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        作業(yè)受限區(qū)深基坑大體積混凝土多工藝澆筑模擬和實(shí)踐

        2022-02-02 13:47:44王旭毅艾琦暘王四久郝黎明馬昕煦
        施工技術(shù)(中英文) 2022年23期
        關(guān)鍵詞:塔式起重多角度集料

        王旭毅,艾琦暘,王四久,郝黎明,馬昕煦

        (中國建筑第八工程局有限公司,上海 200122)

        1 工程概況

        本項(xiàng)目北側(cè)緊鄰某地鐵站出入口,且南北兩側(cè)為市政繁忙道路,現(xiàn)場南側(cè)施工車輛無法駛?cè)?,西?cè)某超高層項(xiàng)目同時(shí)進(jìn)行大體積混凝土澆筑。該項(xiàng)目場地狹小,僅能在內(nèi)支撐板和下基坑坡道旁布置卸料點(diǎn),T1塔樓地下室A區(qū)大底板分2次澆筑,第1次澆筑A1坑中坑區(qū)域,澆筑面積500m2,澆筑方量3 000m3;第2次澆筑面積為3 740m2,一次性澆筑量達(dá)13 000m3(見圖1)。大底板混凝土澆筑存在交通部署困難、場地狹小、澆筑面廣、澆筑量大、技術(shù)含量高等特點(diǎn)。

        圖1 大底板區(qū)域(單位:m2)

        2 重難點(diǎn)分析

        2.1 周圍交通復(fù)雜,場地狹小

        由于該項(xiàng)目周邊交通繁忙、場地狹窄,布料位置僅限于內(nèi)支撐頂板和北地塊南側(cè)下坡道旁,現(xiàn)場天泵布置及混凝土車輛行駛異常困難,短時(shí)間內(nèi)采用何種澆筑方案保證混凝土快速、連續(xù)高質(zhì)量澆筑是施工部署重點(diǎn)。

        2.2 工期要求緊

        本項(xiàng)目工期緊,通過倒排工期,第2次大底板一次性平均澆筑時(shí)速為270m3/h,采用傳統(tǒng)組合泵送或單一角度溜管與其他天泵、地泵組合的方式無法進(jìn)行全面覆蓋,或無法快速完成澆筑的工期要求。

        2.3 澆筑裝備安裝難度大

        A塔樓的施工進(jìn)度是整個(gè)項(xiàng)目的關(guān)鍵路線,溜管支撐體系在安裝施工方式和工序中對澆筑任務(wù)起決定性作用。

        3 施工工藝流程

        3.1 BIM配合確定部署方案和場地交通

        為滿足第2次大底板快速澆筑需求,結(jié)合場地條件、交通環(huán)境及西側(cè)同時(shí)施工的情況,通過BIM模擬場地情況,在內(nèi)支撐西北角1號卸料點(diǎn)布置1號天泵+1號溜管,在內(nèi)支撐東北角2號卸料點(diǎn)布置2號天泵+2號溜管,在基坑3號卸料點(diǎn)布置1,2號 2條溜槽。溜管設(shè)計(jì)時(shí)速為100m3/h,溜槽設(shè)計(jì)時(shí)速為50m3/h ,天泵設(shè)計(jì)時(shí)速為30m3/h,選用2套溜管、2套溜槽、2臺天泵的方案,總設(shè)計(jì)時(shí)速達(dá)360m3/h,滿足工期需求。

        溜管和溜槽的覆蓋半徑為15m,溜管、溜槽無法覆蓋到的部位,采用天泵進(jìn)行澆筑,覆蓋半徑為45,50m(見圖2)。同時(shí)對周邊交通管制、周邊項(xiàng)目施工進(jìn)度進(jìn)行研究,配合BIM模擬,布置各區(qū)域候車點(diǎn)位、卸料車進(jìn)出場路線、卸料點(diǎn)停車角度和數(shù)量、洗車卸料斗的位置,如東北角區(qū)域的配料罐車統(tǒng)一從東北門進(jìn),東北門和南門出;西北角區(qū)域的混凝土配料罐車統(tǒng)一從西北門進(jìn)出;基坑區(qū)域的混凝土配料罐車從東北門進(jìn)、南門出。BIM為整個(gè)施工部署進(jìn)行可視化管理,充分體現(xiàn)BIM的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度效率最大化,為混凝土澆筑夯實(shí)基礎(chǔ)。

