河南醫科大學第一附屬醫院新病房樓工程,在建設過程中,由于甲方要求,為了加強整體效果,在已施工完畢的屋頂上增加30m高的鐵塔,由于鐵塔荷載較大,原設計也沒有考慮鐵塔相應荷載及基礎,故原設計不能滿足荷載要求,需對原屋面結構采取加固補強處理等措施。
一、 方案設計及使用范圍
根據現場情況和鐵塔支墩具體位置,由設計院出具鐵塔支墩的加固補強圖,具體對支墩下的梁及墻采取加固措施,支墩下原設計為剪力墻的采取對增加的支墩柱豎向筋用植筋技術錨入墻內(詳見附圖A.B.C剖面)。支墩下原設計為框架梁的需從下一層剪力墻為起點增加一層支墩柱,墩柱箍筋遇梁時采用植筋錨固技術。本工程植筋鋼筋直徑有Φ14、Φ22、Φ25三種;植筋采用取蕊鉆孔的方法。結構膠粘結,具體方案詳見附圖。在此僅論述植筋錨固技術的應用,其他部分不再論述。
MLJ結構膠的特點:使用安裝方便快捷,施放位置準確;錨固力大,抗震性能好,破壞狀態為錨固端砼開裂或鋼筋變形,無拔出現象;結構膠可以快速固化,可實現快速承載;水平及垂直孔均易施工,并能保證孔內充滿膠。
結構膠的性能以環氧樹脂為主劑,其優點如下:
環氧樹脂具有很高的膠粘性,對金屬、砼、陶瓷、玻璃等大多數材料均具有很高的粘結力。
環氧樹脂由良好的工藝性,可根據需要配制成很綢的膏狀或很稀的灌漿材料,固化時間可根據需要進行適當調整,儲存性能穩定。
固化的環氧樹脂由良好的物理、機械性能,耐腐蝕性能好,固化收縮率小。
環氧樹脂材料來源廣,無毒。
結構膠的技術性能如下:
粘結拉伸強度>30.0Mpa;拉伸剪切強度>20.0Mpa;壓縮強度>50.0Mpa;彎曲強度>30.0Mpa;混合粘度(20℃時)<5000CP(不流淌);涂布量5-6㎏/㎡;適用時間(20℃時)>90min;硬化時間(20℃時)<3.0h。
使用范圍:可用于梁柱鋼筋生根,后加預埋件等以砼為基體的隱蔽工程錨固。
二、 植筋錨固技術參數選擇
目前對植筋錨固技術尚無規范標準,為此根據施工經驗和現場的實際情況,通過實驗確定植筋的孔徑、孔深;按設計要求和現場試驗,錨固技術參數如下:
序號 名稱 鋼筋直徑 鉆孔直徑 鉆孔深度(㎜) 備 注
1 水平鋼筋 14 25 梁寬
2 豎向鋼筋 22 32 500
3 豎向鋼筋 25 35 500
三、施工工藝流程
放線→材料準備→砼鑿面→機械成孔→清孔→結構膠配制→注膠→固化→試驗
四、施工方法
植筋錨固施工是在按要求已鑿毛的混凝土上用金剛石鉆機、電錘等機械設備,按選定的參數成孔,并對孔壁進行處理后,注入配制的結構膠,然后植入準備好的鋼筋,固化后達到植筋的要求。
1、材料準備
按設計要求及錨固參數,準備直徑Φ14、Φ22和Φ25㎜的鋼筋,應注意下料長度,鋼筋表面應采用鋼筋刷蘸5%濃度的鹽酸除銹,然后用清水沖洗晾干,用丙酮溶液去油。施工用的機械設備(金剛石鉆機、電錘、鼓風機等)檢查無故障,準備配制膠體的計量器皿、容器等。
2、鑿面
按設計要求的位置、寬度和高度,對梁側面、頂面及板面進行砼鑿面,要求鑿面輕錘、鑿毛,并去掉松散顆粒,且鑿面要用鋼絲刷凈,高壓水沖清洗干凈;以有利于新舊砼能夠可靠的連結,保證新舊結構的整體性和良好的抗震性。
3、成孔
對需要錨固鋼筋的地方彈線定位,并按已定孔位進行機械成孔;鉆孔深度,按照施工參數確定,滿足深度要求。鉆孔時,邊鉆邊取出砼,并用高壓鼓風機將孔內粉塵清出孔外。
4、清孔
對成孔進行高壓風處理,將孔內灰渣吹凈,用烤棒烤干,然后用丙酮清洗孔壁。
5、注膠植筋
MLJ結構膠的配制嚴格按配合比值計量調配,攪拌時避免水進入容器,按同一方向攪拌,容器內不得有油污。調配時確保攪拌均勻、顏色一致,膠灌入孔內后將經處理的鋼筋插入孔內,按一定方向旋轉多次,以使樹脂與鋼筋和混凝土表面粘結密實,并臨時固定,在常溫下24h左右便可受力使用。
