型钢换撑支护技术应用分析

林道兴

(中建四局建设发展有限公司,福建 福州 350000)

0 引 言

在建筑施工领域中,为不影响周边建筑,尤其是临近地铁轨道基坑施工中,多地政府文件明确规定不得使用锚杆作为基坑支护形式,因此市区的深基坑施工往往采用排桩+内支撑的支护形式。

而在多层地下室结构施工阶段,支护方案设计的钢管斜撑比较容易与主体设计的负一层结构发生碰撞,导致主体结构无法一次成型,形成多条后浇带,增加施工成本以及渗漏的风险,同时钢管斜撑占用空间大,影响主体施工工作面,斜撑工序也较为复杂,大大增加了施工工期,有必要采取更佳的施工方法。

1 工程概况

1.1 工程基本概况

融侨茉香云居工程位于晋安区连江北路与福马路交叉口东南角,临近地跌2号线,东侧及南侧为城市规划主干道。总建筑面积为11 854.72m2,地上建筑面积为84 975.24m2,地下建筑面积为85 054.20m2,由1#～3#楼、5#～10#楼、11#～13#楼、15#楼、S1#a楼、S1#b楼、D-1#楼、D-2#楼及整体一层(局部两层)地下室组成。

1.2 支护结构设计概况

本工程采用SMW工法桩+钢管内斜撑、SMW工法桩+钢筋混凝土内支撑、悬臂SMW工法桩等支护形式。临近地铁侧的被动区加固与SMW工法桩同步施工。本项目邻近福州市轨道交通2号线紫阳站—五里亭站区间,基坑围护结构外边线距离区间右线隧道结构外边线最近为6.09m。基坑平面布置图如图1所示。

图1 地铁与项目关系剖面示意图

1.3 水文地质条件

基坑支护自上而下主要涉及以下岩土层:①杂填土,②粉质黏土,③淤泥,④含泥粉砂,⑤淤泥质土,⑤-1粉质黏土,⑥中砂。其土体物理力学参数详见表1土体物理力学参数表。场地地下水主要为松散层孔隙潜水、松散层孔隙承压水和风化岩孔隙裂隙承压水。

表1 土体物理力学参数表

2 型钢斜撑结合混凝土换撑横梁和竖梁的换撑支护结构

对此,提出一种型钢斜撑组合混凝土换撑横梁和竖梁的临时换撑体系,型钢换撑体系剖面如图2所示。其原理是在不同层地下室缓冲区外墙一侧设置换撑纵梁与排桩上的换撑横梁一同施工,外墙另一侧通过预埋钢板连接底板上型钢斜撑,形成临时传力体系,将基坑变形应力通过横梁和纵梁均匀传至地下室上,再经由型钢斜撑传递至底板,实现应力安全有序调整、转移和再分配,如图3所示。

图2 型钢临时换撑支护剖面图

图3 转换节点示意图

3 技术特点

(1) 深基坑型钢换撑体系主要采用高×宽×腹板厚×翼缘厚为HW350mm×350mm×12mm×19mm型钢作为抛撑,其侧向刚度大,安拆简便,同时型钢拆除不产出建筑垃圾,型钢可以回收利用,符合绿色施工理念。

(2) 深基坑型钢换撑体系占用坑内空间小,对红外线建筑不产生影响,并且对主体施工不产生影响。

(3) 深基坑型钢换撑体系外墙支撑梁可与主体结构一同施工,不增加工序,节约工期,外墙支撑梁与支护结构有效连接,保证了基坑施工的安全。

(4) 深基坑型钢换撑体系可替代原设计内支撑,从而达到提前拆撑的结果,加快施工进度,同时避免了传统留设后浇带产生的。

4 施工要点

4.1 工艺流程

浅层区(负一层)土方采用整体开挖,并在钢管斜撑下部三角区域预留反压土,浅层区底板混凝土与支撑墩一同浇筑后安装超长钢管斜撑,超长钢管中部设置型钢立柱支撑;超长钢管一端与底板支撑墩预埋钢板焊接,另一端与原支护桩上的冠梁预埋钢板焊接。

缓冲区(负二层)土方开挖后,先在底板处预埋钢板,浇筑底板及传力带混凝土,然后在外墙预埋钢板,浇筑负二层墙柱和换撑竖梁、换撑横梁。外墙侧模拆除后用HW350×350型钢按45°角度与预埋的钢板进行焊接,形成换撑体系。最后换撑梁及外墙的混凝土强度至少达到设计强度80%时,回填外侧土方后,即可拆除原钢管斜撑。

4.2 操作要点

(2) 浅层区大面积土方开挖采用PC200反铲挖掘机盘运,1.6m3斗容积的PC360反铲挖掘机装车,PC120反铲挖掘机配合人工清底修边,以自卸式汽车外运。缓冲区土方开挖预留斜撑下部反压土,反压土采用放坡式开挖盘土,开挖坡度符合设计要求,坡度可比设计坡度缓,开挖时做好临时排水沟。

(3) 浅层区底板钢筋绑扎完成后,及时对钢管斜撑支撑墩位置进行放样,钢筋按照设计图纸大样进行绑扎,支撑墩混凝土强度同底板强度,与底板混凝土一同浇筑。

图4 钢管斜撑安装效果图

(5) 开挖缓冲区区域土方,进行底板钢筋绑扎并固定好钢板预埋件,为安装换撑型钢做准备,然后浇筑底板及传力带混凝土,养护时间不少于7天。

(6) 缓冲区外墙钢筋绑扎完成后,沿墙长每隔4m设置钢板预埋件,支撑梁的钢筋与外墙钢筋一同绑扎通过预埋件锚筋连接,外墙与水平换撑梁混凝土一同浇筑。

(7) 外墙模板拆除后,采用回弹仪对混凝土结构进行回弹,当混凝土强度≥设计强度80%,每隔4m设置一道型钢抛撑(图5),型钢与底板、外墙预埋钢板进行满焊,形成临时换撑体系。

