城際鐵路出入段頂板擋土墻施工技術研究

劉 幫,楊耀南,董文斌,徐 亮

中國建筑第四工程局有限公司,廣東 廣州 510630

0 引言

出入段頂板擋土墻作為出土孔和盾構孔的防護結構,主要作用是為盾構管片或出土孔提供操作面,防止頂板回填影響孔洞作業,而后期工程完工后,會對其進行拆除。擋土墻一般存在的時間為2～3年。

目前,比較常規的施工方法有2種。第1種是孔洞側原施工頂板的腳手架不拆除,在保證架體架寬比的條件下,往上進行搭設;另外一側從頂板起腳手架進行搭設,從而進行雙側施工。但是這種方法缺點較為明顯,底板腳手架不拆除,影響盾構始發臨建工程建設,架體搭設過高,安全風險較大。另外,在孔洞側腳手架搭設完成后,如何保證架體穩定性也十分重要,特別是在架體搭設完成后,需要吊裝擋土墻側模時,兩側腳手架對拉構件需要進行拆除,該段時間的施工安全風險尤其高。第2種是等盾構井封堵后,在兩側搭設腳手架進行施工,頂板無需進行覆土施工,可以等到后期再施工,但是這種情況比較少。地鐵施工一般是在人流、房屋密集區,施工環境特別復雜,一旦采用泥水盾構,受制漿場地影響,臨建場地占地面積會比較大,頂板回填后的區域正好可以作為盾構臨建場地進行使用,這樣就造成后期回填的施工方案不可行[1]。

基于此,本文通過資料收集、計算分析、現場實際應用后,提出一種在孔洞中間搭設工字鋼作為該側腳手架基礎及對拉鋼絲、拋撐的立體支撐體系的一整套先進施工方法,不僅讓出底部施工工作面,還能保證上下兩面同時開始施工,使得項目施工風險降到最低,為提高項目進度提供技術支撐。

1 工程概況

芳村至白云機場城際項目為全地下敷設,設站10座。主要構筑物包含3條出入段線、2個明挖段和2個外掛泵房。空港出入段線明挖段2位于崗尾貝劉街西側,周邊主要為農田和民房。明挖段2為地下一層明挖區間,采用明挖順筑法施工,設計起點里程ⅡDK3+233.532,終點里程ⅡDK3+494.269。明挖段2長度為260.737 m,基坑寬度33.4～54.2 m,底板埋深17.35～8.93 m,基坑周長為639.3 m,基坑面積為10 622.5 m2,明挖段2為地下單層鋼筋混凝土結構。擋土墻位于3軸高低跨處,長接近45 m。兩側設置有暗柱,與圍護結構采用植筋方法進行搭接。該擋土墻主要是防止3-11軸頂板回填土影響盾構井處盾構施工。擋土墻結構三維圖見圖1。

圖1 擋土墻三維結構

2 施工工藝流程

施工工藝主要包含準備工作、計算分析、架體搭設、擋土墻兩側植筋、墻模板搭設、混凝土澆筑這6個步驟。具體流程如圖2所示。

圖2 擋土墻施工流程

2.1 施工準備工作

在開始施工前,需要進行試驗、施工、材料、技術等方面的準備工作。

首先是對兩側混凝土進行強度回彈,確定其達到設計強度,這是腳手架基礎承載力的關鍵。然后在擋土墻區域進行鑿毛,只要是新舊混凝土接觸的地方必須鑿毛。

其次要對擋土墻與混凝土支撐碰撞位置進行優化(見圖3)。擋土墻底部處于高低跨梁上,但是寬度一般只有1 m,無法將擋土墻與混凝土支撐完全錯開,只能使擋土墻離孔洞的位置越遠越好,主要目的在于使擋土墻孔洞側腳手架能夠架設1排在腳手架上,并方便在梁上設置連墻件,這樣能夠加強整個架體的穩定性;另外可以使架體不會占用過多孔洞位置,不過多影響孔洞吊裝施工。然后,對進場腳手架材料、鋼筋、模板、工字鋼等材料進行檢驗,使其滿足現場使用需求。

圖3 擋土墻與混凝土支撐碰撞位置優化(從上到下,第1、2根梁為混凝土支撐梁,第3根梁為高低跨梁)

最后是人員、材料、機械的安排,主要根據技術方案進行梳理和安排[2]。

2.2 計算分析

計算分析主要是為了確定工字鋼大小和腳手架間距。主要思路是根據結構尺寸確定工字鋼大小,然后進行腳手架驗算。根據驗算指標不斷優化架體搭設間距。

1)收集結構尺寸,腳手架基礎初步確定采用45B號單拼工字鋼。

2)腳手架選擇盤扣式腳手架,架體數據輸入,主要解決架體縱向間距設置的問題。要保證盤扣架架寬比不大于3,擋土墻高度為4 543 mm,若架體縱向間距為1.2 m,則高度最大為3.6 m。只能設置2排,設置3排則是2.4 m的寬度,否則會影響盾構孔吊裝施工。若將間距優化為為0.6 m,則能設置3排。考慮架體穩定性要求,施工中實際設置3排,間距為0.6 m。

