某超高层建筑地下室顶板临时加固技术探索与应用

2023-06-29曾刚

四川建筑 2023年2期

目前在含地下室施工的建筑工程中，特别是狭小区域，为保证施工进度，解决项目后期材料的运输问题，需要借用地下室顶板作为临时加工或材料堆放区域，由于地下室顶板结构设计施工荷载仅考虑消防通道荷载，没有考虑在其上布置施工场地和大型材料运输车辆通道的施工荷载，为此需要对施工电梯、材料堆场、车辆行进通道等部位的结构设置加固支撑，将上部荷载传递到地下室底板，确保结构安全和正常使用功能，特进行了加固技术研究，为类似工程提供参考。

地下室顶板；加固技术；施工荷载；结构安全

TU731.2 B

［定稿日期］2022-02-28

［作者简介］曾刚（1989—），男，本科，工程师，从事房屋建筑工程技术管理工作。

1 项目背景

1.1 项目概况

涉及项目地下室共4层（局部2层），层高分别为5.25 m、4.2 m、4 m、4.35 m，由于周边场地狭小，需要在已完成顶板区域设置钢筋、砂浆罐、周转材料堆场、施工电梯基础及行车道路。

1.2 原设计荷载分析

地下室顶板板厚：180 mm，主梁最大间距12 m，次梁间距3 m。

顶板上拟回填土厚度1.2 m，黏土自重为18 kN/m3，设计恒载取：20 kN/m2，活荷载取：5 kN/m2，消防车荷载：35 kN/m2。地下室顶板可承受荷载为：60 kN/m2。

2 施工平面布置

平面布置图见图1。

2.1 顶板局部处理

在地下室顶板施工平面布置实施前，先进行顶板防水层及保护层施工，有利于后期进度安排和避免顶板上大量的清理工作。高低跨位置应事先进行回填处理。部分区域回填及硬化厚度应充分考虑荷载计算以及后期景观绿化预留施工界面，后期该部分回填土及混凝土面层将破除并进行外运。

2.2 施工车辆通道布置

施工车辆通道区域覆土厚度不得小于600 mm，其上浇筑不小于200 mm厚C35混凝土面层，面层配10@300 mm（HRB400）单层双向钢筋网片，总面积约550 m2。施工车辆通道需穿过6条伸缩后浇带，加固区域回填前，需回填范围内的小部分伸缩后浇带提前进行混凝土浇筑，且在变形缝部位及入口处铺设20 mm厚钢板，两侧搭接不小于1 000 mm，宽度同车行道，其下铺设16#工字钢，以防止破坏结构混凝土如图2所示。在施工车辆通道两侧距离边缘1 m范围内搭设1 200 mm高钢管栏杆，防止车辆偏离车道及对挡墙安全考虑。加固车道总长度约136 m，道路直线段宽度为6 m，转弯处道路宽度为10 m，道路入口部位10 m。

2.3 搅拌场地及材料堆场布置

加固1区：材料堆场1（钢筋堆场），覆土厚度不得小于700 mm，面积约150 m2，材料堆场2（砂浆罐位置），覆土厚度不小于700 mm，面层面积约150 m2；材料堆场3（钢筋加工房），覆土厚度不小于700 mm，面层面积约220 m2；材料堆场4（盘圆堆场及加工），覆土厚度不小于700 mm，面层面积约300 m2；材料堆场5（周转材料堆场），覆土厚度不小于700 mm，面层面积约180 m2；材料堆场6（轻质砌块堆场），覆土厚度不小于700 mm，面层面积约130 m2；材料堆场7（水电及安装材料堆场），覆土厚度不小于700 mm，面层面积约300 m2。

施工平面布置可以根据实际需用面积进行调整，堆载根据高度考虑，除行车通道以外的所有堆场及临时设施应满足覆土厚度不得小于700 mm，上浇筑不小于100 mm的C25混凝土面层。高低跨位置采用砖砌挡土墙进行挡土，除注明外，均需要采用钢管回顶加固，搭设间距均为600 mm×600 mm，步距1 500 mm。

