超深地下薄壁結構混凝土澆筑施工技術

張友杰 袁建勛 王靜遠 李永渠

1. 中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 200135；2. 上海富達工程管理咨詢有限公司 上海 200032

1 工程概況

上海國際旅游度假區某樂園的城堡舞臺在花園區設計有2個燈塔，建筑功能為在表演時升起為舞臺提供燈光和音響，平時則暗藏在燈塔建筑中。燈塔液壓系統用于頂升和下降燈塔，安設于基礎內，其基礎結構形式如圖1所示。

燈塔液壓系統混凝土基礎φ1.98 m、底板厚400 mm、壁厚350 mm，深13.76 m。基礎側壁內襯φ1 280 mm的316L不銹鋼筒，筒身壁厚20 mm、封底壁厚30 mm、不銹鋼筒（用于安放燈塔液壓系統）深13.55 m，頂面高出附屬建筑物基礎底板225 mm。

燈塔液壓系統基礎頂部與附屬建筑物基礎底板相連接成整體。不銹鋼筒和外裹混凝土組成的燈塔地下結構整體長13.98 m。

按照總體施工方案，超深基礎采用打設壁厚20 mm的碳鋼護筒進行支護，封底、止水及加固均采用高壓旋噴樁，內襯不銹鋼筒與基礎結構鋼筋在工廠整體組裝，現場整體吊裝。基礎底板及側壁混凝土采用預拌混凝土進行現澆施工[1-3]。

2 超深薄壁結構混凝土澆筑需解決的幾個問題

1）混凝土的下料問題：由于薄壁結構鋼筋之間凈距只有200 mm，考慮到鋼筋綁扎和垂直度偏差等因素，實際鋼筋之間凈距為160～170 mm。常規的混凝土泵管接頭處管卡尺寸已大于這個數字，即不能采用預拌站提供的泵管作為混凝土下料管，要另想辦法下料。

2）采用何種級配的混凝土問題：采用自密實混凝土能保證基礎混凝土澆筑質量，采用普通混凝土澆筑基礎混凝土則需做樣板混凝土驗證。

圖1 燈塔地下結構不銹鋼-鋼筋混凝土構造示意

3）混凝土的振搗問題：即采用何種振搗工具確保超深混凝土振搗密實。

4）抗浮問題：通過計算確定是否要采取措施確保不銹鋼內筒-鋼筋組件不上浮。

5）側壁混凝土的保溫問題：側壁外部有鋼護筒及土體保溫，內部是不銹鋼筒。不銹鋼筒是散熱的，因此要考慮不銹鋼筒的保溫問題。

3 解決問題的技術措施

1）設計專門的側壁下料導管、接頭、卡具及料斗并加工進場。

（1）導管：由于側壁結構鋼筋之間實際凈距為160～170 mm，因此我們選用外徑為125 mm、壁厚3.20 mm的鍍鋅鋼管，每節長≤3 m，兩端各車有長4 cm外絲。

（2）接頭：采用內徑125 mm、壁厚10 mm的鍍鋅鋼管。在管內車絲，絲長8 cm。導管、接頭及導管連接如圖2所示。

（3）卡具：設置在型鋼支架上卡住接頭管用于導管接長或拆卸。采用厚10 mm鋼板、φ16 mm圓鋼、φ20 mm鍍鋅鋼管及50 mm×5 mm角鋼制作。焊接在型鋼支架平臺上。角鋼、鍍鋅鋼管、鋼筋組件的作用相當于1個鉸鏈，可確保鋼板轉動0～90°。鋼板與鋼筋焊接后在鋼筋上套上鍍鋅鋼管，將鍍鋅鋼管與角鋼焊接。卡具加工及卡具卡下料導管如圖3、圖4所示。

（4）料斗：上部用于接受汽車泵輸送的混凝土，下部插入導管里向下輸送混凝土。

2）擬采用的混凝土：澆筑基礎底板擬采用自密實混凝土，底板以上擬采用普通混凝土。

圖3 卡具加工示意

圖4 卡具卡下料導管示意

3）振動棒：特殊加工3根（1根備用）長16 m的振動棒，專門用于澆筑超深基礎混凝土的振搗。采用φ70 mm或φ80 mm振動棒。

4）防止混凝土澆筑不銹鋼內筒-鋼筋組件上浮措施：

（1）浮力計算：浮力本質是由物體表面“液體”壓力差引起的力差。浸在混凝土中的不銹鋼內膽為等截面體，可通過計算內膽上下表面的壓力差來計算內筒所受浮力。經過計算，浮力F浮=80.90 kN。

