高强钢筋在基坑支护结构中的应用

陶 荣 生

(上海寰宇城市投资发展有限公司，上海 200040)



高强钢筋在基坑支护结构中的应用

陶 荣 生

(上海寰宇城市投资发展有限公司，上海 200040)

结合上海市徐汇区某办公楼项目基坑工程，分别从材料性质、配筋设计、施工角度对HRB400级钢和600 MPa级钢在地下连续墙中使用的经济性进行了比较，经分析计算，采用600 MPa高强钢筋，可减少钢筋用量，提高结构安全储备能力，有助于保证工程质量。

高强钢筋，基坑，地下连续墙，屈服强度

0 引言

高强钢筋是指抗拉屈服强度达到400 MPa及以上的螺纹钢筋。与普通钢筋相比，具有强度高、综合性能优良、安全性高等优点。美国、英国、日本等发达国家已普遍采用400 MPa以上的钢筋。欧洲各国广泛采用强度更高的500 MPa，600 MPa级钢筋也有相当数量的工程应用[1]。目前国内工程项目普遍采用的是400 MPa级及以下钢筋，500 MPa及以上钢筋用量仅占总钢筋用量的5%，由此造成的资源浪费十分严重。

600 MPa高强钢筋(代号T6/E/G[2])强度较高(见表1)，能够有效减小钢筋用量，降低资源消耗。为了促进高强度钢筋的推广使用，住房和城乡建设部、工业和信息化部于2012年联合推出了《关于加快应用高强钢筋的指导意见》，强调要加快600 MPa级及以上螺纹钢筋的产品研发。江苏省、浙江省和上海市发布了《热处理带肋高强钢筋混凝土结构应用技术规程》[3]，为推广采用600 MPa及以上的高强钢筋提供了有力的技术依据。同时部分地区已将使用高强钢筋的比例纳入绿色工程评价体系。

在国家推广应用高强钢筋的宏观政策推动下，江苏省、上海市已有100余个工程项目使用了600 MPa级高强钢筋，但是大部分仅局限于上部结构。用于地下工程，尤其是基坑工程的项目较少。本文以上海徐汇区某办公楼基坑项目为例，针对在地下连续墙中使用高强钢筋的经济性进行了分析，以期对上海地区类似的工程项目提供相关经验。

表1 600 MPa级钢筋与400 MPa级钢筋材料特性

1 工程概况

本工程设置3层地下室，地下室层高分别为8.55 m,3.9 m和4.1 m。基坑总面积约1.43万m2，普遍区域基坑开挖深度为17.3 m，局部深坑区域基坑开挖深度18.8 m～20.5 m。除与西侧地块间的临时隔墙，周边围护体均采用“两墙合一”地下连续墙。普遍区域地墙厚度为800 mm，为保护东北角建筑物，地墙厚度增大至1 000 mm(见图1)。如图2所示地墙插入深度为18.75 m，有效长度34.7 m。

2 计算分析

本工程中地墙包括两种大类型：基坑开挖阶段挡墙兼永久使用阶段地下室外墙(Ⅰ型)、两个基坑之间的临时隔断地墙(Ⅱ型)。地墙计算时需要考虑以下三大工况，并取最不利工况进行配筋设计。

工况1：基坑开挖至基底(见图3)；

工况2：由下往上拆除支撑并施工各层梁板，并在地下1层设置临时型钢斜换撑(见图4)；

工况3：施工西侧相邻地块基坑，开挖至基底(见图5)。

Ⅰ型地墙需满足基坑开挖阶段工况的承载力，同时还需验算永久使用阶段的承载力和裂缝宽度(裂缝按0.2 mm控制)。Ⅱ型地墙仅需满足基坑开挖阶段工况的承载力及在西侧相邻基坑支撑反力作用下的承载力，对裂缝宽度不作验算。

方案一：基坑地墙主筋、水平分布筋、定向筋、架立桁架等均采用HRB400级钢筋。某1 000 mm厚典型地墙在基坑开挖阶段计算弯矩如下：地墙迎坑面的弯矩标准值为M=2 006 kN·m，地墙迎土面的弯矩标准值为M=785 kN·m。迎坑面实配纵筋达到32@150+28@150(9 465 mm2，ρ=0.94%)，迎土面实配钢筋28@150 (4 104 mm2，ρ=0.41%)。典型地墙配筋见图6。

