超深地下薄壁結(jié)構(gòu)混凝土澆筑施工技術(shù)

張友杰 袁建勛 王靜遠(yuǎn) 李永渠

1. 中國(guó)建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 200135；2. 上海富達(dá)工程管理咨詢有限公司 上海 200032

1 工程概況

上海國(guó)際旅游度假區(qū)某樂(lè)園的城堡舞臺(tái)在花園區(qū)設(shè)計(jì)有2個(gè)燈塔，建筑功能為在表演時(shí)升起為舞臺(tái)提供燈光和音響，平時(shí)則暗藏在燈塔建筑中。燈塔液壓系統(tǒng)用于頂升和下降燈塔，安設(shè)于基礎(chǔ)內(nèi)，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

燈塔液壓系統(tǒng)混凝土基礎(chǔ)φ1.98 m、底板厚400 mm、壁厚350 mm，深13.76 m?；A(chǔ)側(cè)壁內(nèi)襯φ1 280 mm的316L不銹鋼筒，筒身壁厚20 mm、封底壁厚30 mm、不銹鋼筒（用于安放燈塔液壓系統(tǒng)）深13.55 m，頂面高出附屬建筑物基礎(chǔ)底板225 mm。

燈塔液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)頂部與附屬建筑物基礎(chǔ)底板相連接成整體。不銹鋼筒和外裹混凝土組成的燈塔地下結(jié)構(gòu)整體長(zhǎng)13.98 m。

按照總體施工方案，超深基礎(chǔ)采用打設(shè)壁厚20 mm的碳鋼護(hù)筒進(jìn)行支護(hù)，封底、止水及加固均采用高壓旋噴樁，內(nèi)襯不銹鋼筒與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼筋在工廠整體組裝，現(xiàn)場(chǎng)整體吊裝。基礎(chǔ)底板及側(cè)壁混凝土采用預(yù)拌混凝土進(jìn)行現(xiàn)澆施工[1-3]。

2 超深薄壁結(jié)構(gòu)混凝土澆筑需解決的幾個(gè)問(wèn)題

1）混凝土的下料問(wèn)題：由于薄壁結(jié)構(gòu)鋼筋之間凈距只有200 mm，考慮到鋼筋綁扎和垂直度偏差等因素，實(shí)際鋼筋之間凈距為160～170 mm。常規(guī)的混凝土泵管接頭處管卡尺寸已大于這個(gè)數(shù)字，即不能采用預(yù)拌站提供的泵管作為混凝土下料管，要另想辦法下料。

2）采用何種級(jí)配的混凝土問(wèn)題：采用自密實(shí)混凝土能保證基礎(chǔ)混凝土澆筑質(zhì)量，采用普通混凝土澆筑基礎(chǔ)混凝土則需做樣板混凝土驗(yàn)證。

圖1 燈塔地下結(jié)構(gòu)不銹鋼-鋼筋混凝土構(gòu)造示意

3）混凝土的振搗問(wèn)題：即采用何種振搗工具確保超深混凝土振搗密實(shí)。

4）抗浮問(wèn)題：通過(guò)計(jì)算確定是否要采取措施確保不銹鋼內(nèi)筒-鋼筋組件不上浮。

5）側(cè)壁混凝土的保溫問(wèn)題：側(cè)壁外部有鋼護(hù)筒及土體保溫，內(nèi)部是不銹鋼筒。不銹鋼筒是散熱的，因此要考慮不銹鋼筒的保溫問(wèn)題。

3 解決問(wèn)題的技術(shù)措施

1）設(shè)計(jì)專門的側(cè)壁下料導(dǎo)管、接頭、卡具及料斗并加工進(jìn)場(chǎng)。

（1）導(dǎo)管：由于側(cè)壁結(jié)構(gòu)鋼筋之間實(shí)際凈距為160～170 mm，因此我們選用外徑為125 mm、壁厚3.20 mm的鍍鋅鋼管，每節(jié)長(zhǎng)≤3 m，兩端各車有長(zhǎng)4 cm外絲。

（2）接頭：采用內(nèi)徑125 mm、壁厚10 mm的鍍鋅鋼管。在管內(nèi)車絲，絲長(zhǎng)8 cm。導(dǎo)管、接頭及導(dǎo)管連接如圖2所示。

