深基坑施工中特殊位置的劲性混凝土柱做法分析与应用

李迪安 魏燕龙 缪献鹏 李洪帅 马晨威

中建八局第一建设有限公司 山东 济南 250100

在地下室深基坑施工中，竖向构件较常采用劲性混凝土柱的形式，以提高结构承载力和刚度。劲性混凝土柱一般由内部钢骨架和外包钢筋混凝土组成，而当基坑的围护支撑梁与劲性柱存在交叉时，节点处的配筋众多且复杂，继而带来工艺和工序上的选择难题。如何有效解决深基坑施工中柱和梁的碰撞问题，对保证工程项目的整体进度和施工效率有着至关重要的影响[1-4]。

在劲性梁柱节点研究方面，侯建军[5]结合工程实例，针对深基坑逆作法施工中劲性混凝土梁柱节点的施工难题，分析了几种节点连接方式，并提出了相应的改善措施，最终取得了预期效果；何强龙等[6]针对烦琐的梁柱节点施工工序，分析研究了劲性梁柱节点处的钢筋处理方法，提高了深化质量；左乐等[7]针对劲性梁柱节点采用传统施工方法存在的增加断面尺寸、削弱型钢刚度以及影响使用功能等不足，提出了采用BIM深化设计以及钢筋搭桥连接的综合施工技术，解决了节点处施工难度大的问题。

本文在上述文献相关工艺的基础上[8]，从深基坑劲性混凝土柱和围护支撑梁碰撞、劲性混凝土柱与钻孔灌注桩位置重合等工况角度出发，阐述了此类特殊位置处的工艺做法，并分析了其应用效果。

1 工程概况

绍兴高铁北站TOD综合体项目位于绍兴市越城区，地下室设计3层（局部4层），结构形式为钢筋混凝土框架＋钢筋混凝土外墙，部分框架柱设计为劲性混凝土柱，钢骨架有十字形和圆形。围护结构设计为地下连续墙，支撑结构为钢筋混凝土支撑梁。

通过基坑支护支撑平面布置图、地下室墙柱结构图及桩基图对比，发现部分劲性混凝土柱的分布有以下3个特殊性：劲性混凝土柱与钢筋混凝土支撑梁位置冲突；劲性混凝土柱与钻孔灌注桩位置重合；兼具以上2个特殊性。

2 施工制约因素

劲性混凝土柱施工工艺流程：钢骨架安装→钢筋绑扎→梁柱节点钢筋绑扎→模板安装及加固→混凝土浇筑→拆模及养护。

与钢筋混凝土支撑梁位置冲突的劲性混凝土柱，若按常规方法施工，制约因素主要有以下几点：

1）若钢骨架整体安装，则需凿除上层重叠支撑梁，破坏支撑结构的完成性，降低支撑结构的整体稳定性及强度。

2）若钢骨架分节安装，则支撑梁下部塔吊无法垂直吊装，需用手动葫芦或电葫芦分节安装，钢骨架接头数量多，施工效率低。

3 创新做法介绍

本项目地下室范围内劲性混凝土柱施工的关键工序为劲性钢骨架的安装，钢骨架安装有分节安装和整体安装这2种方式。

3.1劲性钢骨架分节安装

3.1.1 地脚螺栓安装

钢骨架通过栓钉与柱体混凝土连接，安装时通过地脚锚栓临时固定，如图1所示。预埋锚栓利用1块定位板将锚栓间的相对位置固定，形成支架，在柱钢筋绑扎时，将锚栓支架插入柱钢筋笼中，初步测量定位锚栓位置。然后采用短钢筋将锚栓支架与主筋焊接牢固，从而使锚栓支架与钢筋笼形成稳定的整体，有效减小锚栓在混凝土浇筑时可能发生的偏移。

图1 柱脚螺栓固定大样

3.1.2 钢骨架安装

钢骨架随地下室主体结构分层（或分节）安装。钢骨架采取手动葫芦或电葫芦分节吊装，钢骨架通过螺栓连接接长。如图2所示，L为钢骨架搭接长度。

图2 钢骨架分节螺栓连接

利用设计好的吊装孔或耳板采用4点吊装，将钢骨架吊运至上方200 mm左右时，缓慢下落。当预埋螺栓进入钢骨架脚孔后，检查柱脚十字线是否与预埋板十字控制线吻合，直至调整到允许偏差范围内，利用2台经纬仪十字交叉检查垂直度无误后固定螺母，并采用临时支撑固定。然后再依次安装固定本层其他钢柱。