方案二：受到上海及江苏类似工程的启发，并进行了充分的研究讨论，一致认为采用600 MPa级钢筋替换400 MPa级钢筋，在保证安全可靠的前提下可以较大程度节约地墙的用钢量及造价。为防止施工中不同强度钢筋混料错批[4]，地墙所有类型的钢筋均改用600 MPa级钢筋。另外通过相关途径了解到已有多家钢厂能生产600 MPa级钢筋。经过等强代换，并复核最小配筋率、永久使用阶段裂缝得到新的典型地墙配筋：迎坑面实配纵筋H25@150+H22@150(5 809 mm2，ρ=0.58%)，迎土面实配钢筋H25@150(3 272 mm2，ρ=0.33%)，另外地墙水平分布筋、定向筋、架立桁架钢筋直径均降低一级。典型地墙配筋见图7。

经验算，对于地下室层高不高的地墙配筋不受裂缝宽度控制。当靠近外墙的地下室楼板开大洞或层高很高时，比如楼梯间、汽车坡道、镂空层等，地墙配筋将可能由裂缝控制，此时采用600 MPa级高强钢筋无法有效降低钢筋用量。由于类似情况只是局部的，且其他基坑的地下室开洞情况还不明确，所以暂不考虑这些特殊情况。

3 对比分析

800厚地墙配筋对比见表2，1 000厚地墙配筋对比详见表3，从中可以看出采用600 MPa级钢筋，钢筋直径可以降低1级～2级，含钢量和单幅重降低约30%，可以有效减少钢筋密集程度，方便浇筑，起重机的吊装能力也可以降低要求，从而可以加快施工速度，提高施工质量，节约施工造价。

表2 800 mm厚地墙钢筋对比

表3 1 000 mm厚地墙钢筋对比

综合考虑地墙钢筋用量的减少和钢筋造价的提高，计算得到每幅6 m宽地墙采用600 MPa级高强钢筋可减少钢筋用量约7 t，可节约造价约14%～17%。

另外，根据试验研究，600 MPa级钢筋采用焊接连接不易保证等强，所以建议主要受力钢筋优先采用机械连接。套筒数量按地墙主筋每隔9 m进行连接计算，采用600 MPa级高强钢筋对应的套筒造价和400 MPa钢筋基本相当。

通过以上对比分析，可以得出采用高强钢筋有以下优势：

1)采用高强钢筋符合国家节能减排的政策，节省资源和能源，减少环境污染，可以作为绿色建筑评价的加分项；2)采用高强钢筋可以减少钢筋用量，提高结构安全储备能力。本项目地墙经初步测算，综合成本节约率约14%～17%；3)高强钢筋与高性能混凝土配合使用，还可以提高结构的使用寿命；4)采用高强钢筋，减轻了结构自重，可减少运输、加工费用，可节约工期；5)减少钢筋密集配置，方便施工，保证工程质量[5]。

4 结语

钢筋的高强化是工程结构发展的重要方向，使用高强钢筋可以节约资源，实现经济的可持续发展。对于由强度控制配筋且受力较大的工程，例如基坑工程、人防工程、预应力结构等，都可以采用600 MPa级高强钢筋。对于按构造要求的配筋、由裂缝控制的配筋、普通箍筋不宜采用600 MPa级高强钢筋。本文通过工程实例比较了在地墙中采用600 MPa级钢筋替换400 MPa钢筋，能较大的节约钢材最大约30%，减轻每幅地墙重量最大约30%，提高施工质量和效率，降低了工程造价约14%～17%，可以为后续类似基坑工程地墙设计提供参考。

[1] 龙 莉，罗安智.国内外高强钢筋应用和现状分析[J].冶金管理，2012(11):38-43.

[2] SQBJ/JC 178—2016,上海市工程建设企业应用标准[S].

[3] 白力更,刘维亚.超高强钢筋在混凝土结构中的研究与应用[J].建筑结构,2016(46):49-53.

[4] 范春怡，王 锦.推广应用高强钢筋中的若干问题[J].工程质量,2014(32):20-23.

[5] 陈亚莲,奚红鑫.浅谈HTRB600E钢筋在工程中的应用[J].中小企业管理与科技旬刊,2016(1):89.

Application of high-strength reinforcements in the retaining structures of excavations

Tao Rongsheng

(ShanghaiHuanyuUrbanConstructionInvestigationDevelopmentCo.,Ltd,Shanghai200040,China)

Combining with a office building project foundation pit engineering in Shanghai Xuhui District, this paper compared the economy of HRB400 grade steel and 600 MPa grade steel in underground continuous wall use respectively from the material properties, reinforcement design, construction perspective, through the analysis and calculation, using the 600 MPa high strength steel bar, could reduce the consumption of steel bar, improved the structure security reserved capacity, helpful to ensure the engineering quality.

high strength steel bar, foundation pit, diaphragm wall, yield strength

1009-6825(2017)14-0049-03

2017-03-02

陶荣生(1962- )，男，工程师

TU463

A