級(jí)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(qiáng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[3]，為推廣采用600 MPa及以上的高強(qiáng)鋼筋提供了有力的技術(shù)依據(jù)。同時(shí)部分地區(qū)已將使用高強(qiáng)鋼筋的比例納入綠色工程評(píng)價(jià)體系。

在國家推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋的宏觀政策推動(dòng)下，江蘇省、上海市已有100余個(gè)工程項(xiàng)目使用了600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋，但是大部分僅局限于上部結(jié)構(gòu)。用于地下工程，尤其是基坑工程的項(xiàng)目較少。本文以上海徐匯區(qū)某辦公樓基坑項(xiàng)目為例，針對(duì)在地下連續(xù)墻中使用高強(qiáng)鋼筋的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，以期對(duì)上海地區(qū)類似的工程項(xiàng)目提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

表1 600 MPa級(jí)鋼筋與400 MPa級(jí)鋼筋材料特性

1 工程概況

本工程設(shè)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(cè)地塊間的臨時(shí)隔墻，周邊圍護(hù)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(hù)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(jì)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(gè)基坑之間的臨時(shí)隔斷地墻(Ⅱ型)。地墻計(jì)算時(shí)需要考慮以下三大工況，并取最不利工況進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。

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(shè)置臨時(shí)型鋼斜換撐(見圖4)；

工況3：施工西側(cè)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(shí)還需驗(yàn)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(cè)相鄰基坑支撐反力作用下的承載力，對(duì)裂縫寬度不作驗(yàn)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(jí)鋼筋。某1 000 mm厚典型地墻在基坑開挖階段計(jì)算彎矩如下：地墻迎坑面的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為M=2 006 kN·m，地墻迎土面的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為M=785 kN·m。迎坑面實(shí)配縱筋達(dá)到32@150+28@150(9 465 mm2，ρ=0.94%)，迎土面實(shí)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(jìn)行了充分的研究討論，一致認(rèn)為采用600 MPa級(jí)鋼筋替換400 MPa級(jí)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(jià)。為防止施工中不同強(qiáng)度鋼筋混料錯(cuò)批[4]，地墻所有類型的鋼筋均改用600 MPa級(jí)鋼筋。另外通過相關(guān)途徑了解到已有多家鋼廠能生產(chǎn)600 MPa級(jí)鋼筋。經(jīng)過等強(qiáng)代換，并復(fù)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(shí)配縱筋H25@150+H22@150(5 809 mm2，ρ=0.58%)，迎土面實(shí)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(jí)。典型地墻配筋見圖7。

經(jīng)驗(yàn)算，對(duì)于地下室層高不高的地墻配筋不受裂縫寬度控制。當(dāng)靠近外墻的地下室樓板開大洞或?qū)痈吆芨邥r(shí)，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(shí)采用600 MPa級(jí)高強(qiáng)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(duì)比分析

800厚地墻配筋對(duì)比見表2，1 000厚地墻配筋對(duì)比詳見表3，從中可以看出采用600 MPa級(jí)鋼筋，鋼筋直徑可以降低1級(jí)～2級(jí)，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(jī)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(jià)。

表2 800 mm厚地墻鋼筋對(duì)比

表3 1 000 mm厚地墻鋼筋對(duì)比

綜合考慮地墻鋼筋用量的減少和鋼筋造價(jià)的提高，計(jì)算得到每幅6 m寬地墻采用600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋可減少鋼筋用量約7 t，可節(jié)約造價(jià)約14%～17%。

另外，根據(jù)試驗(yàn)研究，600 MPa級(jí)鋼筋采用焊接連接不易保證等強(qiáng)，所以建議主要受力鋼筋優(yōu)先采用機(jī)械連接。套筒數(shù)量按地墻主筋每隔9 m進(jìn)行連接計(jì)算，采用600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋對(duì)應(yīng)的套筒造價(jià)和400 MPa鋼筋基本相當(dāng)。

通過以上對(duì)比分析，可以得出采用高強(qiáng)鋼筋有以下優(yōu)勢：

1)采用高強(qiáng)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(píng)價(jià)的加分項(xiàng)；2)采用高強(qiáng)鋼筋可以減少鋼筋用量，提高結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備能力。本項(xiàng)目地墻經(jīng)初步測算，綜合成本節(jié)約率約14%～17%；3)高強(qiáng)鋼筋與高性能混凝土配合使用，還可以提高結(jié)構(gòu)的使用壽命；4)采用高強(qiáng)鋼筋，減輕了結(jié)構(gòu)自重，可減少運(yùn)輸、加工費(fèi)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(jié)語

鋼筋的高強(qiáng)化是工程結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要方向，使用高強(qiáng)鋼筋可以節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。對(duì)于由強(qiáng)度控制配筋且受力較大的工程，例如基坑工程、人防工程、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)等，都可以采用600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋。對(duì)于按構(gòu)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(jí)高強(qiáng)鋼筋。本文通過工程實(shí)例比較了在地墻中采用600 MPa級(jí)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(jià)約14%～17%，可以為后續(xù)類似基坑工程地墻設(shè)計(jì)提供參考。

[1] 龍 莉，羅安智.國內(nèi)外高強(qiáng)鋼筋應(yīng)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(shè)企業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] 白力更,劉維亞.超高強(qiáng)鋼筋在混凝土結(jié)構(gòu)中的研究與應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu),2016(46):49-53.

[4] 范春怡，王 錦.推廣應(yīng)用高強(qiáng)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(yīng)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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