（2）內筒及鋼筋重力：不銹鋼重88.60 kN，鋼筋重33.06 kN，二者總重力121.66 kN＞F浮=80.90 kN，可知，內筒不會發生上浮。施工時仍在外護筒上豎向焊接2道20a#工字鋼并固定不銹鋼內筒作為抗浮措施。

（3）抗浮及穩定措施：為防止內膽發生意外上浮及保證混凝土澆筑時內膽受力不移位、歪斜，采取在外護筒頂部焊接型鋼來固定內筒的措施（圖5）。

圖5 抗浮及穩定措施示意

5）采取注水措施保溫：施工前向不銹鋼筒注水至頂部，作為側壁混凝土內保溫措施。基礎頂部在混凝土澆筑完成后覆蓋1層塑料薄膜、2層無紡布保溫[4,5]。

4 混凝土澆筑樣板

采用自密實混凝土能保證基礎混凝土施工質量，但在與預拌站溝通時，他們提出自密實混凝土很少有施工單位用，且我方用量少，他們材料采購困難會導致價格超高，建議我方改用別的級配混凝土，采用粗骨料粒徑＜25 mm的混凝土澆筑時，其傾落高度限值為6 m，流動性好。經我方與監理、管理公司、業主協商，決定采用并在現場做一個樣板驗證混凝土澆筑效果。

根據基礎的形狀現場做了一個與其底板直徑一樣大小但墻高200 mm的方形樣板，目的是驗證密閉的基礎底板能否振搗密實。綁扎鋼筋、安裝模板完成后澆筑混凝土，拆模后觀察混凝土澆筑外觀較好，破壞后內部密實。通過驗證決定采用粗骨料粒徑＜25 mm的預拌混凝土。

5 混凝土澆筑

5.1 混凝土下料導管的安裝

為防止混凝土自由傾落高度超過2 m，導致混凝土離析，使用料斗及接長導管將混凝土直接引導至澆筑面。混凝土導管外徑為125 mm，壁厚3.20 mm，每節長3 m，兩端各有長4 cm外絲。導管使用絲扣索接連接，絲扣每節長8 cm，布滿內絲。

施工前導管應試拼接和試壓，以保證連接后整根導管垂直，使用時不破不漏。

5.2 混凝土分次澆筑

為保證準確定位，減少混凝土澆筑產生的浮力與不均勻側壓力對不銹鋼內筒的影響，混凝土分2次澆筑。

1）首次混凝土澆筑高度到底板以上500 mm，振搗完成間歇1～1.5 h，待混凝土沉實后進行第2次混凝土澆筑。

2）第2次澆筑混凝土停留在燈塔地下室底板的下邊緣的位置，然后四周封閉做好覆蓋保溫養護。基礎頂部混凝土與附屬建筑結構大底板混凝土一起澆筑。

5.3 混凝土澆筑下料管布置

5.3.1 首次澆筑布置1組下料管

首次澆筑僅使用1個料斗，邊下料邊振搗，使混凝土能從一側向其他方向填充，排出氣體。這樣做的目的是防止基礎底部空氣排不出去而出現空隙及混凝土振搗不密實。

5.3.2 第2次澆筑布置2組下料管

第2次澆筑采用2組導管，為防止兩側混凝土高差過大引起的側壓力使不銹鋼內筒發生偏移歪斜，向2只料斗交替輸送混凝土，目的是減少兩側混凝土的高差，進而消除兩側過大的側壓力（圖6）。嚴禁僅使用1只料斗持續澆筑。

圖6 第2次澆筑下料管布置

5.4 混凝土導管接長及拆卸

導管的接長及拆卸采用200 kN汽車吊及鋼帶吊設導管，在型鋼支架卡具上安裝或拆卸導管。

5.5 混凝土溫度控制

因夏季施工溫度較高，應采取措施防止混凝土入模溫度超過30 ℃。在不銹鋼內筒自來水中放置溫度計，若水溫超過30 ℃，則向水中加冰塊，使水溫降低至30 ℃以下[6]。

6 實施效果

混凝土澆筑完成后測量不銹鋼內筒安裝的垂直度，結果顯示最大偏差為9 mm，高于業主要求的垂直度偏差小于1/1 000L的精度要求，更高于規范1/300L的精度要求。滿足了燈塔液壓系統廠家的安裝要求，獲得各方的好評。

7 結語

當外界條件受限達不到我們的施工要求且無先例可循時，我們必須要開拓、創新，想盡各種辦法來滿足我們的施工要求。在本工程施工中，為保證超深薄壁混凝土的施工質量，我們采取的施工技術措施如加工本工程專用的導管、導管接頭及卡具、料斗、長16 m的專用振動棒，以及混凝土分次澆筑、抗浮及保溫措施等，都取得了成功，可為以后類似工程施工提供借鑒和參考。