6、固化
7d后結構膠完全固化,進行拉拔試驗(無損傷檢驗),試驗值達到設計要求后卸荷。注膠48h后方可進行下道工序施工,48h內不得對鋼筋有任何擾動。
7、成型
植筋完成符合要求后,再進行其它工序—鋼筋綁扎、焊接、模板支設和砼澆筑工作;在砼澆筑時嚴格按 澆筑方式施工;同時要保證預埋件和錨栓位置的準確、可靠。
五、施工操作要點及注意事項
1、植筋錨固的關鍵是清孔??變惹謇聿桓蓛艋蚩變瘸睗窬鶗δz與混凝土的粘結產生不利影響,使其無法達到設計的粘結強度,影響錨固質量。
2、確定合理的錨固參數,例如鉆孔直徑、深度。
3、膠體配制時計量必須準確,否則膠體凝結的時間不好控制,甚至會造成膠體凝結固化后收縮,粘結強度降低;膠體配制好后應立即放入孔內。
4、注膠量要掌握準確,不能過多也不能過少。過多,插入鋼筋時漏出。造成浪費或污染;過少則膠體不夠滿,造成粘結強度不夠。
5、插入鋼筋時要注意向一個方向旋轉,且要邊旋轉邊插入,以使膠體與鋼筋充分粘結。
6、在施工前應對膠體的粘結強度以及膠與鋼和膠與混凝土的粘結強度進行試驗,滿足設計及規范要求后方可施工。
7、施工完畢后,抽樣進行拉拔試驗,檢驗拔力為每根鋼筋強度設計值的80%.具體試驗結果詳見附件。
8、鉆孔前,應先對原結構中鋼筋位置進行測定,以免鉆孔時對原結構鋼筋造成損傷。
六、質量要求
MLJ結構膠必須有檢驗報告,必須掌握其相應的技術參數,實現確定鉆孔直徑、鉆孔深度及鋼筋外露長度必須滿足設計要求,鋼筋間距應符合設計及相應的驗收標準。
七、安全要求
施工操作應嚴格按照安全操作規程核安全技術條例規定,手持沖擊鉆時必須穿絕緣鞋、戴絕緣手套;高空鉆孔時,應搭設腳手架,并設操作平臺,做好安全防護工作。
八、實施效果
本工程實施植筋錨固技術,省時省工、工序少、工效高、操作方便、節約資金,保證了屋面鐵塔的順利施工,且滿足要求,產生較好的綜合效益,更重要的是錨固性能、質量能夠保證,同時也為錨固植筋,結構加固等方面積累了一定的經驗,經過一年的使用,目前使用情況一切正常,效果良好。
3、基坑開挖
由于挖深大而支撐層數多,根據本地下室的特點,經綜合考慮,決定采用的挖土方案為:
(1)以挖土機為主,充分利用中間沒有支撐結構的部分(前期作為挖土操 作平臺,后期作為挖土機械的作業區);
(2)由于上下層支撐間距小,需大量使用人工挖土;
(3)后期利用第一道支撐在其上搭設鋼構平臺,利用輕型的22m 臂長抓土機及9m臂長挖土機在平臺上作業,配合克林吊在基坑四周抓土;
(4)每道支撐按結構分區施工,挖土同樣分區開挖,對于靠近地鐵的鋼筋混凝土支撐, 特別強調需在支撐位置挖土完成后48h內澆搗完成。同時為提高支撐早期強度及縮短工期,在支撐砼內使用早強劑。
基坑土方開挖的原則是“先支撐后開挖,分層分區開挖。”在監測數據的指導下將基坑土體分5層施工作業:第1層自北向南,大面積后退挖土,并及時將土運走, 陸續構筑第1道鋼筋混凝土支撐;第2層挖土時,需待第一道支撐砼強度達到70%,并按平面對稱劃分6個區按分區進行挖土,及時按區構筑第2道鋼筋混凝土支 撐;在第2道支撐達到70%強度時進行第3層挖土,利用中區土平以臺作挖運平臺,同樣按分區進行挖土,及時性地構筑第3道鋼筋混凝土支撐;第3道支撐達到 70%強度時進行第4層挖土,還是利用中部挖運平臺,分區進行基坑土挖運,當南向裙樓底板標高達到,則先清理該項部分基底及時澆搗該部分底板,再陸續構筑 第4道支撐;在第4道支撐砼強度達到70%時,進行第5層挖土施工,在第1道支撐上搭設鋼平臺,將中區土平臺挖除,并利用克林吊在基坑四周配合抓土,加快 挖土進度,當基底標高達到時及時清理澆搗西側、北側兩塊地庫底板,再陸續構筑電梯井部分的第5道支撐,同樣電梯井部分基坑土挖運及底板澆筑同上方法施工。
