【摘要】对于无施工作业面、防水要求高的深地下室,地下室混凝土外墙通过“外拉内撑”的方法,利用钢管三角桁架,很好地解决了支模问题,
保证了混凝土的施工质量。
【关键词】侧压力钢楞螺杆三角桁架
1工程概况
某工程位于西安市东二环,一期总建筑面积约16万m2,地下三层,地上10层,框架结构。该建筑西临东二环,路下有电力、煤气、排水等各种管道;
南侧紧邻一栋26层新建高层住宅;东南角为二栋新建多层住宅;东侧有三栋拟建同类多层建筑。地下水常年水位在地表以下5.5m,基础设计埋深
16.5m。基坑开挖深度范围内以晚更新世黄土为主,具湿陷性,含水率较高。为保证基坑开挖及地下室施工过程中周边建筑和道路的安全,设计采
用锚拉排桩结合土钉墙的基坑支护方案。为充分利用地下空间,地下室外墙与支护排桩设计间隙仅为350mm,该部位用C30混凝土浇筑填充。
2工程施工难点
(1)该工程地处闹市区,周边环境复杂。设计基坑支护与地下室主体结构的间隙为350mm,加之围护桩施工偏差,最小处仅为200mm左右。室外防水
层及模板工程无施工作业面(见图1)。
(2)基坑支护设计为直径800mm的钻孔灌注桩,桩距1.3m,根据周边环境的不同,在支护桩间设有二~三道预应力锚杆,土压力通过支护桩及钢腰梁将
支点力传递给锚杆。钢腰梁处的锚杆端头已经影响到地下室外墙的施工。
3支撑系统设计
由于地下水位高,防止渗水成为质量控制的关键对象。为保证地下室外墙的自防水质量及防水层在施工过程中不被破坏,决定采用“外拉内撑”
的单侧支模方案。取消止水对拉螺杆。所谓“外拉内撑”即利用地下室外墙与基坑支护桩间隙的素混凝土填充层,采取在支护桩上后植钢筋,以
此作为支点,承受模板侧压力;待地下室外墙施工时,利用该填充层墙面作为地下室外墙的外模,而地下室外墙的内侧采用在室内一侧搭设钢管支
撑系统,来控制模板的位移和变形。主要施工工序为:“外拉”法支设外侧填充层混凝土模板→浇筑填充层混凝土→拆模、防水层施工→地下室
外墙钢筋绑扎、验收→“内撑”法支设地下室外墙模板→浇筑地下室混凝土外墙及梁、板混凝土→混凝土养护。对于支护桩上的锚杆体系,在施
工前与设计单位协商,考虑锚杆布设位置,以适应结构层高施工要求,待下层结构施工完成、混凝土达到一定强度后,拆除钢腰梁,割除锚杆端头,
改由主体结构承受基坑外侧土压力。
3.1填充层“外拉”模板体系
混凝土灌注桩间距1.3m,两桩间为一旋喷桩,组成止水帷幕。因此,施工模板体系支点横距设为1.3m,以适应桩距。纵距定为0.45m,即在每根灌注
桩上竖向每隔0.45m植入一根Ф16短钢筋,在钢筋端头搭接焊上Ф16单头螺杆,焊接时调整因支护桩垂直偏差造成的室外间隙大小不一,完成后便
可进行模板安装和混凝土浇筑。模板采用1000mm×2000mm×14mm双面覆膜竹胶板,每次浇筑高度为3m,模板竖楞采用[5槽钢(模板拼接处为木方),
水平间距200mm;水平楞采用2根[8槽钢(IX=101cm4,WX=25.3cm3,E=2.06×105N/mm2),竖向排距同螺杆排距(见图2)。在水平楞上两单头螺杆中间
设一拉结点,保证模板刚度和平整度(见图3)。模板主要承受混凝土浇筑过程中产生的侧压力,根据以往施工经验,竖楞的设置已满足要求,只需验
算水平楞和螺栓的受力状况即可。
(1)荷载计算。浇筑混凝土时的最大侧压力:
F=0.22γC t0β1β2 V0.5=40.3kN/m2;
又F=γC H=72.0 kN/m2
取以上两者中的较小值,所以取F=40.3kN/m2有效压头高度:
h=F/γC=1.68m
倾倒混凝土时产生的水平荷载:
F'=2.0kN/m2
荷载组合:
F1=1.2×40.3+1.4×2.0=51.2kN/m2(用于计算承载能力);
F2=40.3kN/m(2用于验算刚度)。
(2)槽钢水平楞强度计算。按5跨连续梁考虑:
q1=F1×b=23.0 kN/m;
q2=F2×b=18.1 kN/m;
σ=Mmax/Wx=Kmq1L2/Wx
=80.6N/mm2<[f]=215 N/mm2
ω=Kwq2L4/(100EIx)
=0.80mm<[ω]=L/400=3.25mm
由计算可知,水平楞的强度、刚度均能满足要求。
(3)螺杆承载力验算。单根螺杆承受拉力F=F1×L×b=30.0kN,扣除丝扣后净截面按75%计算,则
Ф16螺杆拉应力σ=F/A=199N/mm2<[f]=215N/mm2。植入的钢筋经拉拔试验,母材拉断,承载力完全能满足要求。