图5 竖向型钢抛撑安装

(8) 临时换撑体系安装完成后,拆除超长钢管斜撑,拆除时从内向外施工,利用塔吊及叉车等机械设备先拆除活络头,卸除预应力后再拆除钢管,斜抛撑解体分离后驳运转场。

(9) 超长斜撑拆除后,缓冲区负一层内墙及梁板钢筋安装按图纸及规范绑扎到位,墙柱及梁板模板安装及支撑严格按专项方案施工,通过项目自检及监理隐蔽验收通过后,先浇筑墙柱混凝土。待墙柱混凝土浇筑≥24h再浇筑梁板混凝土,混凝土可采用固定泵输送,混凝土的浇筑方向为从一端开始,采用斜面分层法向另一端推进。浇筑混凝土时,振捣器连续均匀分布,以保证不漏振,以提高混凝土的密实度,达到设计要求。

5 工程实施效果

为确保施工安全,由有资质的第三方检测单位对基坑支护结构的变形进行每日2次的深层土体水平位移、坡顶水平位移、坡顶沉降观测等多项监测。

在基坑施工过程中,各监测项目监测点和变化速率基本在正常变化之间,地下室支护结构及周边环境变换一直处于有效控制之中。基坑深层土体水平位移(测斜)累计最大位移量为34.8mm<警戒值40mm,坡顶水平位移最大累计位移量为19mm<预警值20mm,缓冲区在施工过程中未出现大的变形,临时换撑体系安全可靠。

6 经济效益分析

该项目缓冲区设计了9根超长斜撑支护,钢管斜撑最长长度为29m。

6.1 优化后型钢换撑结构的费用

包括预埋件预埋、型钢安装和拆除、主体及支撑梁钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑,型钢共计15根。

(1) 矩形钢板规格为600mm×400mm×14mm,每块重量约为0.026t,共30块,总重量为0.78t,综合单价为7 500元/t,可得成本为5 850.00元。

(2) 锚固钢筋采用HRB400直径20mm钢筋,长度250mm,该型号钢筋每根重量为0.000 62t,共计90根,总重量0.055 8t,综合单价为6 200元/t,可得成本为345.96元。

(3) 型钢采用HW350×350,长度4 000mm,该型号型钢每根重量为0.46t,共计15根,总重量6.9t,租赁综合单价为8元/(t/天),租赁30天,可得成本为1 656.00元。

(4) 混凝土:该塔楼负二层顶板可一次成型,梁板采用同一标号C30,混凝土总工程量189.28m3,综合单价为464.30元/m3,成本为87 882.70元。

沈老七说这话时，张满春就看到那个挎军刀的日本军官进了沈小小的闺房。沈老七听到小小的一声尖叫，他一下瘫坐在地上。张满春见时机已到，就冲上楼去。他刚跑到楼梯口就让两个枪兵拦住了去路。张满春比划着手势说，皇军，有毒有毒，大大的有毒。那两个值岗的日本兵大概也是听懂了一些什么，张满春趁他们将信将疑时，已几大步跨上了楼。那两个枪兵端着枪在后面追赶，还“叭”地放了一枪。张满春感到那呼嗖的子弹好像是从自己耳边飞过去了。正当那枪兵准备开第二枪时，张满春已撞开了沈小小的房门。

(5) 木模板:该深层区负二层顶板可一次成型,无多余施工后浇带,模板无须另外搭设,模板总工程量约为1 261.85m2,综合单价为81.78元/m2,可得成本103 194.09元。

优化后总费用为198 928.75元。

6.2 优化前留设后浇带的费用

由于主体无法一次成型,主体按传统工艺施工需留设后浇带,共计9条。

(1) 止水钢板规格为300×350×12,后浇带每边长度为25m,合计长度为450m,综合单价31元/m,可得成本为13 950.00元。

(2) 后浇带混凝土:比梁板设计提高一级为C35,后浇带宽度1 000mm,总工程量为33.75m3,综合单价为522.24元/m3,可得成本为17 625.60元。

(3) 梁板混凝土:梁板混凝土采用C30,总工程量为155.53m3,综合单价为464.30元/m3,可得成本为70 657.28元。

(4) 后浇带模板:设置独立模板支撑,总工程量为225m2,综合单价为151.15元/m2,可得成本为34 008.75元。

(5) 梁板模板:其余模板总工程量为1 036.85m2,综合单价为81.78元/m2,可得成本为84 793.59元。

(6) 后浇带收口网:后浇带每边长度为25m,合计长度为450m,综合单价12.3元/m,可得成本为5 535.00元。

(7) 后浇带钢筋:主体钢筋断开需增加钢筋搭接,钢筋每根增加长度1m,总工程量为3.63t,综合单价为6 200元/t,可得成本为22 506.00元。

优化前总费用为249 076.22元。

综上,两者相比节约费用:249 076.22-198 928.75=50 147.47(元)。

7 结束语

建筑工程中深基坑支护形式多样,支护形式与主体紧密结合,在工程施工中相辅相成,该型钢换撑结构技术的运用不仅节约了成本,还避免了留设后浇带存在渗漏隐患,加快施工进度。型钢刚度大,连接牢固,主体结构与支护结构间的有效传力,保证深基坑施工的安全性,同时减轻对环境的污染,减少建筑垃圾的产生,部分材料实现可回收。在不同层地下室缓冲区得到充分运用,在节能减排、推行绿色施工方面具有良好的社会效益。