为便于文明施工管理，应进行区域划分，施工区域之间采用1 200 mm高彩钢板或工具式防护栏杆进行隔离。材料必须在指定的区域堆放高度按照第3章要求进行。

2.4 其他设施布置

（1）消防水池拟设置在主楼两台泵中心位置，采用实心砖砖砌筑，厚度240 mm，四周设置构造柱及压顶（做法详见挡土墙）。洗泵池均不超过18 m3，尺寸3 m×5 m×1.2 m（限高），消防水池不超过50 m3，尺寸5 m×7 m×1.5 m（限高），严格限制装水高度，不得超过计算高度。洗泵车、消防水池内外均抹灰（1∶3，15 mm厚），内侧采取防水砂浆或防水卷材。若出现漏水现象及时进行修补。加固2区：钢管回顶加固间距800 mm×800 mm，步距1 500 mm。

洗泵车采用二次沉淀，最终通过排水沟、排水管等方式，排入附近已办理排污许可证的市政管网。

（2）现场北侧设置总配电箱（按照3个一级配电箱考虑），长5.5 m，2.5 m宽，高度3.2 m，采用200 mm厚多孔砖砌筑，内外均抹灰（1∶3，15 mm厚），顶板采用A级防火彩钢瓦搭设，室内地面高处室外200 mm，并采用C20混凝土浇筑150 mm厚。电缆沟及台阶均采用多孔砖砌筑，共设置百叶窗800 mm×600 mm 2个，防火门900 mm×2 100 mm 1个。

2.5 施工电梯布置

地下室顶板上布置型号为SC200/200的双笼施工电梯2台。施工电梯基础：基础尺寸为4 000 mm×6 000 mm×350 mm，采用C35混凝土现浇，配筋为C10@200 mm双层双向。机座底盘与混凝土基础的連接用原配地脚螺丝。电梯机座安装在地下室顶板上，基础螺栓M25 mm和10#槽钢安装在现浇的基础上。施工电梯最终安装高度： H=1.80+196.00+6.00=202.80 m。

加固3区：采用钢管回顶加固，每台加固面积5 m×7 m=35 m2，钢管间距500 mm×500 mm，步距1 500 mm。

3 车辆通道及材料堆放场地钢管支撑架受力计算书

3.1 荷载取值

3.1.1 车辆通道

车辆通道荷载取值见表1。

以混凝土罐车及泵车重量作为计算复核。

3.1.2 材料堆场

需在地下室顶板上堆放的主要材料荷载计算见表2。

3.2 结构验算

（1）结合本工程实际情况，车载荷载以混凝土罐车为例，根据成都汇龙商品混凝土有限公司提供的车辆参数统计：

①6×4型混凝土搅拌车尺寸及受力分析（16 m3）（图3）。

满载情况下，并考虑1.1安全系数，P=605 kN，根据前后轮重力作用点分配：前轴共1组单轮轮胎，前轮着地宽度及长度为0.3 m×0.2 m。后轴共4组轮胎，后轮着地宽度及长度为0.6 m×0.2 m，偏于安全考虑后轮取80%进行验收，得N=605 m×0.8 mm=484 kN

根据CJJ/34 2022《城镇供热管网结构设计规范》附录C中相关内容，考虑汽车轮压扩散的影响，汽车轮压在混凝土中的应力扩散角为45°，在覆土中应力扩散角为35°。计算出后轮的受力面积约为12.69 m2。

将后轮车轮的局部荷载换算为等效均布荷载：R=484/12.69=38.14 kN/m2。

②8 mm×4 mm型混凝土搅拌车尺寸及受力分析（18 m3）（图4）。

满载情况下，并考虑1.1安全系数，P=726 kN，根据前后轮重力作用点分配：前轴共2组单轮轮胎，前轮着地宽度及长度为0.3 m×0.2 m。后轴共4组轮胎，后轮着地宽度及长度为0.6 m×0.2 m，偏于安全考虑后轮取80%进行验收，得N=726×0.8=580.8 kN

根据CJJ/T 34-2022《城镇供热管网结构设计规范》中相关内容，考虑汽车轮压扩散的影响，汽车轮压在混凝土中的应力扩散角为45°，在覆土中应力扩散角为35°，计算出后轮的受力面积约为12.69 m2。