混凝土浇筑完成并待强度达到要求后拆模,取出螺杆端部木垫块,切除螺杆,用微膨胀水泥砂浆封堵,对墙面混凝土凹凸不平处予以处理后,即可进
行防水层施工。
3.2地下室混凝土外墙“内撑”模板体系
基础底板施工完成后,进行地下室结构施工。其外墙采取搭设三角钢管桁架的方法,来保证支撑体系的强度和刚度,以承受浇筑混凝土时的水平推
力。搭设时先按要求搭完施工楼层所需满堂架,再靠外墙的满堂架立杆一侧搭设桁架斜杆,与满堂架所有立杆相连,同时下部端头应与底板顶紧;
在斜架范围内,竖向沿步距增加一水平杆,该水平杆同与其交汇的立杆和斜杆用扣件连接,以共同受力,提高支撑体系的整体刚度。经计算,地下室
边跨顶板支撑架立杆间距定为0.9m×0.9m,步距定为1.2m(地下三层顶板为250mm厚实心板,地下二、一层顶板为300mm厚的现浇空心板,均无梁),
三角桁架斜杆竖向间距同步距,随层高不同调整道数,用扣件与满堂脚手架立杆连接(见图4),横向间距0.9m(同满堂架立杆)。另外,外墙周圈上翻
300mm以满足防水设计要求,同时在离结构楼面150mm处水平间距900mm预埋一排“拉脚”螺杆,安装混凝土外墙模板时拉紧模板竖楞,承受下部模
板侧压力,保证施工质量(见图5)。
(1)水平槽钢外楞计算。竖向内楞按常规布置,不再计算。荷载计算同上,F1=51.2kN/m2(用于计算承载能力);F2=40.3kN/m(2用于验算刚度)。模
板支撑点间距为600mm(竖向)×900mm(水平),模板与水平钢楞的拉结固定点间距也为600mm×900mm(节点见图3)。水平外楞为2[5槽
(Ix=26cm4,Wx=10.4cm3,E=2.06×105N/mm2),则水平外楞线荷载按均布荷载考虑,并按5跨连续梁计算:
q1=51.2×0.6=30.7kN/m,q2=40.3×0.6=24.2kN/m
σ=Mmax/W=Kmq1L2/W
=125.1N/mm2<[f]=215 N/mm2
ω=Kwq2L4/(100EI)
=0.96mm<[ω]=L/400=2.25mm
由计算可知,水平楞的强度、刚度均能满足要求。
(2)三角支撑桁架构造。用Φ48×3.5钢管搭设三角桁架,竖向每步(1.2m)设置一道斜支撑(与地面夹角60°),该斜支撑必须与满堂脚手架相连,桁
架压杆长度1.5m,满堂架的水平支撑杆端部设一可调节托座,顶紧模板槽钢水平楞。经计算桁架压杆承受外力为:
F=51.2×0.6×0.9/cos60=55.3kN,而1.5m长
压杆承载力达62.7kN,三角支撑桁架承载力满足要求。
4施工措施
(1)在混凝土灌注桩上植筋时,应保证其位置的准确。尤其在焊接单头螺杆时,一定要竖向挂垂线、水平拉通线,以保证螺杆间距与预配模板上的
孔相吻合,螺杆立面进出相一致。
(2)由于地下室水压大,防水要求高,外墙混凝土浇筑时严格控制混凝土的坍落度、水灰比等各项参数。同时掺入膨胀剂,以补偿混凝土收缩,控制
墙面裂缝产生,形成坚固的结构自防水层。
(3)由于地下室混凝土外墙较高,在保证施工质量的同时,分层缓慢浇筑,减小浇筑时混凝土侧压力;浇筑过程中派专人检查模板及支撑体系,发现
问题及时处理。
(4)混凝土浇筑后,待强度达到要求后及时拆除墙、柱侧模,加强养护,保证混凝土强度的发展,以利尽早拆除上道基坑支护钢腰梁,为下一步施工
创造条件。
(5)为保证后浇带处基底防水层不在高水压下破坏,将800mm后浇带下1.2m宽范围内100mm厚C10混凝土垫层改为200mm厚,并按Φ6@200构造配筋,以
提高后浇带处垫层的刚度(见图6)。
5总结
本工程地下室外墙取消对拉止水螺栓,消除了对外侧防水层破坏的可能性,杜绝因螺杆锈蚀造成外墙渗漏的诱因,对本工程11m高水头压力下结构
自防水起到积极作用。由于条件限制而采用单侧支模,除了直接承受侧压力的水平杆端头采用可调节托座顶紧外,其余利用扣件式钢管三角桁架
支撑体系,不但能满足支撑强度,有效控制整体刚度的要求,而且施工方便、灵活,利于材料周转和节约成本。每个施工段模板拆除后,对混凝土结
构进行实测实量,各类构件观感质量、表面平整度、垂直度等数据均符合混凝土验收规范要求。地下室工程结束后,对混凝土基础及外墙进行检
查,未发现渗漏现象,达到了预期的防水效果。
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