逆作人防結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

伍山雄 丁應(yīng)章 徐 強 王 飛 吳志毅 孫玉葉

中建三局集團有限公司（滬） 上海 200129

隨著國家“十三五”規(guī)劃戰(zhàn)略布局的落實，新建、擴建機場航站樓及綜合交通換乘中心（簡稱機場GTC）等大型民生工程越來越多。人民防空作為國防力量的重要組成部分，是一項全民性長期的戰(zhàn)備工作。自20世紀80年代以來，人防建設(shè)實行了指導思想的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，強調(diào)平戰(zhàn)結(jié)合，為經(jīng)濟發(fā)展和城市建設(shè)服務(wù)。同時為了給人們提供更為舒適的環(huán)境，人防工程的設(shè)計創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)。多層地下室人防設(shè)計作為地下空間工程中綜合性及技術(shù)性最強的部分，所包括的內(nèi)容更為繁雜[1-3]。

綜合交通換乘中心人防地下空間具有體量大、周邊環(huán)境復雜、不停航不停運施工要求高等難點。項目組經(jīng)過綜合比選，決定對鄰近運營航站樓區(qū)域人防地下空間采用逆作法進行施工。

1 工程概況

1.1 項目概況

杭州蕭山國際機場三期項目陸側(cè)交通中心工程位于杭州市蕭山區(qū)，包含交通中心工程、旅客過夜用房工程、配套業(yè)務(wù)用房工程等。該工程地上主體結(jié)構(gòu)共10層，地下室共4層，總建筑面積約64萬 m2，其中地上面積約25萬 m2，地下建筑面積約39萬 m2（圖1、圖2）。

圖1 交通中心工程效果圖一

圖2 交通中心工程效果圖二

1.2 人防逆作區(qū)概況

杭州蕭山國際機場三期項目地下室共4層，長約393 m，寬約276 m，層高除地下1層為5.0 m外均為4.0 m。在地下室的南側(cè)區(qū)域設(shè)置6級甲類人防，人防抗力等級為常6級及核6級。鄰近運營航站樓一側(cè)基坑采用逆作法施工，其中采用逆作法施工的人防區(qū)域面積達1.9萬 m2（圖3）。

圖3 逆作法人防區(qū)平面示意

2 人防逆作法關(guān)鍵技術(shù)

2.1 人防口部逆作設(shè)計技術(shù)

人防結(jié)構(gòu)采用逆作法技術(shù)施工的工程實例較少。在逆作法實施過程中，存在在受力結(jié)構(gòu)梁位置門框無法一次成形，同時結(jié)構(gòu)梁和剪力墻分批澆筑等問題。常規(guī)的作法一般有2種：

1）逆作施工階段先施工受力結(jié)構(gòu)梁，后期將結(jié)構(gòu)梁部分破除后隨人防門框一起施工。

2）人防口部位置整體劃分為出土洞口，逆作施工階段不施工，待順作施工階段整體一起施工。

常規(guī)做法對逆作法B0板重車道及出土洞口的平面布置有較強制約，對于周邊環(huán)境復雜、場地條件受限的工程不適用。

項目組經(jīng)深化設(shè)計創(chuàng)新，在不增設(shè)口部洞口、不改變原結(jié)構(gòu)受力的情況下，調(diào)整人防口部結(jié)構(gòu)。項目組結(jié)合圍護結(jié)構(gòu)及下部空間建筑功能要求進行深化，在受力梁旁增設(shè)門式封堵梁，封堵梁隨結(jié)構(gòu)板進行預留鋼筋設(shè)計，并且在后期施工中隨門框一起澆筑。該設(shè)計在平面上實現(xiàn)了逆作法平面可利用空間最大化，在立面上保證了門框與結(jié)構(gòu)的有效結(jié)合（圖4）。

圖4 人防門式封堵剖面優(yōu)化前后對比

2.1.2 車道區(qū)域板式封堵底部門檻設(shè)計技術(shù)

1.2.1 基礎(chǔ)護理。入院后為其提供安全、舒適、溫馨、干凈的住院環(huán)境，室內(nèi)溫濕度需適宜，采光、通風性良好。同時，應(yīng)協(xié)助病患做好個人衛(wèi)生的維持，提醒病患按時吃飯，若無行動障礙，身體條件允許，可鼓勵病患適當開展運動（如散步、慢跑等），提高機體免疫力。

人防工程逆作法施工中，結(jié)構(gòu)板面場地布置、車輛運輸路線的規(guī)劃情況直接影響著場內(nèi)交通秩序及工期。在車輛運輸路線的規(guī)劃中，不可避免地會遇到部分門洞區(qū)域。傳統(tǒng)人防結(jié)構(gòu)中，車輛經(jīng)各防火單元間洞口進出，防火單元進出口位置通常設(shè)置卷簾門，卷簾門門框及底部門檻在地面建筑施工前進行安裝，此方案對大型材料設(shè)備運輸影響較小。