将后轮车轮的局部荷载换算为等效均布荷载：R=580.8/12.69=45.77 kN/m2。

（2）以钢结构及钢筋运输车辆600 kN作为计算复核，后轴取80%，受力面积取19.99 m2：600×0.8/19.99=24.22 kN/m2。

（3）以塔吊拆卸用75吨汽车吊作为计算复核：单支腿最不利位置受力=62 kN/m2。

3.3 结论及建议

地下室顶板设计荷载简算

（1）由于地下室顶板500板厚区域设计荷载为40+50=90 kN/m2-覆土1.7×18-混凝土面层24×0.2=55 kN/m2。

（2）其他车型通道区域，设计荷载为20+40=60 kN/m2-覆土0.6×18-混凝土面层24×0.2 mm=44.4 kN/m2。

（3）根据地下室顶板设计复核，顶板荷载应满足表3要求。

（4）顶板材料堆载：设计荷载为20+5+35=60 kN/m2-覆土0.6×18-硬化0.2×24=44.4 kN/m2。偏移安全考虑不超过40 kN/m2，堆场不得超过下列数据，否则将进行加固处理见表4。

3.4 加固受力计算

3.4.1 加固区域

综合所述，车行通道已設计加固，材料堆场共3个区域需要进行回顶加固，以满足施工要求，分别为加固1区，材料堆场1，（钢筋堆场，共传递4层，加固荷载取15 kN/m2），材料堆场2（砂浆罐，共传达2层，加固荷载区22 kN/m2）；加固2区（洗泵池及消防水池，共传达4层，加固荷载取12 kN/m2）；

3.4.2 设计参数

综合上述，取最大荷载22 kN/m2进行验算，考虑构件车辆重量重的特点，本工程计划采用顶板上部覆土＋下部支撑的组织加固方式，覆土600 mm，混凝土面层200 mm，支撑采用48.3×3.6 mm钢管（计算取48×2.8 mm），壁厚偏差不超过±0.36 mm，扣件连接，上设置可调托撑螺杆与螺母旋合长度不得小于5扣，螺母厚度不得小于30 mm，顶托内放置木方，1区回顶传力共2层，5.25 m、7.9 m，2区回顶传递共4层，层高分别为5.25 m、4.2 m、4 m、4.35 m。以7.9 m为例进行计算复核。采用行车道道路做法，加固宽度12 m，钢管间距取600 mm×600 mm，步距1 500 mm，最上层立杆缩写一个步距。

3.4.3 加固计算

利用品茗软件对上述设计参数进行加固计算，临时扣件钢管支撑满足要求。

4 施工电梯部位钢管支撑架受力计算书

4.1 荷载取值

（1）施工电梯参数见表5。

（2）荷载计算。导轨架重（共需135节标准节，标准节重167 kg）：167 kg×135=22 458.6 kg，施工升降机自重标准值：

Pk=（1460.00×2+1480.00+1300.00×2+2000.00×2+22458.6.00+200.00）×10/1000=323.27 kN

考虑动荷载、自重误差及风荷载对基础的影响，区荷载安全系数K=2.1

总荷载取值：323.27×2.1=678.87 kN

混凝土基础重：4×6×0.3×25=180 kN

全部总荷载P=678.87 kN+180 kN=858.87 kN

4.2 结构验算

本工程地下室顶板设计规定等效静荷载标准值最大25 kN/m2。地下室顶板混凝土为C35，混凝土养护时间28 d，根据GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》4.1.4表4.1.4-1中C35混凝土的轴心抗压强度设计值16.7 N/mm2

（即：16 700 kN/m2）。升降机满负荷工作时，荷载取值为678.87 kN，升降机双笼离地满负荷工作时为最不利工况，此时升降机的标准节为主要荷载传递构件，标准节的受力状况，即：678.87 kN÷（0.8×0.8）m2=1 342.98 kN/m2，大于地下室顶板静荷载标准值25 kN/m2，小于混凝土轴心抗压强度标准值16 700 kN/m2。

由于施工电梯的总荷载值大于设计规定地下室顶板等效静荷载标准值，为了减小混凝土结构的变形，采用钢管支撑加固的方法，由支撑加固钢管支撑承担升降机的全部荷载，通过钢管支撑将荷载传至基础梁及底板。

单位面积承受的荷载：

Pn=P/A=858.87 kN/24 m2（4 m×6 m）=35.79 kN/m2

4.3 设计参数及计算书

（1）设计参数。施工电梯2个，加固区域位于3区（轴线1-29～1-31交轴线B-K～B-L，施工电梯基础，加固面积70 m2，共传达4层，层高分别为5.25 m、4.2 m、4 m、4.35 m），每台加固范围为5 m×7 m=35 m2。

