深基坑施工中特殊位置的勁性混凝土柱做法分析與應(yīng)用

李迪安 魏燕龍 繆獻(xiàn)鵬 李洪帥 馬晨威

中建八局第一建設(shè)有限公司 山東 濟(jì)南 250100

在地下室深基坑施工中，豎向構(gòu)件較常采用勁性混凝土柱的形式，以提高結(jié)構(gòu)承載力和剛度。勁性混凝土柱一般由內(nèi)部鋼骨架和外包鋼筋混凝土組成，而當(dāng)基坑的圍護(hù)支撐梁與勁性柱存在交叉時，節(jié)點(diǎn)處的配筋眾多且復(fù)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(xiàng)目的整體進(jìn)度和施工效率有著至關(guān)重要的影響[1-4]。

在勁性梁柱節(jié)點(diǎn)研究方面，侯建軍[5]結(jié)合工程實(shí)例，針對深基坑逆作法施工中勁性混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的施工難題，分析了幾種節(jié)點(diǎn)連接方式，并提出了相應(yīng)的改善措施，最終取得了預(yù)期效果；何強(qiáng)龍等[6]針對煩瑣的梁柱節(jié)點(diǎn)施工工序，分析研究了勁性梁柱節(jié)點(diǎn)處的鋼筋處理方法，提高了深化質(zhì)量；左樂等[7]針對勁性梁柱節(jié)點(diǎn)采用傳統(tǒng)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(shè)計(jì)以及鋼筋搭橋連接的綜合施工技術(shù)，解決了節(jié)點(diǎn)處施工難度大的問題。

本文在上述文獻(xiàn)相關(guān)工藝的基礎(chǔ)上[8]，從深基坑勁性混凝土柱和圍護(hù)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(fā)，闡述了此類特殊位置處的工藝做法，并分析了其應(yīng)用效果。

1 工程概況

紹興高鐵北站TOD綜合體項(xiàng)目位于紹興市越城區(qū)，地下室設(shè)計(jì)3層（局部4層），結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架＋鋼筋混凝土外墻，部分框架柱設(shè)計(jì)為勁性混凝土柱，鋼骨架有十字形和圓形。圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為地下連續(xù)墻，支撐結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土支撐梁。

通過基坑支護(hù)支撐平面布置圖、地下室墻柱結(jié)構(gòu)圖及樁基圖對比，發(fā)現(xiàn)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(jié)點(diǎn)鋼筋綁扎→模板安裝及加固→混凝土澆筑→拆模及養(yǎng)護(hù)。

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

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(jié)構(gòu)的完成性，降低支撐結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性及強(qiáng)度。

2）若鋼骨架分節(jié)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(jié)安裝，鋼骨架接頭數(shù)量多，施工效率低。

3 創(chuàng)新做法介紹

本項(xiàng)目地下室范圍內(nèi)勁性混凝土柱施工的關(guān)鍵工序?yàn)閯判凿摴羌艿陌惭b，鋼骨架安裝有分節(jié)安裝和整體安裝這2種方式。

3.1勁性鋼骨架分節(jié)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(yù)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(wěn)定的整體，有效減小錨栓在混凝土澆筑時可能發(fā)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(jié)構(gòu)分層（或分節(jié)）安裝。鋼骨架采取手動葫蘆或電葫蘆分節(jié)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(jié)螺栓連接

利用設(shè)計(jì)好的吊裝孔或耳板采用4點(diǎn)吊裝，將鋼骨架吊運(yùn)至上方200 mm左右時，緩慢下落。當(dāng)預(yù)埋螺栓進(jìn)入鋼骨架腳孔后，檢查柱腳十字線是否與預(yù)埋板十字控制線吻合，直至調(diào)整到允許偏差范圍內(nèi)，利用2臺經(jīng)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(diǎn)

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

鋼骨架地腳螺栓緊固后，外露部分應(yīng)采取防止螺母松動和銹蝕的措施。

3.2支撐梁預(yù)留勁性結(jié)構(gòu)柱施工洞口

勁性混凝土柱與支撐梁位置沖突時，擬采取優(yōu)化支撐梁結(jié)構(gòu)形狀、預(yù)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(jù)16G101圖集相應(yīng)要求進(jìn)行加固處理。鑒于后續(xù)勁性混凝土柱模板安裝與加固的需要，建議洞口預(yù)留尺寸不小于1 400 mm×1 400 mm。后續(xù)地腳螺栓、鋼骨架安裝等施工參考鋼骨架分節(jié)安裝相關(guān)內(nèi)容，不作詳細(xì)說明（圖3）。

圖3 支撐梁預(yù)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(jié)構(gòu)柱和鉆孔灌注樁一同施工。為便于利用導(dǎo)管澆筑混凝土，施工時將十字形鋼骨架優(yōu)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(zhì)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(jù)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(biāo)高范圍內(nèi)，鋼筋籠根據(jù)框架柱保護(hù)層厚度要求、設(shè)計(jì)配筋、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等驗(yàn)算進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。勁性混凝土柱標(biāo)高段，樁徑根據(jù)勁性混凝土柱的尺寸，利用圓外接與正方形原理做擴(kuò)徑處理。相應(yīng)的鋼筋籠外徑擴(kuò)大，并且螺旋箍筋做加密處理。地下室底板至正負(fù)零段灌注樁用全鋼護(hù)筒進(jìn)行施工，待混凝土澆筑完至初凝后拔出護(hù)筒，保證勁性柱的澆筑質(zhì)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(wěn)定性和承載能力，將鋼骨架與周邊結(jié)構(gòu)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(chǔ)標(biāo)高至底板標(biāo)高范圍內(nèi)，在鋼骨架四周呈十字形預(yù)留4塊節(jié)點(diǎn)板，節(jié)點(diǎn)板外側(cè)尺寸同灌注樁外徑。螺旋箍筋在節(jié)點(diǎn)板處斷開，分別焊接在節(jié)點(diǎn)板兩側(cè)。施工底板或承臺時，剔鑿出預(yù)留接駁的節(jié)點(diǎn)板，在平行底板方向焊接加寬節(jié)點(diǎn)板，并在節(jié)點(diǎn)板上根據(jù)承臺（或底板）鋼筋型號設(shè)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(diǎn)

施工時灌注樁在勁性柱段的鋼筋籠配筋、混凝土強(qiáng)度等級按設(shè)計(jì)做相應(yīng)調(diào)整，在支撐梁、結(jié)構(gòu)梁板標(biāo)高處的鋼骨架上焊接節(jié)點(diǎn)板用于接駁。

4 創(chuàng)新做法的優(yōu)缺點(diǎn)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(yōu)化鋼筋混凝土支撐梁的形狀，預(yù)留勁性混凝土柱施工洞口，可實(shí)現(xiàn)鋼骨架整體安裝，但優(yōu)化支撐梁的形狀后會增加支撐結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)較大長度的整體吊裝，穩(wěn)定性和強(qiáng)度均高于常規(guī)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(gòu)柱的施工數(shù)量，節(jié)省材料，加快施工進(jìn)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(yù)留作業(yè)空間＞常規(guī)分節(jié)吊裝。

5 結(jié)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(yīng)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(jié)論：勁性混凝土柱與支撐梁位置沖突時，宜選用優(yōu)化支撐梁預(yù)留洞口的做法施工勁性混凝土柱；而當(dāng)勁性混凝土柱與樁位置重合時，則宜選用勁性結(jié)構(gòu)柱與鉆孔灌注樁一同施工的方法。