某高烈度區建筑基礎隔震支座施工關鍵技術研究

彭世成

(中國水利水電第七工程局有限公司 四川成都 610000)

0 引言

隔震技術在房屋建筑工程中的應用日趨廣泛，主要形式有基礎隔震和層間隔震等。其采用的隔震支座主要有：隔震橡膠支座、滑板支座和摩擦擺等[1]。基礎隔震技術，是通過建筑基礎頂部設置水平剛度較小隔震層，延長結構周期；同時隔震支座具有較大的阻尼，從而減少地震能量的輸入，保護上部主體結構，減少地震災害造成的人員和財產損失。汶川地震后，隔震技術在國內的應用顯著增加。根據中國勘察設計協會抗震防災分會的統計，截止2020年底，目前國內建成及在建的隔震建筑，已超過一萬五千棟。

四川省涼山州西昌市處于我國南北地震帶中南段，抗震設防烈度為9度。中國水利水電第七工程局有限公司第二分局承接了西昌市2個城中村棚戶區改造項目，項目均采用基礎隔震技術，隔震層的支座均為隔震橡膠支座。

1 工程概況

本研究依托西昌市寧遠水鎮城中村棚戶區改造項目、西昌市袁家山城中村棚戶區(二期)改造項目進行隔震系統關鍵技術研究。

(1)寧遠水鎮城中村棚戶區改造項目

項目位于西昌市姜坡路口東側。總規劃建筑面積為206 813.21 m2，地上建筑面積148 272.31 m2，地下建筑面積為58 540.9 m2。項目包括9棟單元式住宅樓，結構形式，采用混凝土剪力墻結構，其中1#-9#樓層數為18～20層。2層地下室結構形式采用混凝土-框剪結構。每棟樓均在-1層和1層之間設置隔震層，共采用573個直徑為1000 mm～1200 mm的隔震支座。

(2)袁家山城中村棚戶區(二期)改造項目

項目位于西昌市菜子山大道旁。總規劃建筑面積為181 695.15m2，地上建筑面積132 249.03 m2，地下建筑面積為49 446.12 m2。項目包括6棟單元式住宅樓、1棟酒店式公寓、1棟沿街商業樓和1棟幼兒園。單元式住宅樓結構形式采用鋼筋混凝土剪力墻結構，樓層數為11-17層。14層酒店式公寓采用鋼筋混凝土-框剪結構。沿街4層商業樓采用鋼筋混凝土框架結構。3層幼兒園采用鋼筋混凝土框架結構。2層地下室結構形式采用鋼筋混凝土-框剪結構。每棟樓均在-1層和1層之間設置隔震層，共采用510個直徑為1000 mm～1200 mm的隔震支座。

以上兩項工程均采用基礎隔震技術，隔震層支座均為大直徑隔震橡膠支座。建筑抗震類別丙類，抗震設防烈度9度。-1層和1層間設置隔震層為專用檢修功能，高度2800 mm。

全部單元式住宅樓結構形式和概況，以寧遠水鎮城中村棚戶區改造項目6#高層基礎隔震住宅樓為例進行分析，其工程概況如下：6#住宅樓地下2層，地上20層，總建筑高度60.80 m，總建筑面積11 356 m2。隔震層高度為2800 mm，主要框架梁(上支墩拉梁)梁下凈高為1500 mm，主要結構剖面如圖1所示。隔震層共布置52個Ⅱ型隔震支座，其中29個LRB1200，23個LNR1000。隔震支座平面布置如圖2所示。

圖1 建筑主要剖面圖(單位：mm)

圖2 隔震支座平面布置圖(單位：mm)

2 研究內容及目標

2.1 研究內容

本科技項目研究主要包括以下幾大項內容：①隔震支座支墩施工精度及質量控制研究；②隔震縫及隔震層管線連接技術研究；③隔震建筑施工監測與維護技術研究。

2.2 研究目標

針對上述在建筑隔震的工程應用中存在的問題，本項目研究提出以下幾點目標：

(1)解決高層建筑隔震支座支墩施工的技術難點，形成提高和保障隔震支座支墩施工精度與施工質量的技術手段和具體工法。

(2)得出隔震縫及隔震層管線柔性連接的優化構造和措施，明確施工與質量控制要點。

(3)弄清隔震建筑全壽命監測的技術要點和瓶頸，形成隔震建筑全壽命監測的優化技術和具體方案，并建立隔震系統維護的規范化體系和作業導則。

2.3 主要創新點

(1)支座定位平衡板等新型施工輔助器具的創新和工法的優化；

(2)下支墩鋼筋與下連接板套筒避免位置沖突的優化；

(3)房屋建筑隔震系統施工技術的系統化與標準化建設。

3 隔震支座支墩施工精度及質量控制

3.1 下定位板安裝精度控制及質量控制

下定位板施工精度控制目標設計如下：預埋連接螺栓處的頂面標高與設計標高偏差不大于5 mm，定位板頂面水平度誤差不應大于5%[3]。預埋鋼筋(即錨筋)應垂直，且固定牢固[3]。為了達到下定位板施工精度控制目標，故在施工技術上提出以下方案：①安裝高程定位螺栓。②定位板運輸。③放線對齊。④下預埋件安裝。