（3）卡具：設(shè)置在型鋼支架上卡住接頭管用于導(dǎo)管接長(zhǎng)或拆卸。采用厚10 mm鋼板、φ16 mm圓鋼、φ20 mm鍍鋅鋼管及50 mm×5 mm角鋼制作。焊接在型鋼支架平臺(tái)上。角鋼、鍍鋅鋼管、鋼筋組件的作用相當(dāng)于1個(gè)鉸鏈，可確保鋼板轉(zhuǎn)動(dòng)0～90°。鋼板與鋼筋焊接后在鋼筋上套上鍍鋅鋼管，將鍍鋅鋼管與角鋼焊接?？ň呒庸ぜ翱ň呖ㄏ铝蠈?dǎo)管如圖3、圖4所示。

（4）料斗：上部用于接受汽車泵輸送的混凝土，下部插入導(dǎo)管里向下輸送混凝土。

2）擬采用的混凝土：澆筑基礎(chǔ)底板擬采用自密實(shí)混凝土，底板以上擬采用普通混凝土。

圖3 卡具加工示意

圖4 卡具卡下料導(dǎo)管示意

3）振動(dòng)棒：特殊加工3根（1根備用）長(zhǎng)16 m的振動(dòng)棒，專門用于澆筑超深基礎(chǔ)混凝土的振搗。采用φ70 mm或φ80 mm振動(dòng)棒。

4）防止混凝土澆筑不銹鋼內(nèi)筒-鋼筋組件上浮措施：

（1）浮力計(jì)算：浮力本質(zhì)是由物體表面“液體”壓力差引起的力差。浸在混凝土中的不銹鋼內(nèi)膽為等截面體，可通過(guò)計(jì)算內(nèi)膽上下表面的壓力差來(lái)計(jì)算內(nèi)筒所受浮力。經(jīng)過(guò)計(jì)算，浮力F浮=80.90 kN。

（2）內(nèi)筒及鋼筋重力：不銹鋼重88.60 kN，鋼筋重33.06 kN，二者總重力121.66 kN＞F浮=80.90 kN，可知，內(nèi)筒不會(huì)發(fā)生上浮。施工時(shí)仍在外護(hù)筒上豎向焊接2道20a#工字鋼并固定不銹鋼內(nèi)筒作為抗浮措施。

（3）抗浮及穩(wěn)定措施：為防止內(nèi)膽發(fā)生意外上浮及保證混凝土澆筑時(shí)內(nèi)膽受力不移位、歪斜，采取在外護(hù)筒頂部焊接型鋼來(lái)固定內(nèi)筒的措施（圖5）。

圖5 抗浮及穩(wěn)定措施示意

5）采取注水措施保溫：施工前向不銹鋼筒注水至頂部，作為側(cè)壁混凝土內(nèi)保溫措施?；A(chǔ)頂部在混凝土澆筑完成后覆蓋1層塑料薄膜、2層無(wú)紡布保溫[4,5]。

4 混凝土澆筑樣板

采用自密實(shí)混凝土能保證基礎(chǔ)混凝土施工質(zhì)量，但在與預(yù)拌站溝通時(shí)，他們提出自密實(shí)混凝土很少有施工單位用，且我方用量少，他們材料采購(gòu)困難會(huì)導(dǎo)致價(jià)格超高，建議我方改用別的級(jí)配混凝土，采用粗骨料粒徑＜25 mm的混凝土澆筑時(shí)，其傾落高度限值為6 m，流動(dòng)性好。經(jīng)我方與監(jiān)理、管理公司、業(yè)主協(xié)商，決定采用并在現(xiàn)場(chǎng)做一個(gè)樣板驗(yàn)證混凝土澆筑效果。

根據(jù)基礎(chǔ)的形狀現(xiàn)場(chǎng)做了一個(gè)與其底板直徑一樣大小但墻高200 mm的方形樣板，目的是驗(yàn)證密閉的基礎(chǔ)底板能否振搗密實(shí)。綁扎鋼筋、安裝模板完成后澆筑混凝土，拆模后觀察混凝土澆筑外觀較好，破壞后內(nèi)部密實(shí)。通過(guò)驗(yàn)證決定采用粗骨料粒徑＜25 mm的預(yù)拌混凝土。