（2）加固措施。为保证施工通道上部车辆正常运行，且楼板结构不受影响，本工程地下室楼板加固方案设计为：取最大荷载35.79 kN/m 2进行验算，在地下室采用钢管（48.3×3.6 m）搭设满堂支撑架，把楼层板上的荷载传至抗水板以满足安全施工要求，共传达4层。立杆上加可调顶托，顶托上用通长木枋（40 mm×90 mm）支撑顶板，立杆间距500 mm×500 mm，水平钢管步距 1 500 mm，最上层立杆缩写一个步距，下设扫地杆，扫地杆离地200 mm，上部设置自由端不大于500 mm。立杆底部垫木脚手板，厚度不小于5 cm，立杆四周设置连续剪刀撑，在架体内部纵、横向每5跨，应由底至顶设置连续竖向剪刀撑；在架体的底部和顶部设置水平剪刀撑，剪刀撑斜杆与地面夹角为45°～60°。

（3）加固计算。利用品茗软件对上述设计参数进行加固计算，临时扣件钢管支撑满足要求。

5 施工工艺

5.1 工艺流程

架体搭设—顶板做法—回填土—混凝土道路—栏杆及标识标牌。

5.2 加固方法

架体搭设具体详见规范JGJ 130-2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》中相关要求进行。

5.3 覆土回填及硬化

（1）地下室顶板回填前需要满足条件：①回填区域主体结构混凝土强度已经达到75%以上（以现场留置试块为准）；②需要回顶区域的模板支撑架已经拆除完成（满足模板拆除条件）；③需要回顶加固区域已经施工并验收完成；④回填区域防水层施工完成，且后浇带及刚性保护层混凝土强度已经75%以上（有此项时按照此要求）；⑤回填前必须清理到结构表面标高，将回落的松散垃圾、砂浆、石子等杂物清除干净，并组织安全技术交底，必须严格按照规范及施工工艺组织施工。

（2）检验回填土的质量有无杂物。粒径是否符合规定，以及回填土的含水量是否在控制的范围内；如含水量偏高，可采用翻松、晾晒或均匀掺入干土等措施；如遇回填土的含水量偏低，可采用预先洒水湿润措施。

（3）回填时对地下室顶板洞口、临边必须加强防护，回填车辆装土不允许超过10 m3，回填车辆进入门口应先卸掉一部分土方可进入顶板回填区域。回填、平整应采用小型机械进行分层铺摊，靠近主楼3 m范围或梁跨内采用人工回填的方式进行，采用机械+人工的方式分层压实，采取分段填筑，交接处应填成阶梯形。

（4）压路机压实时，每层虚铺厚度为30 cm，打夯机压实时每层虚铺厚度25 cm，人工打夯时每层虚铺厚度20 cm。碾压方向从两边逐渐压向中间，回填土每层至少碾压2遍，每次重合宽度约15～25 cm，避免漏压。

（5）回填土每层填土夯实后，应按规范规定进行环刀取样，测出干土的质量密实度，达到要求后，再进行上一层的铺土，压实系数不小于0.94。

（6）地下室四周回填分段填夯，交接处应填成阶梯形，梯形的高宽比一般为1∶2，上下层错缝距离不小于1.0 m。

（7）回填地下室四周及板顶内有管道通过时，为防止管道中心线位移或损坏管道，应采用先回填后开挖的方式埋设管线，管线沟槽回填采用中砂回填、夯实，管顶以上50 cm外采用灰土回填。

（8）填土全部完成后，应进行表面拉线找平，凡超过标准高程的地方，及时依线铲平，凡低于标准高程的地方，应补土夯实。

（9）素土回填施工方法同石灰土，但施工过程中应注意控制土的含水量，如果土方过湿将会影响土的压实质量，应注意对土的晾晒处理。

（10）回填完成以后，验收合格以后进行混凝土面层施工，按照混凝土楼面施工方法进行施工，表面进行刻槽、拉毛处理。

（11）在回填土范围内地下室顶板结构梁底由测量人员设置监控点，间距20 m/个，回填土期间监控平面30 min/次，平常1天/次。

5.4 行车通行及堆載要求

（1）施工车辆必须行走在加固区域。待加固脚手架搭设完成后，在架体外侧设置围挡，对其进行遮挡，不影响原有地下室车库的使用功能。道路宽度应小于加固区域的宽度（按30°角考虑），在道路上设置行驶标线和栏杆来限定车辆行驶区域。