蕭山國際機場交通中心項目逆作人防區(qū)重要通道及單元間連接部位設(shè)置豎向封堵，豎向封堵通常用于走廊及通道位置。豎向封堵因底部門檻節(jié)點特殊，結(jié)合了固定門檻與活動門檻雙重特性。封堵板為多塊特殊要求的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)拼接而成，豎向封堵板自重大，門檻底部需有足夠承載力，鋼筋需隨下部結(jié)構(gòu)板一次性預留，澆筑前需在門檻內(nèi)側(cè)預埋角鋼，且門檻需凸出結(jié)構(gòu)面100 mm。豎向封堵底部門檻若一次性澆筑預埋到位，逆作法施工階段重車通行將對其造成破壞。

項目組對該節(jié)點進行二次深化，優(yōu)先進行底部永久結(jié)構(gòu)澆筑，上部留設(shè)V形口，使用C20低標號混凝土澆筑，角鋼內(nèi)嵌位置在澆筑前塞入擠塑聚苯板填充。待后期無重車通行后將上部低標號混凝土鑿除，將擠塑聚苯板抽出，埋入角鋼后使用高標號混凝土填充（圖5）。

圖5 豎向封堵臨時保護措施及永久結(jié)構(gòu)施工節(jié)點

2.2 逆作區(qū)人防氣密性、外墻防水節(jié)點設(shè)計技術(shù)

2.2.1 逆作區(qū)人防氣密性設(shè)計技術(shù)

在人防工程中，例如臨空墻、兩相鄰防護單元間隔墻皆要求具有抵御所規(guī)定的核爆沖擊波和隔絕各類毒劑的能力[4-6]。

人防工程采用順作法時，臨空墻底部300 mm部分隨底板吊模施工，內(nèi)嵌300 mm×4 mm止水鋼板。上部墻體隨梁板按照設(shè)計要求整體一次性澆筑，上部墻板交界處無冷縫存在，滿足人防氣密性設(shè)計要求（圖6）。

圖6 人防臨空墻順作法節(jié)點

在逆作法施工中，梁板無法與下部墻體一次性整體施工，因此，人防工程在采用逆作法施工時，順、逆作結(jié)構(gòu)交界位置的處理是人防氣密性設(shè)計的難點。

項目組對順、逆作結(jié)構(gòu)交界位置進行節(jié)點創(chuàng)新深化設(shè)計，并提出了2種方案進行對比分析。

1）方案一：下掛止水鋼板。采用逆置吊模做法，臨空墻體上部500 mm結(jié)構(gòu)隨梁板一次性向下吊模施工，臨空墻體吊模結(jié)構(gòu)下口內(nèi)嵌300 mm×4 mm止水鋼板，下部墻體待順作階段施工（圖7）。

圖7 優(yōu)化方案一節(jié)點示意

2）方案二：預埋T字形鋼板。采用“止水鋼板先埋后焊”方式消除人防臨空墻體施工冷縫。上部結(jié)構(gòu)板在鋼筋綁扎階段，將50 mm×150 mm的T字形止水鋼板與鋼筋焊接固定，止水鋼板長150 mm一側(cè)固定于模板內(nèi)側(cè)，并與結(jié)構(gòu)板底部齊平。豎向墻體順作施工階段，使用長100 mm止水鋼板與T字形鋼板滿焊。該節(jié)點避免了傳統(tǒng)“吊模法”所帶來的施工復雜、模板木方浪費、操作不便等一系列問題（圖8）。

圖8 優(yōu)化方案二節(jié)點示意

經(jīng)對比分析，方案一操作較復雜，內(nèi)嵌止水鋼板后，吊模結(jié)構(gòu)底模難以支設(shè)，且存在跑漿、漏漿等質(zhì)量隱患。方案二在結(jié)構(gòu)板鋼筋綁扎前提前置于板底，鋼筋綁扎后將T字形止水鋼板與鋼筋焊接固定，下部臨空墻無須吊模，操作簡便且有利于節(jié)約模板。綜上，項目組選擇方案二進行臨空墻部位節(jié)點施工。

2.2.2 逆作區(qū)人防外墻防水節(jié)點設(shè)計技術(shù)

地下空間滲漏防治一直是建筑工程中關(guān)注的重點。在科學技術(shù)水平突飛猛進的今天，抗?jié)B混凝土技術(shù)已趨于成熟。地下空間滲漏主要是因為施工縫位置新舊混凝土的銜接未達標。人防工程采用逆作法施工時，施工縫的數(shù)量增加，致使逆作人防結(jié)構(gòu)的滲漏隱患高于傳統(tǒng)人防結(jié)構(gòu)[7-10]。

