超深豎井大體積底板鋼筋混凝土施工技術★

鄒 銘

(上海市基礎工程集團有限公司，上海 200433)

1 概述

蘇州河深層排水調蓄管道云嶺西設施包括豎井及綜合設施全地下構筑物兩部分，綜合設施按埋深不同，由北向南依次分為深、中、淺三部分連續布置(如圖1所示)。豎井范圍為1區，基坑圍護采用1.5 m厚105 m深地下連續墻，基坑直徑34.5 m，開挖深度58.65 m，分為15層土進行開挖，如圖2所示。其中-12.550～-49.740墻體采用逆作法施工，內襯厚度為1 m和1.5 m，底板厚3 m。本文針對底板鋼筋安裝、混凝土配比、超深混凝土輸送澆搗以及大體積混凝土保溫養護等難點，通過深入剖析并研究相應措施予以解決，以保證工程的順利實施。

2 工程概況

豎井基坑直徑34 m，開挖深度58.65 m，底板厚3 m，局部底板最厚為3.2 m，掖角高1.5 m，底板混凝土總方量約3 250 m3，強度等級為C40R60，抗滲等級為P12，坍落度為(220±20)mm，擴展度(550±50)mm，如圖3所示。

底板以鋼筋劃分為內環、外環兩個區域，內環鋼筋為中心直徑20.1 m的橫縱向鋼筋，外環鋼筋由外側9.5 m環向徑向鋼筋組成，外環范圍內基坑落低200 mm，總重量超過750 t，如圖4所示。

3 豎井底板鋼筋施工技術

豎井結構底板鋼筋布置眾多，分布密集，包括底層鋼筋、頂層鋼筋以及中間構造筋。底板內環鋼筋為中心直徑20.1 m的橫縱向鋼筋，外環鋼筋由外側9.5 m環向徑向鋼筋組成，由于鋼筋較為密集，需提前設計安排好鋼筋綁扎順序，施工過程中嚴格控制。并且底板鋼筋總重量達750 t，架設綁扎鋼筋需采用足夠剛度的鋼筋支架進行擱置。

3.1 豎井底板鋼筋綁扎順序

1)完成內襯、地下連續墻接駁器錨筋及負彎矩鋼筋。

2)完成底板底排鋼筋：先施工外環底排徑向鋼筋→閉口箍下部U型箍→外環底排環向鋼筋→內環底排縱向鋼筋→內環底排橫向鋼筋(見圖5)。

3)完成外環構造及立柱：豎起鋼筋支架立柱→完成外環中部構造筋。

4)完成底板外環頂排鋼筋：安裝支架橫梁→外環頂排環向鋼筋→外環頂排徑向鋼筋→掖角斜向插筋→閉口箍上部U型箍→拉鉤→抗裂網片(見圖6)。

5)完成底板內環頂排鋼筋：豎起鋼筋支架立柱→完成內環構造筋→安裝支架橫梁→內環頂排環向鋼筋→內環頂排徑向鋼筋(見圖7)。

3.2 豎井底板鋼筋支架安裝

鋼筋支架由支架底座、立桿、水平桿、系桿組成，根據鋼筋分布不同，分為內環與外環(見圖8)。

底部鋼筋綁扎完成后將立桿放置在支架底座上焊接，并與水平桿進行焊接連接，形成穩定整體的鋼筋支架。立桿采用16號槽鋼，外環立桿長邊沿徑向布置，共計45條徑向軸線，每條軸線布置4根，高度為2 630 mm，內環立桿均沿縱向布置，高度為2 630 mm。

外環徑向橫桿采用16號槽鋼，環向橫桿采用8號槽鋼，徑向環向間采用8號槽鋼作為系桿焊接連接；內環縱向橫桿采用16號槽鋼，橫向橫桿采用8號槽鋼，采用8號槽鋼作為系桿焊接連接。鋼筋綁扎時必須注意首先將鋼筋放置在16號槽鋼橫桿上，并與橫桿點焊連接形成整體后，方可施工上層鋼筋。

板鋼筋支架復核計算采用結構有限元軟件對鋼筋支架整體進行空間建模分析，模型采用空間的桿系梁單元組合，將上層鋼筋自重荷載、混凝土澆搗過程對鋼筋的荷載及施工荷載轉化為線荷載等效分布在支架桿單元上(如圖9所示)。驗算得出支架的結構承載力、水平抗剪能力以及穩定性均滿足要求[1]。

4 混凝土配合比設計

因混凝土澆筑體積大，同時需要具備高流態高抗滲等特點，同時施工大體積混凝土底板水化熱高、收縮量大、容易開裂，而澆筑深度更是達58.65 m，對施工提出了巨大挑戰。為了最大限度避免由于大體積澆筑產生溫度高內部應力過大而導致開裂并持續發展，造成結構強度變低，引起巨大風險。通過選取品質良好的混凝土原材料，現場試驗獲得最合適的配合比(如表1所示)，施工過程中進行實時溫度監控，對大體積混凝土澆筑過程中的溫度變化規律予以掌握，確保混凝土各項性能指標滿足標準及設計要求。

表1 豎井底板C40P12 R60混凝土配合比(質量比)表

1)摻外摻料。為保證混凝土的和易性及滿足泵送要求，考慮大體積混凝土的水化熱要求及施工難度高的要求，在混凝土中摻加大比例的粉煤灰和礦渣粉來替代部分水泥，降低水化熱，滿足大體積混凝土施工要求。

