深基坑施工中特殊位置的勁性混凝土柱做法分析與應用

李迪安 魏燕龍 繆獻鵬 李洪帥 馬晨威

中建八局第一建設有限公司 山東 濟南 250100

在地下室深基坑施工中，豎向構件較常采用勁性混凝土柱的形式，以提高結構承載力和剛度。勁性混凝土柱一般由內部鋼骨架和外包鋼筋混凝土組成，而當基坑的圍護支撐梁與勁性柱存在交叉時，節點處的配筋眾多且復雜，繼而帶來工藝和工序上的選擇難題。如何有效解決深基坑施工中柱和梁的碰撞問題，對保證工程項目的整體進度和施工效率有著至關重要的影響[1-4]。

在勁性梁柱節點研究方面，侯建軍[5]結合工程實例，針對深基坑逆作法施工中勁性混凝土梁柱節點的施工難題，分析了幾種節點連接方式，并提出了相應的改善措施，最終取得了預期效果；何強龍等[6]針對煩瑣的梁柱節點施工工序，分析研究了勁性梁柱節點處的鋼筋處理方法，提高了深化質量；左樂等[7]針對勁性梁柱節點采用傳統施工方法存在的增加斷面尺寸、削弱型鋼剛度以及影響使用功能等不足，提出了采用BIM深化設計以及鋼筋搭橋連接的綜合施工技術，解決了節點處施工難度大的問題。

本文在上述文獻相關工藝的基礎上[8]，從深基坑勁性混凝土柱和圍護支撐梁碰撞、勁性混凝土柱與鉆孔灌注樁位置重合等工況角度出發，闡述了此類特殊位置處的工藝做法，并分析了其應用效果。

1 工程概況

紹興高鐵北站TOD綜合體項目位于紹興市越城區，地下室設計3層（局部4層），結構形式為鋼筋混凝土框架＋鋼筋混凝土外墻，部分框架柱設計為勁性混凝土柱，鋼骨架有十字形和圓形。圍護結構設計為地下連續墻，支撐結構為鋼筋混凝土支撐梁。

通過基坑支護支撐平面布置圖、地下室墻柱結構圖及樁基圖對比，發現部分勁性混凝土柱的分布有以下3個特殊性：勁性混凝土柱與鋼筋混凝土支撐梁位置沖突；勁性混凝土柱與鉆孔灌注樁位置重合；兼具以上2個特殊性。

2 施工制約因素

勁性混凝土柱施工工藝流程：鋼骨架安裝→鋼筋綁扎→梁柱節點鋼筋綁扎→模板安裝及加固→混凝土澆筑→拆模及養護。

與鋼筋混凝土支撐梁位置沖突的勁性混凝土柱，若按常規方法施工，制約因素主要有以下幾點：

1）若鋼骨架整體安裝，則需鑿除上層重疊支撐梁，破壞支撐結構的完成性，降低支撐結構的整體穩定性及強度。

2）若鋼骨架分節安裝，則支撐梁下部塔吊無法垂直吊裝，需用手動葫蘆或電葫蘆分節安裝，鋼骨架接頭數量多，施工效率低。

3 創新做法介紹

本項目地下室范圍內勁性混凝土柱施工的關鍵工序為勁性鋼骨架的安裝，鋼骨架安裝有分節安裝和整體安裝這2種方式。

3.1勁性鋼骨架分節安裝

3.1.1 地腳螺栓安裝

鋼骨架通過栓釘與柱體混凝土連接，安裝時通過地腳錨栓臨時固定，如圖1所示。預埋錨栓利用1塊定位板將錨栓間的相對位置固定，形成支架，在柱鋼筋綁扎時，將錨栓支架插入柱鋼筋籠中，初步測量定位錨栓位置。然后采用短鋼筋將錨栓支架與主筋焊接牢固，從而使錨栓支架與鋼筋籠形成穩定的整體，有效減小錨栓在混凝土澆筑時可能發生的偏移。

圖1 柱腳螺栓固定大樣

3.1.2 鋼骨架安裝

鋼骨架隨地下室主體結構分層（或分節）安裝。鋼骨架采取手動葫蘆或電葫蘆分節吊裝，鋼骨架通過螺栓連接接長。如圖2所示，L為鋼骨架搭接長度。

圖2 鋼骨架分節螺栓連接

利用設計好的吊裝孔或耳板采用4點吊裝，將鋼骨架吊運至上方200 mm左右時，緩慢下落。當預埋螺栓進入鋼骨架腳孔后，檢查柱腳十字線是否與預埋板十字控制線吻合，直至調整到允許偏差范圍內，利用2臺經緯儀十字交叉檢查垂直度無誤后固定螺母，并采用臨時支撐固定。然后再依次安裝固定本層其他鋼柱。

