临建场区地下商场顶板补强加固方法与施工技术

作者:韩君
单位:中铁十六局集团轨道公司
摘要:新建广州地铁10号线天河路站为暗挖车站,车站主体结构北侧设置3座临时竖井,竖井施工场区内大部分地下空间为时尚天河商业广场。经荷载验算,既有商业广场顶板无法满足承载力要求,为保证既有建筑安全,同时满足承载力要求,进行顶板补强方案研究,验算支撑系统承载力和稳定性以确保施工过程结构安全,并介绍补强加固工艺特点及施工安全质量控制措施。
关键词:结构加固 顶板加固 承载力计算 施工技术
作者简介:韩君,工程师,E-mail:413015181@qq.com;

 

0 引言

由于土地资源紧张及土地规划对建设项目容积率的限制,大量工程建设采取向地下要空间的措施,采用大面积地下室设计,导致地下室占据开发地块绝大部分区域。地下室外边线基本紧邻用地红线,周边可用场地有限。施工场区内已不满足现场材料水平运输承载力需求。故在施工前,需考虑在地下室顶板上设置施工道路,对其进行提前补强加固处理,从而满足现场施工交通需求。现通过总结某地下室顶板加固施工经验,介绍地下室顶板补强加固方案及安全质量控制要点。

1 工程概况

广州市轨道交通10号线天河路站位于天河路与体育西路交叉路口东侧,沿天河路呈东西走向,为该线唯一暗挖车站。站点北侧为天河体育中心,南侧为天河城百货及天环广场等,西侧为广百百货、广州购书中心、维多利广场等。站位周边规划主要为商业用地(地下空间大多被开发为商业广场,如时尚天河、天河又一城等)。车站主体采用“PBA”洞桩法暗挖施工,通过车站北侧设置3座临时竖井施工横通道连接车站主体。3座临时竖井借地施工区域位于天河体育中心西南广场,临建场区内除竖井选择位置仅为实地(满足车站出入口、新风和排风口及活塞风口)外,其余地下空间全部被时尚天河开发为地下商业广场。

时尚天河地下商场主要为板柱结构(无梁板),局部墙板结构,顶板及底板采用双向板设计,该区域为地下1层,顶板厚500mm,立柱支撑位置顶板厚1 000mm,立柱尺寸700mm×700mm,立柱跨度为8.2m,板顶配筋为φ18@150双向拉通筋+φ18@150附加筋,板底配筋φ20@150双向拉通,覆土1.4~1.6m,底板位于粉质黏土层,底板以下5.2m地基为微风化砾岩,地基承载力较高。

2 顶板加固方案

临时路面板采用梁板柱结构,支墩柱设置于地下商场立柱及侧墙上方,保证荷载直接传递至地下室立柱结构,减小顶板上方荷载(见图1)。临时路面板尺寸:板厚400mm,地梁400mm×1 000mm,底柱截面600mm×800mm,路面板底部钢筋采用φ25@100,上部中支座钢筋采用φ20@100。其中新建路面板与原状土间预留20cm厚“真空层”,避免施工荷载通过土介质传递给既有地下室顶板,带来施工风险。

3 顶板加固施工流程

3.1 施工准备

(1)施工前做好既有建(构)筑物调查,形成建筑调查报告并与产权单位签订安全协议;(2)施工方案(危大工程)经过专家评审并经业主及权属单位审批通过;(3)施工前在既有地下室内顶板及立柱安装自动化监测设备;(4)既有地下室立柱复核并形成报告提资至设计单位。

3.2“真空层”试验

为保证场区施工荷载通过路面板分摊至两侧竖向立柱,再次传递至既有构筑物承重柱形成梁板柱受力体系。重点控制新建路面板与原状土间“真空夹层”有效。实施前主要围绕2种方案进行讨论:(1)板底底模下采用横向砂浆条基,间隔1m施作1条。砂浆条基浇筑前预埋钢丝绳。考虑砂浆强度较小,易破坏,用砂浆条基作为底模支撑,正常铺设底模、绑扎路面板钢筋、浇筑混凝土,待路面板混凝土满足设计强度后,挖机张拉钢丝绳将砂浆条基破坏,形成20cm厚夹层。(2)采用“砂箱”作为底模支撑,将加固区划分为若干单元,逐个单元实施回填中粗砂,通过渗水密实形成坚固底模支撑。路面板结构施工,待混凝土满足设计强度后通过预留水管加压,将砂冲洗清理形成真空夹层,但该方法的缺点是不能满足单元连续施工,需跳仓施工(提供冲出砂预留空间),同时担心既有顶板渗漏风险。最终决定采用方案1进行试验,现场试验成功。

图1 补强加固横剖面

图1 补强加固横剖面

 

3.3 自动化监测

监控量测是施工的重要组成部分,通过监测掌握支护结构、内支撑体系及地表动态,及时预测和反馈,用其成果调整设计,指导施工。施工前利用时尚天河夜晚停止营业时段,对其顶板及立柱安装监测设备,形成整个加固区时时监测系统。监测点位主要包含立柱、顶板沉降观测点等。

3.4 柱、梁、板施工

(1)开挖立柱独立基础及纵梁位置土体,绑扎立柱、地梁钢筋,立模并进行混凝土浇筑;(2)开挖路面板土体,采用横向1m间距施工砂浆条基(提前预埋钢丝绳),待强度达标;(3)铺设底模,绑扎路面板钢筋(含暗梁钢筋绑扎)、浇筑路面板混凝土、混凝土养护至设计强度后,拔出钢丝绳废除M10砂浆条基。

3.5 堆载试验

加固完成后,以施工最重设备(360旋挖钻:120t)质量为参照,在路面板堆载模拟旋挖钻工况。以50t为起点,每增加5t配重为1个监测周期,直至增加至旋挖钻重量的1.15倍,通过监测路面板地表监测点及时尚天河顶板监测点位移情况确定是否满足施工荷载。

4 补强加固建模核算

通过有限元建模(见图2),同时对顶板、立柱等弯矩、竖向变形模拟论证方案可行性,如图3~7所示。

图2 有限元模型

图2 有限元模型

 

通过既有结构工况与考虑上部施工荷载工况进行对比,商场顶板竖向最大位移增加1.0mm,顶板竖向变形、弯矩、剪力及裂缝均满足要求,车站立柱最大轴力增加3 391kN,轴压比由0.39增加为0.62,车站主体立柱轴压比在抗震安全设计范围内,强度和裂缝均满足要求。

图3 既有顶板竖向变形云图

图3 既有顶板竖向变形云图

 

图4 既有顶板基本组合弯矩云图

图4 既有顶板基本组合弯矩云图

 

图5 既有顶板基本组合剪力云图

图5 既有顶板基本组合剪力云图

 

5 结语

目前,众多大面积地下室结构工程均遇到其顶板上部需设置施工道路的问题。通过对顶板补强加固,以满足工程中施工设备、材料水平运输需求,保证建设工程顺利实施。同时也避免造成地下结构损害,以至于造成地下室结构渗水,影响地下室结构使用功能,甚至危及工程安全性。

图6 增设路面板基本组合弯矩云图

图6 增设路面板基本组合弯矩云图

 

图7 增设路面板基本组合剪力云图

图7 增设路面板基本组合剪力云图

 

 

 

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