型鋼換撐支護技術應用分析

林道興

(中建四局建設發展有限公司,福建 福州 350000)

0 引 言

在建筑施工領域中,為不影響周邊建筑,尤其是臨近地鐵軌道基坑施工中,多地政府文件明確規定不得使用錨桿作為基坑支護形式,因此市區的深基坑施工往往采用排樁+內支撐的支護形式。

而在多層地下室結構施工階段,支護方案設計的鋼管斜撐比較容易與主體設計的負一層結構發生碰撞,導致主體結構無法一次成型,形成多條后澆帶,增加施工成本以及滲漏的風險,同時鋼管斜撐占用空間大,影響主體施工工作面,斜撐工序也較為復雜,大大增加了施工工期,有必要采取更佳的施工方法。

1 工程概況

1.1 工程基本概況

融僑茉香云居工程位于晉安區連江北路與福馬路交叉口東南角,臨近地跌2號線,東側及南側為城市規劃主干道。總建筑面積為11 854.72m2,地上建筑面積為84 975.24m2,地下建筑面積為85 054.20m2,由1#～3#樓、5#～10#樓、11#～13#樓、15#樓、S1#a樓、S1#b樓、D-1#樓、D-2#樓及整體一層(局部兩層)地下室組成。

1.2 支護結構設計概況

本工程采用SMW工法樁+鋼管內斜撐、SMW工法樁+鋼筋混凝土內支撐、懸臂SMW工法樁等支護形式。臨近地鐵側的被動區加固與SMW工法樁同步施工。本項目鄰近福州市軌道交通2號線紫陽站—五里亭站區間,基坑圍護結構外邊線距離區間右線隧道結構外邊線最近為6.09m。基坑平面布置圖如圖1所示。

圖1 地鐵與項目關系剖面示意圖

1.3 水文地質條件

基坑支護自上而下主要涉及以下巖土層:①雜填土,②粉質黏土,③淤泥,④含泥粉砂,⑤淤泥質土,⑤-1粉質黏土,⑥中砂。其土體物理力學參數詳見表1土體物理力學參數表。場地地下水主要為松散層孔隙潛水、松散層孔隙承壓水和風化巖孔隙裂隙承壓水。

表1 土體物理力學參數表

2 型鋼斜撐結合混凝土換撐橫梁和豎梁的換撐支護結構

對此,提出一種型鋼斜撐組合混凝土換撐橫梁和豎梁的臨時換撐體系,型鋼換撐體系剖面如圖2所示。其原理是在不同層地下室緩沖區外墻一側設置換撐縱梁與排樁上的換撐橫梁一同施工,外墻另一側通過預埋鋼板連接底板上型鋼斜撐,形成臨時傳力體系,將基坑變形應力通過橫梁和縱梁均勻傳至地下室上,再經由型鋼斜撐傳遞至底板,實現應力安全有序調整、轉移和再分配,如圖3所示。

圖2 型鋼臨時換撐支護剖面圖

圖3 轉換節點示意圖

3 技術特點

(1) 深基坑型鋼換撐體系主要采用高×寬×腹板厚×翼緣厚為HW350mm×350mm×12mm×19mm型鋼作為拋撐,其側向剛度大,安拆簡便,同時型鋼拆除不產出建筑垃圾,型鋼可以回收利用,符合綠色施工理念。

(2) 深基坑型鋼換撐體系占用坑內空間小,對紅外線建筑不產生影響,并且對主體施工不產生影響。

(3) 深基坑型鋼換撐體系外墻支撐梁可與主體結構一同施工,不增加工序,節約工期,外墻支撐梁與支護結構有效連接,保證了基坑施工的安全。

(4) 深基坑型鋼換撐體系可替代原設計內支撐,從而達到提前拆撐的結果,加快施工進度,同時避免了傳統留設后澆帶產生的。

4 施工要點

4.1 工藝流程

淺層區(負一層)土方采用整體開挖,并在鋼管斜撐下部三角區域預留反壓土,淺層區底板混凝土與支撐墩一同澆筑后安裝超長鋼管斜撐,超長鋼管中部設置型鋼立柱支撐;超長鋼管一端與底板支撐墩預埋鋼板焊接,另一端與原支護樁上的冠梁預埋鋼板焊接。