3.1.3 安裝要點

錨栓和預埋件安裝到位后，應可靠固定。錨栓采取防止損壞、銹蝕和污染的保護措施，錨栓施工完畢應將絲口涂上黃油等防銹物，并用膠帶纏好保護絲口。

鋼骨架地腳螺栓緊固后，外露部分應采取防止螺母松動和銹蝕的措施。

3.2支撐梁預留勁性結構柱施工洞口

勁性混凝土柱與支撐梁位置沖突時，擬采取優化支撐梁結構形狀、預留勁性混凝土柱施工洞口的方法，便于使用塔吊對鋼骨架整段吊裝，提高施工效率。洞口四周根據16G101圖集相應要求進行加固處理。鑒于后續勁性混凝土柱模板安裝與加固的需要，建議洞口預留尺寸不小于1 400 mm×1 400 mm。后續地腳螺栓、鋼骨架安裝等施工參考鋼骨架分節安裝相關內容，不作詳細說明（圖3）。

圖3 支撐梁預留洞口大樣

3.3勁性混凝土柱隨鉆孔灌注樁一同施工

勁性混凝土柱與鉆孔灌注樁位置重合時，結構柱和鉆孔灌注樁一同施工。為便于利用導管澆筑混凝土，施工時將十字形鋼骨架優化為圓形鋼骨架。

3.3.1 等面積代換確定鋼骨架型號

取圓形鋼骨架的鋼板厚度及材質與工字形鋼骨架相同，以等面積代換原則確定圓形鋼管的半徑。

如圖4所示，根據工字型勁性鋼骨架截面尺寸，可求得截面面積：S＝4bt＋2(a－2t)·t－t2。

圖4 工字型勁性鋼骨架

3.3.2 鋼骨架安裝及鋼筋綁扎

在勁性混凝土柱標高范圍內，鋼筋籠根據框架柱保護層厚度要求、設計配筋、抗壓強度、抗剪強度等驗算進行相應調整。勁性混凝土柱標高段，樁徑根據勁性混凝土柱的尺寸，利用圓外接與正方形原理做擴徑處理。相應的鋼筋籠外徑擴大，并且螺旋箍筋做加密處理。地下室底板至正負零段灌注樁用全鋼護筒進行施工，待混凝土澆筑完至初凝后拔出護筒，保證勁性柱的澆筑質量。

鋼骨架用3φ16 mm定位筋與鋼筋籠焊接連接，定位筋在軸向按2 m間距布置，如圖5～圖7所示。

圖5 鋼骨架與鋼筋籠位置

圖6 1-1剖面示意

圖7 2-2剖面示意

為提高勁性混凝土柱的抗震性能、穩定性和承載能力，將鋼骨架與周邊結構連接成一個整體。對于單樁或多樁承臺的情況，需將鋼骨架與承臺鋼筋連接；對于無承臺的情況，需將鋼骨架與底板鋼筋連接。

在基礎標高至底板標高范圍內，在鋼骨架四周呈十字形預留4塊節點板，節點板外側尺寸同灌注樁外徑。螺旋箍筋在節點板處斷開，分別焊接在節點板兩側。施工底板或承臺時，剔鑿出預留接駁的節點板，在平行底板方向焊接加寬節點板，并在節點板上根據承臺（或底板）鋼筋型號設置直螺紋連接鋼套筒。在承臺或底板鋼筋綁扎時，主筋與牛腿上的直螺紋鋼套筒連接，使勁性混凝土柱與承臺或底板連接成一個整體，見圖8。

圖8 鋼骨架與承臺（底板）連接

3.3.3 施工要點

施工時灌注樁在勁性柱段的鋼筋籠配筋、混凝土強度等級按設計做相應調整，在支撐梁、結構梁板標高處的鋼骨架上焊接節點板用于接駁。

4 創新做法的優缺點分析

鋼骨架分層安裝時，塔吊無法垂直吊裝，施工效率低，且接頭多、整體剛性降低。而通過優化鋼筋混凝土支撐梁的形狀，預留勁性混凝土柱施工洞口，可實現鋼骨架整體安裝，但優化支撐梁的形狀后會增加支撐結構的工程量。勁性混凝土柱與鉆孔灌注樁一同施工，鋼骨架可實現較大長度的整體吊裝，穩定性和強度均高于常規做法，并且對于勁性混凝土柱分布的第3種特殊性，勁性混凝土柱可作為支撐立柱使用，減少立柱樁基格構柱的施工數量，節省材料，加快施工進度。3種施工方法的施工效率，按高低順序依次為：與灌注樁一同施工＞預留作業空間＞常規分節吊裝。

5 結語

對于與鋼筋混凝土支撐梁位置沖突的勁性混凝土柱施工，本文介紹了3種相應的工藝做法，通過對比以上3種做法的可操作性和適用性，得出如下結論：勁性混凝土柱與支撐梁位置沖突時，宜選用優化支撐梁預留洞口的做法施工勁性混凝土柱；而當勁性混凝土柱與樁位置重合時，則宜選用勁性結構柱與鉆孔灌注樁一同施工的方法。