3)預埋壓環鋼筋。這里預埋類似懸挑腳手架時的預埋,壓環鋼筋直接預埋在樓板底部鋼筋下面,由于不是樓板,所以考慮直接預埋在梁上部2層鋼筋下,起到的作用與樓板鋼筋相同,并且梁鋼筋和厚度均大于樓板的結構要求。預埋位置需要根據2邊梁結構確定,具體預埋位置、尺寸如圖4所示。預埋鋼筋注意壓環鋼筋考慮彎折強度,建議直徑不大于28 mm。

圖4 壓環鋼筋設置示意圖

4)計算分析。在進行計算分析前,還需要考慮立桿的軸向力的值。這需要先計算立桿軸力,立桿最大高度為3.6 m,在計算書里面找到立桿最大軸力設計值2.383 kN。然后將立桿的荷載值輸入到標準值和設計值。

2.3 架體搭設

根據計算分析結果進行架體搭設。為了保證孔洞側架體的穩定性,非孔洞側架體搭設4排,間距為0.6 m×0.9 m,高度4.5 m,并且間隔2 m設置1根拋撐。孔洞側在孔洞兩側靠近側墻與相連的2 m寬梁上設置拋撐,間距50 mm。即使這樣設置,還是會存在孔洞凈寬長達11 m的距離無法設置拋撐。這段距離只能采用和對面腳手架對拉的方法。

對拉有2種方案:一是直接用鋼管進行對拉,后期再封堵,缺點是孔洞較大,封堵成本高;另一種方法是采用鋼絲2邊進行對拉,以左右上下間距分別為1 m的間距進行對拉,后期只用將鋼絲隔斷即可。鋼管對拉穩定性更好,鋼絲對拉穩定性較差,而且兩者都會穿透模板造成漏漿的質量問題。

2.4 擋土墻兩側植筋

植筋深度需要通過計算取得,首先查閱《混凝土結構加固設計規范》《混凝土結構設計規范》《鋼筋混凝土用鋼 第2部分:熱軋帶肋鋼筋》等規范,查看是否有相關鋼筋取值,例如考慮混凝土劈裂影響的計算系數只有小于等于20、25、32這3種植筋參數要求。在考慮植筋時,先考慮參數是否齊全,然后基于錨固深度、錨固深度修正系數、錨固深度設計值、錨固深度構造值、植筋錨固深度進行計算。植筋錨固深度取錨固深度構造值或錨固深度設計值,兩者之間取最大值,從而完成植入鋼筋直徑和深度計算。

在完成植筋后,需要抽拔試驗,驗證鋼筋的抗拉拔力,這里因為數量較少,所以需要提高試驗鋼筋數量,采用1：10的比例進行抽拔試驗,保證擋土墻能夠承受后期土方回填和上部荷載所受的側壓力[3]。

2.5 墻體模板搭設

擋土墻模板的穩定性主要靠兩側止水錨桿對拉,以往的經驗只需要考慮墻體穩定性即可。但是現在必須同時考慮架體和擋土墻模板,因為架體穿過擋土墻進行對拉,擋土墻與架體成為一個整體,這是非常大的安全隱患。如果對拉止水錨桿設置過少,澆筑擋土墻時,造成擋土墻鋼筋偏位,很容易影響兩側腳手架上操作的工人。所以不管采用何種對拉方式,前提是一定要保證擋土墻對拉止水錨桿的數量和間距符合要求。

為保證擋土墻穩定性,擋土墻模板采用15 mm膠合木模板,次龍骨采用60 mm×80 mm方木,布置間距為160 mm(豎向布置)。如果沒有方木,也可以采用方鋼管,但設置方鋼管需要考慮吊裝問題。方木可以直接采用釘子與木模連接,用一整塊進行吊裝;采用方鋼管,只能逐根進行安裝,時效比較慢。主龍骨采用2根?48 mm×3 mm鋼管,布置間距為500 mm(橫向水平布置)。在擋土墻兩側設?16 mm對拉螺桿,布置間距為300 mm×500 mm(橫向×豎向),同時控制第1道距底為200 mm,如圖5所示。

圖5 擋土墻墻模板搭設示意圖

2.6 混凝土澆筑

混凝土澆筑前,首先應先底部均勻澆筑5 cm厚與墻混凝土同配比的水泥砂漿;其次選擇震動棒,考慮鋼筋較密,為了保證振搗效果,可以采用直徑較小的振動棒,然后采用溜管進行混凝土澆筑。

3 結束語

本文設計的施工方法提高了項目施工進度,可以實現左右2個工作面同時進行施工,避免前期拆除混凝土支撐的安全風險。一般是頂板強度達到設計要求后,可以拆除支撐,本方法可以在不拆除混凝土支撐的情況下,進行腳手架和模板搭設,將頂板處腳手架與混凝土支撐進行抱梁施工,減少了施工安全風險。本文設計的施工方法豐富了擋土墻施工方法,在項目進度要求高、對頂板有回填要求時可以考慮采用本文的方法。

但本施工方法也存在不足。孔洞側腳手架與頂板腳手架需要通過擋土墻進行對拉,存在一定的安全風險。另外,工字鋼存在彎矩過大的情況,如果之前梁沒有預埋壓環鋼筋,則需要對壓環鋼筋進行植筋,還存在工字鋼失穩的風險。