2)摻外加劑。為進一步降低水泥用量，采用高效混凝土泵送劑SK1220A3(深隧豎井專用)，該外加劑砂漿減水率大于20%，凝結時間較長。一方面通過減水率降低水泥用量，減少水泥水化熱；另一方面通過適當延長初凝時間來延遲水化熱釋放的速度，推遲峰值溫度的時間，避免施工過程出現冷接縫，防止混凝土產生裂縫。

3)選擇適宜的骨料。a.采用自然連續的粗骨料，選用5～25碎石，含泥量不大于1.0%、泥塊含量(質量分數)不大于0.3%的粗骨料。粗骨料的針片狀含量(質量分數)不宜大于5%且不應大于8%，吸水率不應大于1%，氯離子含量(質量分數)不應大于0.02%。b.采用天然中砂，細度模數2.3以上，含泥量小于3.0%，泥塊含量(質量分數)小于1.0%細骨料的氯離子含量(質量分數)不應大于0.02%。

4)熱工計算。本工程底板最大厚度3 000 mm，需進行混凝土的熱工計算。根據參考相同強度等級混凝土配合比的各種材料用量，并預計施工階段平均氣溫在22 ℃來進行熱工計算(取混凝土的澆筑溫度Tj=25 ℃)。

最大絕熱溫升:

其中，W為單方混凝土膠凝材料用量，取400 kg/m3；Q0為水泥水化總熱量，取358 kJ/kg；k為不同摻量摻合料水化熱調整系數，經計算為0.75；C為混凝土比熱容，取0.97 kJ/(kg·℃)；ρ為混凝土質量密度，取2 450 kg/m3；t為混凝土齡期，取28 d；m為與水泥品種、用量和入模溫度等有關單方膠凝材料對應系數0.831。

代入式中計算得：

根據建科院試驗結果表明：

實測7 d絕熱溫升為42.2 ℃，推測28 d絕熱溫升為44 ℃～45 ℃。

需進行養護材料計算，根據經驗公式：

1.6=(0.04～0.12)。

其中，λ為棉被的導熱系數，λ=0.14;λi為混凝土的導熱系數，λ1=2.30;H為混凝土厚度，H=1.0 m;TB為當時的旬平均溫度，TB=30 ℃；K為修正系數，K=1.6[2]。

需加蓋1層棉被和1層塑料薄膜。

5 超深混凝土澆筑施工

云嶺西豎井開挖深度達58.65 m，為上海目前最深的基坑，超深豎井底板澆筑過程中混凝土向下垂直輸送容易產生離析現象，需要對豎井內部混凝土澆筑管路以及水平布料系統的布設進行設計，提出一套適用于超深豎井大體積底板混凝土澆筑的施工方法。

5.1 布料平臺

根據底板混凝土施工總體部署，坑內設置8個澆搗平臺(距離底板頂17 m)由4臺汽車泵同時進行供料。

混凝土澆搗通過混凝土流動形成大斜面分層下料,按照每皮厚度50 cm分皮振搗,逐漸向地下連續墻邊退澆，直至底板混凝土澆筑完成。

具體過程如下：

1)內環澆筑從泵車通過下料平臺及φ275 mm鋼管輸送至中心區域，混凝土以圓環為中心向四周以1∶12～1∶15流淌，澆搗至中部5 m直徑范圍內達到3 m高度，澆搗方量1 500 m3，澆筑時使用1號、3號、5號、7號布料平臺，剩余4個布料平臺作為備用，預計用時9.5 h，如圖10所示。

2)拆除一節6 m鋼管后加一節6 m滑槽，主要使用2號、4號、6號、8號布料平臺下接的軟管進行澆筑，由內向外，再澆筑1 750 m3，局部布料不便處使用滑槽進行澆筑，預計用時11 h，如圖11所示。

3)備用4根15 m長軟管，以免澆筑過程中內環位置混凝土鋪攤高度不足，若發生該情況，2號、4號、6號、8號布料平臺下軟管采用法蘭連接1根15 m長軟管用于澆搗。

5.2 溜管澆筑

1)設置4點，由布料平臺接軟管引入溜槽進行澆筑。每點采用1根6 m及1根9 m長φ275 mm鋼管作為溜管，兩管間采用法蘭連接，上部開設一φ250 mm孔方便混凝土流入，如圖12所示。

2)進料口設置在底板面以上4.5 m鋼模平臺位置，采用化學螺栓及型鋼架固定在支撐上，出料口處設置串管深入底板1.5 m，溜管上端與鋼模板電焊固定。

3)每處溜管支架間距離為4.5 m，4.3 m，3.1 m，鋼托架高度分別為3.45 m，2.5 m，1.6 m，托架四周立桿及橫桿采用16號槽鋼，斜向系桿采用5×5角鋼，電焊連接，托架下部與鋼筋支座的立桿及橫桿可靠焊接，做法如圖13所示。

4)中心鋪攤完成后，為鋪攤剩余部分底板，拆除一節鋼管后加一節6 m溜槽，澆筑完成剩余混凝土，溜槽采用鋼板加工，并采用鋼管加固，可沿出料口為中心旋轉，如圖14所示[3-4]。

6 結語

本文針對超深豎井大體積混凝土底板施工中的技術難點展開研究，詳細闡述了豎井底板鋼筋施工技術、混凝土配合比設計、超深混凝土澆搗施工等關鍵技術，實現了直徑34.5 m，開挖深度達58.65 m的豎井大底板的順利施工，有效保障了工程施工質量及施工安全，起到了較好的工程應用示范。2021年1月17日凌晨1點，經過39.5 h連續的作業，上海第一深基坑“深隧云嶺西豎井”順利完成了3 344 m3大底板混凝土澆筑，標志著蘇州河深隧云嶺西工程又一里程碑。