超深地下薄壁结构混凝土浇筑施工技术

张友杰 袁建勋 王静远 李永渠

1. 中国建筑第八工程局有限公司总承包公司 上海 200135；2. 上海富达工程管理咨询有限公司 上海 200032

1 工程概况

上海国际旅游度假区某乐园的城堡舞台在花园区设计有2个灯塔，建筑功能为在表演时升起为舞台提供灯光和音响，平时则暗藏在灯塔建筑中。灯塔液压系统用于顶升和下降灯塔，安设于基础内，其基础结构形式如图1所示。

灯塔液压系统混凝土基础φ1.98 m、底板厚400 mm、壁厚350 mm，深13.76 m。基础侧壁内衬φ1 280 mm的316L不锈钢筒，筒身壁厚20 mm、封底壁厚30 mm、不锈钢筒（用于安放灯塔液压系统）深13.55 m，顶面高出附属建筑物基础底板225 mm。

灯塔液压系统基础顶部与附属建筑物基础底板相连接成整体。不锈钢筒和外裹混凝土组成的灯塔地下结构整体长13.98 m。

按照总体施工方案，超深基础采用打设壁厚20 mm的碳钢护筒进行支护，封底、止水及加固均采用高压旋喷桩，内衬不锈钢筒与基础结构钢筋在工厂整体组装，现场整体吊装。基础底板及侧壁混凝土采用预拌混凝土进行现浇施工[1-3]。

2 超深薄壁结构混凝土浇筑需解决的几个问题

1）混凝土的下料问题：由于薄壁结构钢筋之间净距只有200 mm，考虑到钢筋绑扎和垂直度偏差等因素，实际钢筋之间净距为160～170 mm。常规的混凝土泵管接头处管卡尺寸已大于这个数字，即不能采用预拌站提供的泵管作为混凝土下料管，要另想办法下料。

2）采用何种级配的混凝土问题：采用自密实混凝土能保证基础混凝土浇筑质量，采用普通混凝土浇筑基础混凝土则需做样板混凝土验证。

图1 灯塔地下结构不锈钢-钢筋混凝土构造示意

3）混凝土的振捣问题：即采用何种振捣工具确保超深混凝土振捣密实。

4）抗浮问题：通过计算确定是否要采取措施确保不锈钢内筒-钢筋组件不上浮。

5）侧壁混凝土的保温问题：侧壁外部有钢护筒及土体保温，内部是不锈钢筒。不锈钢筒是散热的，因此要考虑不锈钢筒的保温问题。

3 解决问题的技术措施

1）设计专门的侧壁下料导管、接头、卡具及料斗并加工进场。

（1）导管：由于侧壁结构钢筋之间实际净距为160～170 mm，因此我们选用外径为125 mm、壁厚3.20 mm的镀锌钢管，每节长≤3 m，两端各车有长4 cm外丝。

（2）接头：采用内径125 mm、壁厚10 mm的镀锌钢管。在管内车丝，丝长8 cm。导管、接头及导管连接如图2所示。

（3）卡具：设置在型钢支架上卡住接头管用于导管接长或拆卸。采用厚10 mm钢板、φ16 mm圆钢、φ20 mm镀锌钢管及50 mm×5 mm角钢制作。焊接在型钢支架平台上。角钢、镀锌钢管、钢筋组件的作用相当于1个铰链，可确保钢板转动0～90°。钢板与钢筋焊接后在钢筋上套上镀锌钢管，将镀锌钢管与角钢焊接。卡具加工及卡具卡下料导管如图3、图4所示。

（4）料斗：上部用于接受汽车泵输送的混凝土，下部插入导管里向下输送混凝土。

2）拟采用的混凝土：浇筑基础底板拟采用自密实混凝土，底板以上拟采用普通混凝土。

图3 卡具加工示意

图4 卡具卡下料导管示意

3）振动棒：特殊加工3根（1根备用）长16 m的振动棒，专门用于浇筑超深基础混凝土的振捣。采用φ70 mm或φ80 mm振动棒。

4）防止混凝土浇筑不锈钢内筒-钢筋组件上浮措施：

（1）浮力计算：浮力本质是由物体表面“液体”压力差引起的力差。浸在混凝土中的不锈钢内胆为等截面体，可通过计算内胆上下表面的压力差来计算内筒所受浮力。经过计算，浮力F浮=80.90 kN。