5 混凝土澆筑

5.1 混凝土下料導(dǎo)管的安裝

為防止混凝土自由傾落高度超過(guò)2 m，導(dǎo)致混凝土離析，使用料斗及接長(zhǎng)導(dǎo)管將混凝土直接引導(dǎo)至澆筑面?；炷翆?dǎo)管外徑為125 mm，壁厚3.20 mm，每節(jié)長(zhǎng)3 m，兩端各有長(zhǎng)4 cm外絲。導(dǎo)管使用絲扣索接連接，絲扣每節(jié)長(zhǎng)8 cm，布滿內(nèi)絲。

施工前導(dǎo)管應(yīng)試拼接和試壓，以保證連接后整根導(dǎo)管垂直，使用時(shí)不破不漏。

5.2 混凝土分次澆筑

為保證準(zhǔn)確定位，減少混凝土澆筑產(chǎn)生的浮力與不均勻側(cè)壓力對(duì)不銹鋼內(nèi)筒的影響，混凝土分2次澆筑。

1）首次混凝土澆筑高度到底板以上500 mm，振搗完成間歇1～1.5 h，待混凝土沉實(shí)后進(jìn)行第2次混凝土澆筑。

2）第2次澆筑混凝土停留在燈塔地下室底板的下邊緣的位置，然后四周封閉做好覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)?；A(chǔ)頂部混凝土與附屬建筑結(jié)構(gòu)大底板混凝土一起澆筑。

5.3 混凝土澆筑下料管布置

5.3.1 首次澆筑布置1組下料管

首次澆筑僅使用1個(gè)料斗，邊下料邊振搗，使混凝土能從一側(cè)向其他方向填充，排出氣體。這樣做的目的是防止基礎(chǔ)底部空氣排不出去而出現(xiàn)空隙及混凝土振搗不密實(shí)。

5.3.2 第2次澆筑布置2組下料管

第2次澆筑采用2組導(dǎo)管，為防止兩側(cè)混凝土高差過(guò)大引起的側(cè)壓力使不銹鋼內(nèi)筒發(fā)生偏移歪斜，向2只料斗交替輸送混凝土，目的是減少兩側(cè)混凝土的高差，進(jìn)而消除兩側(cè)過(guò)大的側(cè)壓力（圖6）。嚴(yán)禁僅使用1只料斗持續(xù)澆筑。

圖6 第2次澆筑下料管布置

5.4 混凝土導(dǎo)管接長(zhǎng)及拆卸

導(dǎo)管的接長(zhǎng)及拆卸采用200 kN汽車吊及鋼帶吊設(shè)導(dǎo)管，在型鋼支架卡具上安裝或拆卸導(dǎo)管。

5.5 混凝土溫度控制

因夏季施工溫度較高，應(yīng)采取措施防止混凝土入模溫度超過(guò)30 ℃。在不銹鋼內(nèi)筒自來(lái)水中放置溫度計(jì)，若水溫超過(guò)30 ℃，則向水中加冰塊，使水溫降低至30 ℃以下[6]。

6 實(shí)施效果

混凝土澆筑完成后測(cè)量不銹鋼內(nèi)筒安裝的垂直度，結(jié)果顯示最大偏差為9 mm，高于業(yè)主要求的垂直度偏差小于1/1 000L的精度要求，更高于規(guī)范1/300L的精度要求。滿足了燈塔液壓系統(tǒng)廠家的安裝要求，獲得各方的好評(píng)。

7 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)外界條件受限達(dá)不到我們的施工要求且無(wú)先例可循時(shí)，我們必須要開拓、創(chuàng)新，想盡各種辦法來(lái)滿足我們的施工要求。在本工程施工中，為保證超深薄壁混凝土的施工質(zhì)量，我們采取的施工技術(shù)措施如加工本工程專用的導(dǎo)管、導(dǎo)管接頭及卡具、料斗、長(zhǎng)16 m的專用振動(dòng)棒，以及混凝土分次澆筑、抗浮及保溫措施等，都取得了成功，可為以后類似工程施工提供借鑒和參考。