3.1.3 安装要点

锚栓和预埋件安装到位后，应可靠固定。锚栓采取防止损坏、锈蚀和污染的保护措施，锚栓施工完毕应将丝口涂上黄油等防锈物，并用胶带缠好保护丝口。

钢骨架地脚螺栓紧固后，外露部分应采取防止螺母松动和锈蚀的措施。

3.2支撑梁预留劲性结构柱施工洞口

劲性混凝土柱与支撑梁位置冲突时，拟采取优化支撑梁结构形状、预留劲性混凝土柱施工洞口的方法，便于使用塔吊对钢骨架整段吊装，提高施工效率。洞口四周根据16G101图集相应要求进行加固处理。鉴于后续劲性混凝土柱模板安装与加固的需要，建议洞口预留尺寸不小于1 400 mm×1 400 mm。后续地脚螺栓、钢骨架安装等施工参考钢骨架分节安装相关内容，不作详细说明（图3）。

图3 支撑梁预留洞口大样

3.3劲性混凝土柱随钻孔灌注桩一同施工

劲性混凝土柱与钻孔灌注桩位置重合时，结构柱和钻孔灌注桩一同施工。为便于利用导管浇筑混凝土，施工时将十字形钢骨架优化为圆形钢骨架。

3.3.1 等面积代换确定钢骨架型号

取圆形钢骨架的钢板厚度及材质与工字形钢骨架相同，以等面积代换原则确定圆形钢管的半径。

如图4所示，根据工字型劲性钢骨架截面尺寸，可求得截面面积：S＝4bt＋2(a－2t)·t－t2。

图4 工字型劲性钢骨架

3.3.2 钢骨架安装及钢筋绑扎

在劲性混凝土柱标高范围内，钢筋笼根据框架柱保护层厚度要求、设计配筋、抗压强度、抗剪强度等验算进行相应调整。劲性混凝土柱标高段，桩径根据劲性混凝土柱的尺寸，利用圆外接与正方形原理做扩径处理。相应的钢筋笼外径扩大，并且螺旋箍筋做加密处理。地下室底板至正负零段灌注桩用全钢护筒进行施工，待混凝土浇筑完至初凝后拔出护筒，保证劲性柱的浇筑质量。

钢骨架用3φ16 mm定位筋与钢筋笼焊接连接，定位筋在轴向按2 m间距布置，如图5～图7所示。

图5 钢骨架与钢筋笼位置

图6 1-1剖面示意

图7 2-2剖面示意

为提高劲性混凝土柱的抗震性能、稳定性和承载能力，将钢骨架与周边结构连接成一个整体。对于单桩或多桩承台的情况，需将钢骨架与承台钢筋连接；对于无承台的情况，需将钢骨架与底板钢筋连接。

在基础标高至底板标高范围内，在钢骨架四周呈十字形预留4块节点板，节点板外侧尺寸同灌注桩外径。螺旋箍筋在节点板处断开，分别焊接在节点板两侧。施工底板或承台时，剔凿出预留接驳的节点板，在平行底板方向焊接加宽节点板，并在节点板上根据承台（或底板）钢筋型号设置直螺纹连接钢套筒。在承台或底板钢筋绑扎时，主筋与牛腿上的直螺纹钢套筒连接，使劲性混凝土柱与承台或底板连接成一个整体，见图8。

图8 钢骨架与承台（底板）连接

3.3.3 施工要点

施工时灌注桩在劲性柱段的钢筋笼配筋、混凝土强度等级按设计做相应调整，在支撑梁、结构梁板标高处的钢骨架上焊接节点板用于接驳。

4 创新做法的优缺点分析

钢骨架分层安装时，塔吊无法垂直吊装，施工效率低，且接头多、整体刚性降低。而通过优化钢筋混凝土支撑梁的形状，预留劲性混凝土柱施工洞口，可实现钢骨架整体安装，但优化支撑梁的形状后会增加支撑结构的工程量。劲性混凝土柱与钻孔灌注桩一同施工，钢骨架可实现较大长度的整体吊装，稳定性和强度均高于常规做法，并且对于劲性混凝土柱分布的第3种特殊性，劲性混凝土柱可作为支撑立柱使用，减少立柱桩基格构柱的施工数量，节省材料，加快施工进度。3种施工方法的施工效率，按高低顺序依次为：与灌注桩一同施工＞预留作业空间＞常规分节吊装。

5 结语

对于与钢筋混凝土支撑梁位置冲突的劲性混凝土柱施工，本文介绍了3种相应的工艺做法，通过对比以上3种做法的可操作性和适用性，得出如下结论：劲性混凝土柱与支撑梁位置冲突时，宜选用优化支撑梁预留洞口的做法施工劲性混凝土柱；而当劲性混凝土柱与桩位置重合时，则宜选用劲性结构柱与钻孔灌注桩一同施工的方法。