超高層地下室鋼結構施工關鍵技術分析

弓國濤

（陜西建工機械施工集團有限公司，西安 710032）

1 引言

伴隨著我國城市化進程的持續加快，城市人地矛盾使高層和超高層建筑成為城市建筑發展的主流方向，對于建筑地下室工程施工也提出了更加嚴格的要求。在超高層地下室鋼結構施工中，技術人員應明確施工關鍵技術，做好有效的施工管理，保證鋼結構施工質量和效果。

2 工程概況

某超高層建筑的高度達到了309 m，地下部分分為4 層，標準層高為4.5 m，底板標高-15.2 m。為了保證地下室結構的穩定性和承載能力，鋼管柱采用的是Q345GJB 材質，厚度能夠滿足Z25（鋼板厚度方向性能級別），最大吊裝重量接近300 N（30 t）。鋼板剪力墻部分的最大厚度達到了60 mm，南北兩側的鋼柱與基坑邊緣的最小距離為15 m，基坑與施工現場圍護結構的距離為16.5 m，在基坑邊緣2 m 范圍內，應避免堆放土方或材料[1]。

3 超高層地下室鋼結構施工關鍵技術

3.1 明確吊裝方案

結合現場實際情況分析，3 號塔吊為平臂式，最大起吊重量100 kN（10 t），在70 m 吊臂端部位置吊重為15 kN（1.5 t），4號塔吊最大起吊重量為100 kN（10 t），在65 m 吊臂端部位置吊重為17 kN（1.7 t），2 臺塔吊能夠實現對地下室施工區域的全面覆蓋，但是無法很好地滿足鋼結構構件的吊裝要求。為了保證施工順利進行，設置1 臺新塔吊，吊臂長度為35 m，最大起吊重量320 kN（32 t），能夠很好地滿足鋼結構構件的吊裝要求。但是，模擬分析顯示，該吊裝方案需要花費大量的時間進行塔吊安裝，會導致施工工期延長。基于此，經過相應的方案比選后，決定采用汽車吊配合80 t 履帶吊的方式來合理分配吊裝任務，在提高吊裝效率的同時，也能縮短工期。設置在基坑內的履帶吊受基坑空間的限制，行走路線寬度僅為5 m，場內回轉半徑為12 m。在經過現場勘察和計算后，基坑邊緣的施工位置會引發較大的基坑變形問題。為了保障維護結構安全，選擇的汽車吊為500 t，設置在施工現場西側的市政道路上，將部分圍擋拆除，使汽車吊的支腿能夠進入基坑邊緣約9.5 m[2]。

3.2 做好測量控制

從保證施工質量的角度，在超高層地下室鋼結構施工中，應做好相應的測量控制工作，建立平面控制網和高程控制網，并且在基坑周邊設置相應的軸線控制樁，借助外控法實現對基坑內部各個結構軸線和標高位置的控制。可以在底板上投放軸線，就結構預埋件的安裝位置進行校核，并且于已經完成初凝的混凝土結構上進行水準點的引測，構件安裝過程中，監理人員需要隨時校驗軸線和標高[3]。

3.3 重視變形控制

3.3.1 吊裝變形控制

因為單片一字型鋼板剪力墻本身的長度和寬度較大，在吊裝過程中容易出現變形問題。結合相關軟件分析剪力墻翻轉時的變形情況，可明確其變形主要是彈性變形，變形量為80 mm，當吊裝至立位時，變形會自動恢復。但是，從保證鋼板剪力墻安裝精度的角度，在吊裝過程中，應設置HW300 mm×300 mm 的鋼梁來減少吊裝變形。

3.3.2 焊接變形控制

地下室中鋼板剪力墻的常規厚度為40 mm，局部厚度達到60 mm，在板與板之間，橫向對接口的長度為2.65 m，豎向對接口長度為8.75 m。鋼板本身的焊接量較大，焊接環節很容易出現變形問題。為了保證鋼板剪力墻的焊接效果，施工人員在焊接作業過程中應堅持以下幾個基本原則：

1）分區焊接，先豎向焊接再橫向焊接，從中間向兩端分區進行。

2）單桿雙焊，雙桿單焊。

3）多層多道焊。在實際操作中，對于焊接的變形控制可以采用的方法有[4]：

（1）剛性固定法。作業人員需要沿垂直焊縫方向設置加勁鋼板，間距控制為1 m，同時，應該沿鋼板墻構件長度方向通長布設豎直加勁肋，在鋼板剪力墻構件寬度方向，需要通長布設水平加勁肋。對于一些約束相對薄弱的區域，如門洞位置，應該設置相應的鋼梁加固。

（2）殘余應力釋放法。在應力相對集中的區域，應該預先設置直徑在100 mm 應力釋放孔，調整孔周圍的應力，以此來緩解參與應力引發的變形問題。

（3）減少熱輸入。在對鋼板剪力墻進行焊接過程中，可以采用雙面對稱K 形坡口的形式，確保在焊縫截面減小時，殘余應力也會隨之減小。結合該工程的實際情況，選擇二氧化碳氣保焊，由多名施工人員采取多層多道、退焊與跳焊相互結合的方式進行焊接作業。

（4）選擇特定焊接工藝。地下室鋼板剪力墻焊接時，應先焊接剪力墻連梁，確保能夠發揮出加勁的作用，然后對鋼板墻層間對立焊縫區域進行相應的分段焊接，再就層間鋼板墻上的橫向焊縫焊接。水平方向上，應該強調從中間向兩邊分段退焊，搭配對稱焊接的方式來保證焊接效果。

3.4 鋼柱焊接控制

在該工程中，使用鋼柱直徑較大，焊縫長，而且材質焊接性能差，在焊接熱影響區域和焊縫根部很容易出現冷裂紋，從保證施工質量的角度，施工人員應該做好鋼管柱厚板的焊接控制。

1）焊接鋼管柱時，可以采取電加熱技術做好焊前預熱，在焊接過程中必須保證層間溫度，焊接完成后，也需要采取相應的保溫措施保證焊縫質量。同時。可以選擇間接熱輸入密度集中、熔池保護及脫氫效果良好的二氧化碳氣體保護焊，可以采用多層多道錯位焊接工藝，嚴格控制焊接環境，設置好防雨保溫棚來保障焊接作業的順利實施。

2）應該明確日照及焊接變形對鋼柱垂直度偏差的影響，計算好鋼柱預偏的方向和角度，保證施工效果。

3）應該做好焊接收縮變形的預控工作，可以在鋼柱的4個面沿對接縫焊接馬板，依照千分表的大小設置馬板的大小和間距[5]。在柱兩側焊接的馬板上對稱擺放千分表，確保鋼針頂緊馬板，固定好旋鈕后，可以進行焊接，要求作業人員能夠做好千分表讀數的觀察，對比讀數差值，再依照相關公式明確鋼柱在不對稱焊接情況下的焊接變形，對其進行預控。

4 結語

總而言之，在該工程中，借助500 t 汽車吊與80 t 履帶吊的相互配合，能夠為地下室鋼結構吊裝和施工提供便利，通過對吊裝順序的合理安排，可以促進施工效率的有效提高。從施工人員角度，可以借助受力計算來保證地下室鋼結構的施工安全，配合科學的焊接工藝和可靠的變形控制，能夠切實保障超高層地下室鋼結構的施工效果。