（2）内筒及钢筋重力：不锈钢重88.60 kN，钢筋重33.06 kN，二者总重力121.66 kN＞F浮=80.90 kN，可知，内筒不会发生上浮。施工时仍在外护筒上竖向焊接2道20a#工字钢并固定不锈钢内筒作为抗浮措施。

（3）抗浮及稳定措施：为防止内胆发生意外上浮及保证混凝土浇筑时内胆受力不移位、歪斜，采取在外护筒顶部焊接型钢来固定内筒的措施（图5）。

图5 抗浮及稳定措施示意

5）采取注水措施保温：施工前向不锈钢筒注水至顶部，作为侧壁混凝土内保温措施。基础顶部在混凝土浇筑完成后覆盖1层塑料薄膜、2层无纺布保温[4,5]。

4 混凝土浇筑样板

采用自密实混凝土能保证基础混凝土施工质量，但在与预拌站沟通时，他们提出自密实混凝土很少有施工单位用，且我方用量少，他们材料采购困难会导致价格超高，建议我方改用别的级配混凝土，采用粗骨料粒径＜25 mm的混凝土浇筑时，其倾落高度限值为6 m，流动性好。经我方与监理、管理公司、业主协商，决定采用并在现场做一个样板验证混凝土浇筑效果。

根据基础的形状现场做了一个与其底板直径一样大小但墙高200 mm的方形样板，目的是验证密闭的基础底板能否振捣密实。绑扎钢筋、安装模板完成后浇筑混凝土，拆模后观察混凝土浇筑外观较好，破坏后内部密实。通过验证决定采用粗骨料粒径＜25 mm的预拌混凝土。

5 混凝土浇筑

5.1 混凝土下料导管的安装

为防止混凝土自由倾落高度超过2 m，导致混凝土离析，使用料斗及接长导管将混凝土直接引导至浇筑面。混凝土导管外径为125 mm，壁厚3.20 mm，每节长3 m，两端各有长4 cm外丝。导管使用丝扣索接连接，丝扣每节长8 cm，布满内丝。

施工前导管应试拼接和试压，以保证连接后整根导管垂直，使用时不破不漏。

5.2 混凝土分次浇筑

为保证准确定位，减少混凝土浇筑产生的浮力与不均匀侧压力对不锈钢内筒的影响，混凝土分2次浇筑。

1）首次混凝土浇筑高度到底板以上500 mm，振捣完成间歇1～1.5 h，待混凝土沉实后进行第2次混凝土浇筑。

2）第2次浇筑混凝土停留在灯塔地下室底板的下边缘的位置，然后四周封闭做好覆盖保温养护。基础顶部混凝土与附属建筑结构大底板混凝土一起浇筑。

5.3 混凝土浇筑下料管布置

5.3.1 首次浇筑布置1组下料管

首次浇筑仅使用1个料斗，边下料边振捣，使混凝土能从一侧向其他方向填充，排出气体。这样做的目的是防止基础底部空气排不出去而出现空隙及混凝土振捣不密实。

5.3.2 第2次浇筑布置2组下料管

第2次浇筑采用2组导管，为防止两侧混凝土高差过大引起的侧压力使不锈钢内筒发生偏移歪斜，向2只料斗交替输送混凝土，目的是减少两侧混凝土的高差，进而消除两侧过大的侧压力（图6）。严禁仅使用1只料斗持续浇筑。

图6 第2次浇筑下料管布置

5.4 混凝土导管接长及拆卸

导管的接长及拆卸采用200 kN汽车吊及钢带吊设导管，在型钢支架卡具上安装或拆卸导管。

5.5 混凝土温度控制

因夏季施工温度较高，应采取措施防止混凝土入模温度超过30 ℃。在不锈钢内筒自来水中放置温度计，若水温超过30 ℃，则向水中加冰块，使水温降低至30 ℃以下[6]。

6 实施效果

混凝土浇筑完成后测量不锈钢内筒安装的垂直度，结果显示最大偏差为9 mm，高于业主要求的垂直度偏差小于1/1 000L的精度要求，更高于规范1/300L的精度要求。满足了灯塔液压系统厂家的安装要求，获得各方的好评。

7 结语

当外界条件受限达不到我们的施工要求且无先例可循时，我们必须要开拓、创新，想尽各种办法来满足我们的施工要求。在本工程施工中，为保证超深薄壁混凝土的施工质量，我们采取的施工技术措施如加工本工程专用的导管、导管接头及卡具、料斗、长16 m的专用振动棒，以及混凝土分次浇筑、抗浮及保温措施等，都取得了成功，可为以后类似工程施工提供借鉴和参考。