        圖2 混凝土澆筑施工部署

        3.2 多角度溜管+溜槽+天泵綜合澆筑技術(shù)

        大地板A區(qū)東西長約 76m,南北長 50m,根據(jù)現(xiàn)場情況,利用現(xiàn)有工程樁作為溜管支撐架體支撐點(diǎn)傳遞荷載,通過樁位反推溜管支撐點(diǎn)位布置。

        為加快施工進(jìn)度,將塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)在底板底筋搭設(shè)完成后,搭設(shè)面筋前,插入安裝施工,設(shè)計(jì)出跨度達(dá)17m長的主鋼管和多角度溜管組合(24°+60°+24°)方案,通過設(shè)計(jì)方案對比,確保最大澆筑范圍覆蓋。對比單一角度和L形傳統(tǒng)方案,節(jié)約塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)數(shù)量,同時(shí)避免L形溜管鋼彎管砸穿問題。

        通過設(shè)計(jì)方案建立溜管支撐架整體模型,并進(jìn)行桿件受力計(jì)算分析,驗(yàn)證多角度溜管方案滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。整體計(jì)算模型如圖3所示。強(qiáng)度、穩(wěn)定應(yīng)力比如圖4所示。

        圖4 強(qiáng)度、穩(wěn)定應(yīng)力比

        溜管系統(tǒng)根據(jù)場地大小和深度進(jìn)行布置,溜管系統(tǒng)由卸料斗、溜管主管、集料斗、支架、頂部操作臺、短溜槽組成。溜管左右布料,溜槽旋轉(zhuǎn)布料,溜管支架采用 1 800mm×1 800mm×2 800mm 塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)制作?,F(xiàn)場布置 2 套溜管,每套溜管對應(yīng)設(shè)置若干開放式溜槽,采用 5mm 厚鐵皮、木方或鋼管制作,加工成3~6m長,滿足現(xiàn)場工人移動(dòng)要求。

        溜槽系統(tǒng)由卸料斗、溜槽、支架組成,溜槽架設(shè)角度為17°。溜槽使用鋼材或塑料管,沿管側(cè)面一切為二,每段長 6m和3m ,溜槽尺寸為600mm×400mm。卸料斗使用 4mm 厚鋼板加工而成,寬1 500mm、長 2 000mm,下料口高 1.2~1.5m。4條支腿使用└100×4,將膨脹螺栓固定于平臺混凝土基礎(chǔ)上。一個(gè)卸料斗可同時(shí)滿足2輛混凝土運(yùn)輸車卸料(見圖5)。

        圖5 BIM溜槽效果

        在東、西北內(nèi)支撐頂各布置1臺天泵,澆筑溜管和溜槽覆蓋不到的區(qū)域,同時(shí)在溜管清洗或堵管的情況下,實(shí)現(xiàn)不停歇施工。

        3.3 溜管裝置安裝技術(shù)

        該溜管安裝技術(shù)主要針對承臺樁作為底板基礎(chǔ),溜管支撐架體通過工程樁基礎(chǔ)受力承受荷載實(shí)現(xiàn)溜管搭設(shè)澆筑。

        施工安裝工序如下:定位放線→焊接臺架基礎(chǔ)與樁筋→安裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)→安裝垂直立管和布料管→頂部自制操作臺架和多閥可控集料斗→焊接集料裝置并連接支溜管→安裝集料裝置間主溜管→安裝支溜管彎頭→安裝入料斗→潤管→放料→布料(見圖6)。

        圖6 溜管安裝工藝流程效果

        鋪設(shè)大底板底筋后,面筋鋪設(shè)前安裝塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié),溜管首先安裝底部標(biāo)準(zhǔn)節(jié),從下往上安裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)以增加安裝高度,塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)基礎(chǔ)尺寸為2 500mm×2 500mm×100mm,為保證標(biāo)準(zhǔn)節(jié)支架整體穩(wěn)定,采用φ20鋼筋焊接塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和樁頭鋼筋,同時(shí)在塔式起重機(jī)四角采用φ25 鋼筋以45°角焊接在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高 1 400mm處。此外,為防止塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)傾覆,綁扎完底板面鋼筋后,立即安裝上部溜管。安裝過程中需確保標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝水平度和垂直度偏差≤1°。溜管標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝如圖7所示。