項目組將人防外墻施工縫位置設(shè)計為“企口＋止水條”的形式。外墻上翻節(jié)點延用常規(guī)做法，吊模施工高度500 mm，內(nèi)嵌300 mm×4 mm止水鋼板。外墻下掛節(jié)點通過在逆作下掛暗梁一側(cè)設(shè)置混凝土高縫，下部順作外墻一側(cè)設(shè)置混凝土低縫，上下搭接拼合，使混凝土接縫處不能通透，將水的水平滲透路徑切斷，切斷處滲透路徑變成豎向。在豎縫位置設(shè)置遇水膨脹止水條，從而阻斷人防外墻位置所有滲水路徑，以提高逆作人防區(qū)外墻的防水、防滲能力（圖9）。

圖9 人防外墻防水節(jié)點設(shè)計做法

2.3 人防逆作區(qū)格構(gòu)柱連接設(shè)計技術(shù)

杭州蕭山國際機場交通中心工程人防逆作區(qū)立柱樁采用各規(guī)格角鋼格構(gòu)柱，支座位置鋼筋密集，梁柱節(jié)點的設(shè)計為施工的重、難點。項目組結(jié)合BIM技術(shù)對格構(gòu)柱梁柱節(jié)點進行深化設(shè)計[11-14]。

2.3.1 格構(gòu)柱連接位置深化

1）鋼梁或勁性梁位置深化。項目組綜合考慮結(jié)構(gòu)安全和施工的可行性后，提出割除格構(gòu)柱深入梁內(nèi)區(qū)域角鋼，在格構(gòu)柱上口加焊封頭板，封頭板下口與角鋼、上口與鋼梁滿焊，從而在滿足承載力的基礎(chǔ)上，提升梁柱整體性（圖10）。

圖10 鋼梁或勁性梁穿格構(gòu)柱優(yōu)化后節(jié)點

2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁位置栓釘格構(gòu)柱深化。為便于現(xiàn)場施工，項目組對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁位置的栓釘格構(gòu)柱進行相應(yīng)優(yōu)化，使用5排且每排4根直徑20 mm的鋼筋與角鋼雙面焊接替代原栓釘設(shè)計。鋼筋兩端端頭位置設(shè)置長200 mm直角彎鉤，進一步提升格構(gòu)柱在混凝土梁中摩擦力（圖11）。

圖11 鋼梁或勁性梁穿格構(gòu)柱優(yōu)化后節(jié)點

2.3.2 格構(gòu)柱偏位節(jié)點設(shè)計

實際施工過程中，格構(gòu)柱的成形質(zhì)量無法100%保證。最常見的情況是格構(gòu)柱的位置發(fā)生偏移，致使原梁柱節(jié)點不再適用。項目組在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下，對格構(gòu)柱偏位處梁柱節(jié)點進行深化設(shè)計，采用混凝土結(jié)構(gòu)加腋的方法，實現(xiàn)混凝土梁與格構(gòu)柱的連接（圖12）。

圖12 格構(gòu)柱偏位節(jié)點設(shè)計

2.4 人防逆作法主樓區(qū)域轉(zhuǎn)換梁設(shè)計技術(shù)

為滿足人防地庫的多車道建筑功能的需求，結(jié)構(gòu)梁跨度將會增大。地上結(jié)構(gòu)部分豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地，而需通過水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與下部豎向構(gòu)件連接。

常規(guī)轉(zhuǎn)換梁通常采用超大梁或勁性梁。超大梁因截面過大，過度占用下部空間，不滿足地下大空間形式的需求。勁性梁通過型鋼兩端牛腿與兩側(cè)圓管柱連接。上部結(jié)構(gòu)柱錨入勁性梁中，通過勁性梁提供承載力及支座端抗剪能力。

項目組針對勁性梁中型鋼造價高、生產(chǎn)周期長、安裝難度大、不利于項目搶工階段施工的缺點，結(jié)合人防設(shè)計進行深化。首先提高混凝土強度，原設(shè)計中轉(zhuǎn)換梁混凝土標號同結(jié)構(gòu)為C35，優(yōu)化后提升為C60標號混凝土，滿足一級抗戰(zhàn)性能。提高混凝土標號使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁能夠替代傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換梁，在滿足承載力的同時，提高轉(zhuǎn)換梁抗震性能。同時項目組通過在梁上柱下部區(qū)域，自結(jié)構(gòu)柱一端在梁內(nèi)增設(shè)2段工字鋼，且工字鋼之間滿焊，以此提高支座段抗剪能力，從而進一步減小轉(zhuǎn)換梁截面以滿足下部空間凈高需求（圖13）。

圖13 優(yōu)化后轉(zhuǎn)換梁模型

3 結(jié)語

項目組在保證人防地下空間使用功能的前提下，以深化設(shè)計為主干，利用思維導圖方式開展研究，尋找設(shè)計創(chuàng)新與可優(yōu)化點。過程中不斷總結(jié)人防逆作工程中的關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)大型人防逆作結(jié)構(gòu)提供借鑒。