緩沖區(負二層)土方開挖后,先在底板處預埋鋼板,澆筑底板及傳力帶混凝土,然后在外墻預埋鋼板,澆筑負二層墻柱和換撐豎梁、換撐橫梁。外墻側模拆除后用HW350×350型鋼按45°角度與預埋的鋼板進行焊接,形成換撐體系。最后換撐梁及外墻的混凝土強度至少達到設計強度80%時,回填外側土方后,即可拆除原鋼管斜撐。

4.2 操作要點

(2) 淺層區大面積土方開挖采用PC200反鏟挖掘機盤運,1.6m3斗容積的PC360反鏟挖掘機裝車,PC120反鏟挖掘機配合人工清底修邊,以自卸式汽車外運。緩沖區土方開挖預留斜撐下部反壓土,反壓土采用放坡式開挖盤土,開挖坡度符合設計要求,坡度可比設計坡度緩,開挖時做好臨時排水溝。

(3) 淺層區底板鋼筋綁扎完成后,及時對鋼管斜撐支撐墩位置進行放樣,鋼筋按照設計圖紙大樣進行綁扎,支撐墩混凝土強度同底板強度,與底板混凝土一同澆筑。

圖4 鋼管斜撐安裝效果圖

(5) 開挖緩沖區區域土方,進行底板鋼筋綁扎并固定好鋼板預埋件,為安裝換撐型鋼做準備,然后澆筑底板及傳力帶混凝土,養護時間不少于7天。

(6) 緩沖區外墻鋼筋綁扎完成后,沿墻長每隔4m設置鋼板預埋件,支撐梁的鋼筋與外墻鋼筋一同綁扎通過預埋件錨筋連接,外墻與水平換撐梁混凝土一同澆筑。

(7) 外墻模板拆除后,采用回彈儀對混凝土結構進行回彈,當混凝土強度≥設計強度80%,每隔4m設置一道型鋼拋撐(圖5),型鋼與底板、外墻預埋鋼板進行滿焊,形成臨時換撐體系。

圖5 豎向型鋼拋撐安裝

(8) 臨時換撐體系安裝完成后,拆除超長鋼管斜撐,拆除時從內向外施工,利用塔吊及叉車等機械設備先拆除活絡頭,卸除預應力后再拆除鋼管,斜拋撐解體分離后駁運轉場。

(9) 超長斜撐拆除后,緩沖區負一層內墻及梁板鋼筋安裝按圖紙及規范綁扎到位,墻柱及梁板模板安裝及支撐嚴格按專項方案施工,通過項目自檢及監理隱蔽驗收通過后,先澆筑墻柱混凝土。待墻柱混凝土澆筑≥24h再澆筑梁板混凝土,混凝土可采用固定泵輸送,混凝土的澆筑方向為從一端開始,采用斜面分層法向另一端推進。澆筑混凝土時,振搗器連續均勻分布,以保證不漏振,以提高混凝土的密實度,達到設計要求。

5 工程實施效果

為確保施工安全,由有資質的第三方檢測單位對基坑支護結構的變形進行每日2次的深層土體水平位移、坡頂水平位移、坡頂沉降觀測等多項監測。

在基坑施工過程中,各監測項目監測點和變化速率基本在正常變化之間,地下室支護結構及周邊環境變換一直處于有效控制之中。基坑深層土體水平位移(測斜)累計最大位移量為34.8mm<警戒值40mm,坡頂水平位移最大累計位移量為19mm<預警值20mm,緩沖區在施工過程中未出現大的變形,臨時換撐體系安全可靠。

6 經濟效益分析

該項目緩沖區設計了9根超長斜撐支護,鋼管斜撐最長長度為29m。

6.1 優化后型鋼換撐結構的費用

包括預埋件預埋、型鋼安裝和拆除、主體及支撐梁鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑,型鋼共計15根。