3.2 下支墩質量控制及下支墩頂面平整度精度

為確保下定位板革新技術順利實施，對上支墩頂面施工精度控制目標設計如下：支墩中心標高與設計標高之差為±2.5 mm，下支墩頂面的水平度誤差不大于不宜大于5‰[4]。提出以下方案：

(1)下支墩鋼筋與下連接板套筒避免位置沖突的優化；

(2)下支墩混凝土澆筑；

(3)拆除下定位板；

(4)下支墩頂面打磨；

(5)上支墩施工的精度控制。

3.3 下支墩(柱)混凝土澆筑試驗研究

3.3.1 前期準備

①下支墩(柱)配筋；②預埋鋼板安裝；③模板安裝。

3.3.2 混凝土澆筑

商品混凝土進場后查看其出廠合格證明及其配合比，并使用坍落度桶測量該批次混凝土的坍落度，試驗用商品混凝土坍落度為140 mm～160 mm，符合坍落度測試要求。

3.3.3 試驗結果

隔震支座下支墩(柱)混凝土澆筑試驗，得到以下結論：

(1)預埋鋼板下部混凝土應采用高流動性細石混凝土二次澆筑法，或高強灌漿料二次灌漿法施工，不應采用一次(常規)澆筑法。

(2)下支墩預埋鋼板底部混凝土澆筑填充過程，應采用單點下料的方式進行澆筑，不允許采用多點下料的方式，以保證混凝土填充的密實度。

4 隔震縫及隔震層管線連接技術研究

隔震層重要節點構造包括隔震縫構造、隔震支座節點構造、樓電梯構造以及柔性管線構造。其中構造設計重點在于豎向隔離縫與水平隔離縫的留置是否正確、填充材料是否合適、隔震支座節點處理、樓電梯相關構造以及柔性管線的使用[5]。項目組在工程調研中發現，隔震層重要節點的構造往往不被重視。在地震時，容易發生碰撞，限制隔震效用發揮，將增加震后維修費用。

4.1 隔震縫構造

(1)水平隔震縫寬大于防震縫兩側隔震支座在罕遇地震下最大水平位移之和的1.2倍，且大于800 mm[6]；

(2)工程采用聚苯板填充水平隔震縫，填充后，采用瀝青膠泥收邊；

(3)豎向隔震縫寬度大于400 mm，注意豎向隔震縫的處理，避免豎向隔震縫封堵；

(4)豎向隔震縫蓋板構造做法：在豎向隔震縫中部填充防火巖棉，兩側蓋板采用12 mm的厚硅酸鈣板。

4.2 隔震支座節點處構造分析

為規范化隔震支座節點處的構造設計，根據隔震支座所處位置的不同，具體提出中柱隔震支座節點、邊柱隔震支座節點、角柱隔震支座節點的構造做法。

(1)中柱隔震支座節點:隔震支座位于建筑層中間位置，當上支墩底部與另一方向框架梁底部平齊時，隔震支座外側至四周填充墻側的尺寸，填充墻頂部與上部框架梁底部間的水平隔離縫，應滿足水平隔離縫的高度要求[7-8]。

(2)邊柱隔震支座節點：隔震支座位于建筑層外邊緣。根據邊柱外邊緣與外墻是否平齊，可分為兩種情況，其豎向隔離縫與水平隔離縫的預留方法，可按照上支墩底部與另一方向框架梁底部是否平齊，參照中柱的設計方法進行設計。

(3)角柱隔震支座節點：隔震支座下支墩四周與兩面墻相交。根據角柱外邊緣與外墻是否平齊，同樣可分為兩種情況。其豎向隔離縫的預留方法與上同。

4.3 樓、電梯構造

(1)樓梯隔震構造：將上段樓梯踏步增加，梯板伸長，下段樓梯踏步減少，使下段樓梯踏步頂面低于框架梁底面，下段樓梯與隔震層框架梁脫離；將下段樓梯最上一級踏步向右平移延長，梯梁同距離平移，使上段樓梯末級踏步與下段樓梯最上級踏步之間的搭接長度滿足規范要求[9]。

(2)電梯隔震構造：采用懸掛式電梯，懸掛式電梯井懸掛于隔震層梁下方。電梯隔離坑的空間也應滿足要求，考慮地震作用下不影響電梯正常使用，電梯井道與抗震結構構造凈距應與豎向隔震縫寬度一致，電梯井道與墻體的凈距大于等于400 mm，電梯井道與底層柱頂拉梁大于等于400 mm。考慮滿足排水、清潔的要求，電梯井道側壁與電梯隔離坑的凈距宜大于等于600 mm，電梯井道底面與電梯隔離坑頂的凈距宜大于等于600 mm[10]。