        圖7 溜管標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝

        操作臺尺寸為 2 600mm×1 800mm×900mm,方鋼為50mm×50mm×5mm,底板鋪花紋鋼板為 2mm 厚。多閥集料斗尺寸為 1 200mm×850mm×800mm,鋼板厚4mm,施工作業(yè)人員可上操作平臺開關(guān)鋼板閥。

        安裝直徑(內(nèi)徑)365mm、壁厚10mm的Q235鋼管支管和彎管滿足設(shè)計(jì)鋼管長度,主、支管采用多閥可控集料斗連接,多根支管可連接到同個(gè)多閥可控集料斗上,在多閥可控集料斗與不同支管連接處應(yīng)設(shè)置人工開關(guān)鋼板閥,施工作業(yè)人員可爬升至自制操作臺架上,通過控制各支管開關(guān)閥控制卸料方向。多閥可控集料斗如圖8所示。

        圖8 多閥可控集料斗

        標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間使用焊接連接,集料斗與操作臺、操作臺與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間滿焊連接,溜管間使用法蘭片或焊接連接,卸料斗、集料斗使用角鋼、鋼板焊接而成,使用E43焊條。

        最后焊接主支管和入料斗,入料斗使用 4mm 厚鋼板加工而成,寬 1 500mm、長 2 000mm,下料口高 1.2~1.5m。4條支腿使用└100×4,使用膨脹螺栓固定于平臺混凝土基礎(chǔ)上。一個(gè)卸料斗可同時(shí)滿足2輛混凝土運(yùn)輸車同時(shí)卸料。

        4 效果分析

        通過使用BIM模擬場地周圍環(huán)境、場地布置,合理布置溜管、溜槽和天泵位置,進(jìn)行多工藝連續(xù)澆筑,最終順利地在交通復(fù)雜的狹小場地實(shí)現(xiàn)30h完成混凝土澆筑,有利于大體積混凝土溫度和裂縫控制,對比傳統(tǒng)泵送組合方式,提高澆筑效率、節(jié)約成本。

        4.1 質(zhì)量保證

        1)采用溜管設(shè)計(jì)、溜管+溜槽+天泵綜合澆筑技術(shù),進(jìn)行多方位卸料點(diǎn)布置,避免混凝土出現(xiàn)冷縫。

        2)使用多角度溜管設(shè)計(jì)完成快速澆筑的同時(shí),應(yīng)防止混凝土深基坑下料速度過快發(fā)生離析,保證澆筑質(zhì)量。

        3)結(jié)合溜槽和天泵不停歇澆筑技術(shù),確保溜管在中途洗管或發(fā)生堵管的情況下,實(shí)現(xiàn)不間斷快速澆筑,保證大底板混凝土澆筑質(zhì)量。

        4)通過結(jié)合3種澆筑方式,全面覆蓋超深基坑大底板,一次性完成澆筑,保證大底板混凝土澆筑質(zhì)量。

        4.2 經(jīng)濟(jì)對比

        根據(jù)現(xiàn)場條件,對比多角度溜管+溜槽+天泵快速澆筑技術(shù)與傳統(tǒng)3臺天泵+2臺地泵的澆筑方式,具體經(jīng)濟(jì)效益分析如表1所示。

        表1 經(jīng)濟(jì)成本對比

        5 效果分析

        傳統(tǒng)深基坑大底板混凝土澆筑方式單一,如單角度溜管、溜槽、地泵、天泵中的1種或2種組合施工,常見天泵跟其他組合,此類工藝雖能滿足大底板澆筑需求,但通常存在澆筑時(shí)間長、澆筑質(zhì)量難以控制、成本投入高等缺點(diǎn)。本項(xiàng)目融合新技術(shù)、新裝備、信息化作為發(fā)展手段,采用基于BIM的溜管+溜槽+天泵綜合澆筑技術(shù),綜合工期、質(zhì)量、成本等功效,優(yōu)于傳統(tǒng)澆筑方法。

        深基坑大體積混凝土多閥可控多角度溜管+溜槽+天泵澆筑綜合施工技術(shù)的成功實(shí)施,為狹小空間大底板施工提供新的解決方法,施工技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平,該方法具有可復(fù)制性。

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