(1) 矩形鋼板規格為600mm×400mm×14mm,每塊重量約為0.026t,共30塊,總重量為0.78t,綜合單價為7 500元/t,可得成本為5 850.00元。

(2) 錨固鋼筋采用HRB400直徑20mm鋼筋,長度250mm,該型號鋼筋每根重量為0.000 62t,共計90根,總重量0.055 8t,綜合單價為6 200元/t,可得成本為345.96元。

(3) 型鋼采用HW350×350,長度4 000mm,該型號型鋼每根重量為0.46t,共計15根,總重量6.9t,租賃綜合單價為8元/(t/天),租賃30天,可得成本為1 656.00元。

(4) 混凝土:該塔樓負二層頂板可一次成型,梁板采用同一標號C30,混凝土總工程量189.28m3,綜合單價為464.30元/m3,成本為87 882.70元。

沈老七說這話時，張滿春就看到那個挎軍刀的日本軍官進了沈小小的閨房。沈老七聽到小小的一聲尖叫，他一下癱坐在地上。張滿春見時機已到，就沖上樓去。他剛跑到樓梯口就讓兩個槍兵攔住了去路。張滿春比劃著手勢說，皇軍，有毒有毒，大大的有毒。那兩個值崗的日本兵大概也是聽懂了一些什么，張滿春趁他們將信將疑時，已幾大步跨上了樓。那兩個槍兵端著槍在后面追趕，還“叭”地放了一槍。張滿春感到那呼嗖的子彈好像是從自己耳邊飛過去了。正當那槍兵準備開第二槍時，張滿春已撞開了沈小小的房門。

(5) 木模板:該深層區負二層頂板可一次成型,無多余施工后澆帶,模板無須另外搭設,模板總工程量約為1 261.85m2,綜合單價為81.78元/m2,可得成本103 194.09元。

優化后總費用為198 928.75元。

6.2 優化前留設后澆帶的費用

由于主體無法一次成型,主體按傳統工藝施工需留設后澆帶,共計9條。

(1) 止水鋼板規格為300×350×12,后澆帶每邊長度為25m,合計長度為450m,綜合單價31元/m,可得成本為13 950.00元。

(2) 后澆帶混凝土:比梁板設計提高一級為C35,后澆帶寬度1 000mm,總工程量為33.75m3,綜合單價為522.24元/m3,可得成本為17 625.60元。

(3) 梁板混凝土:梁板混凝土采用C30,總工程量為155.53m3,綜合單價為464.30元/m3,可得成本為70 657.28元。

(4) 后澆帶模板:設置獨立模板支撐,總工程量為225m2,綜合單價為151.15元/m2,可得成本為34 008.75元。

(5) 梁板模板:其余模板總工程量為1 036.85m2,綜合單價為81.78元/m2,可得成本為84 793.59元。

(6) 后澆帶收口網:后澆帶每邊長度為25m,合計長度為450m,綜合單價12.3元/m,可得成本為5 535.00元。

(7) 后澆帶鋼筋:主體鋼筋斷開需增加鋼筋搭接,鋼筋每根增加長度1m,總工程量為3.63t,綜合單價為6 200元/t,可得成本為22 506.00元。

優化前總費用為249 076.22元。

綜上,兩者相比節約費用:249 076.22-198 928.75=50 147.47(元)。

7 結束語

建筑工程中深基坑支護形式多樣,支護形式與主體緊密結合,在工程施工中相輔相成,該型鋼換撐結構技術的運用不僅節約了成本,還避免了留設后澆帶存在滲漏隱患,加快施工進度。型鋼剛度大,連接牢固,主體結構與支護結構間的有效傳力,保證深基坑施工的安全性,同時減輕對環境的污染,減少建筑垃圾的產生,部分材料實現可回收。在不同層地下室緩沖區得到充分運用,在節能減排、推行綠色施工方面具有良好的社會效益。