4.4 柔性管線

隔震層要求穿越隔震層的設備管線必須采用柔性連接，其目的是在保證管道系統正常使用的前提下，適應隔震支座的允許最大位移。設備管線包括：上水管道、下水管道、消防管道、暖氣管道及通風空調、電氣及煤氣等各類管線。《抗震規范》規定，對穿過隔震層的設備配管、配線，應采用柔性連接或其他有效措施，其預留的水平變形量不應小于隔離縫寬度的1.4倍。

柔性管道，是指設備管道穿過隔震層時的設置，能滿足隔震層相應水平位移要求的柔性管材。隔震結構柔性管道產品在隔震層最大允許位移條件下的疲勞循環次數，應大于10次且不應滲漏。目前常用的柔性管道有金屬軟管、橡膠軟管和PVC伸縮管。

5 隔震建筑監測與維護技術研究

5.1 隔震建筑監測

5.1.1 隔震層變形觀測意義

由于橡膠支座具有較小的水平剛度水平向的變形，豎向荷載作用下，可能產生不均勻的豎向變形。施工期間隔震支座可能因為各類因素產生，影響隔震建筑的減震效果及結構自身安全[11]。因此，為保證隔震建筑在施工中的安全性，對隔震層豎向及水平向的位移進行觀測，具有十分的必要性。

5.1.2 隔震層變形觀測方案

(1)豎向變形值觀測。在隔震層拆除內腳手架及模板后，安裝隔震支座豎向變形觀測尺，

紅色基準線對準隔震支座底部，觀測尺上部與上支墩固定，下部無任何連接，在每次觀測時讀取支座豎向變形值。

(2)上、下支墩標高監測。上下部結構標高監測采用水準測量的方法，在混凝土澆筑前預埋帶有鋼筋直螺紋套筒的錨固件，拆模后，安裝頂部磨圓的鋼筋即可。在水準點安裝完成后，即可開始觀測并記錄高程數值。

5.1.3 寧遠水鎮工程隔震層變形及沉降觀測

時間-荷載-沉降量曲線、時間-荷載-隔震支座豎向變形曲線，以及隔震支座水平向位移圖的特點存在相似之處，上部結構傳遞至隔震支座的荷載暫時不再增加，因此在主體結構完成后的兩個月內，下部結構沉降及隔震支座豎向位移趨于穩定。

5.2 隔震裝置的維護

(1)保證隔震支座及其連接的有效性；

(2)保證隔震構造的可移動性，且確保其不會對人身安全造成傷害；

(3)保證穿隔震層管線的使用安全性，避免地震時管線破裂。

5.3 隔震裝置置換

當隔震支座由于較大的地震而產生損傷，或者隔震層遭受過火災等特殊情況，隔震支座可能失效，因此需要對隔震支座置換。

5.3.1 施工重難點與對策制定

①頂升位移的控制；②連接孔精確定位；③支座高度可調。

5.3.2 施工方法

隔震裝置置換的施工流程如圖3所示。

圖3 施工流程圖

6 效益

近年來，國家對抗震防災工作的重視和隔震技術應用宣傳普及度不斷提高，在法規和政策的扶持下，未來隔震技術推廣和應用總體呈快速上升趨勢。建筑采用隔震技術可以獲得安全、經濟、環保和綠色，甚至是社會穩定的綜合效益。

特別是經濟效益方面：采用基礎隔震技術，可實現上部結構降度設計，上部結構截面尺寸和配筋率可適當減小，從而達到降低工程結構總造價的良好經濟效益。對于高烈度地區建筑，經合理設計，工程結構造價可降低3%～10%。此外，還可顯著提升建筑的防震安全水平，實現傳統抗震結構無法比擬的長期經濟效益。

7 結論

(1)提出了下定位板安裝精度控制及質量控制、下支墩(柱)質量控制及下支墩頂面平整度精度，給出了量化指標和具體的控制措施。

(2)下支墩(柱)混凝土應采用高流動性細石混凝土二次澆筑法，或高強灌漿料二次灌漿法施工，混凝土澆筑填充過程應采用單點下料的方式進行澆筑。

(3)改進隔震縫的留置以及填充材料選取問題，優化隔震支座節點處構造，改進樓電梯隔震縫的施工及留置問題，明確穿越隔震層的管線系統采用柔性連接及其延伸長度，保證隔震建筑有效發揮作用，減少后期維護成本。

(4)提出一套隔震建筑監測方案，通過設置在支墩上的錨固件，對比其兩次觀測的差值，獲得沉降量，確保隔震建筑的安全性，并提出了隔震建筑的維護、置換的具體措施。