4、施工監測
為盡可能減少基坑挖土對基坑圍護結構及其周圍環境(特別是地鐵)造成的不利影響,及時掌握的工作情況,確保施工安全,在整個施工中實施信息化監測施工。在 地下連續墻內埋設測斜管以監測各種情況下墻體的側向變形,并在地下連續墻背后埋設土壓力盒;在每道支撐內沿軸向埋設鋼筋應力傳感器以監測支撐軸力的變化; 在地鐵上行線隧道內設置準測點以監測地鐵隧道的水平位移、垂直沉降變化;另外,對四周環境及地下管線也進行沉降觀測。
4.1 實測情況
根據實測數據,基本上可以分為4個階段:開始挖土至完成第2道支撐底挖土;至第3道支撐完成;至第4道支撐完成;至底板澆筑完成。
(1)地下連續墻的位移 實測結果表明,地下連續墻的最大位移都集中出現在第3階段。整個地下連續墻出現的最大位移位于沿黃陂路一側(西側)的I14號測管(第3階段,41.3mm),沿淮海路(臨近地鐵即北側)一側是19.2mm( I16號測管,第3階段)。其結果與相鄰的北塊相似,淮海路一側連續墻變形較小,有利于控制地鐵隧道的水平位移。
沿淮海路連續墻變形小的原因是由于地鐵隧道施工時曾對地基土進行了加固處理,同時亦因香港廣場北塊與南塊同時施工,處于對稱平衡狀態。
(2)地下連續墻后土體的位移 根據實測數據,可以歸納出這樣的一個規律:連續墻與其后土體位移的變化規律是一致的,而數值上則是土體大于連續墻。整個基坑出現的最大墻后土體位移與連續墻一樣,位于沿黃陂路55.5mm(與I14緊鄰的E11孔,第3階段),而沿淮海路一側的最大土體位移則是34.8mm(與 15相鄰的E10孔,第3階段)。
(3)支撐軸力 第1道支撐在第1、2、5層挖土時其軸力值較高,均在4000kN上下,而在下面每道支撐完成時(第2、3、4道)均會顯示其軸力監測值下降(降至2200~3500kN)。
第2道支撐軸力在5500kN左右,第3道支撐軸力則為5000kN上下。所監測到的軸力較為穩定、合理,其值均小于設計值。也就是支護結構安全穩定,確保了圍護結構連續墻的位移在預想的允許值內。
(4)地鐵隧道內監測 經測試,隧道的最大沉降值,施工的第1階段為-2.1mm,第2階段為2.29mm,第3階段為6.07mm,第4階段為 4.20mm(至完成地下室底板時沉降觀測值為-0.4mm)。在地下室底板完成后沉降量趨于漸小,2個月后其沉降觀測值已接近于開挖前的數值;隧道的最 大水平位移值,施工的第1階段為-0.5mm,第2階段為-3.0mm,第3階段為-6.5mm,第4階段達到-8.5mm.在地庫底板完成后,由于土體的滯后變形,隧道的水平位移仍有微量的增加,但同沉降值一樣很快就趨于很小。其沉降及水平位移值均小于地鐵公司的報警值(沉降10mm、水平20mm)。
4.2 對測試結果的體會
(1)地下連續墻在整個施工過程中變化較小,說明圍護及支護結構體系穩定性好,因而整個施工對周圍建(構)筑物及管線等的影響較小。
(2)連續墻與其后土體水平位移相匹配,土體位移值較大;土體沉降值隨層深增加而變小,下部深層土體有上抬趨勢,與地鐵隧道后期上抬相吻。
(3)鄰近建筑物通過觀測,其傾斜約為1.5/2000,傾角0.043°,傾斜甚小,說明基坑開挖引起的不均衡沉降較小。
(4)隨著基坑的開挖施工,鄰近的地鐵隧道開始時下沉,后期則上抬。這是由于前期基坑上部周邊土體側移而后期則因淺層土體側移較大而形成應力釋放,促使隧道上抬。相信待地下室工程完成后,則地鐵隧道將逐漸恢復常態。
(5)由于基坑緊鄰地鐵隧道,盡管隧道的位移值是控制的最重要目標,但基坑連續墻及其后土體的位移與隧道密切相關,故而它們都應同時作為監測的重要項目。
5、結語
通過采取所述措施,某工程地下室施工順利完成,施工歷時180d,提前計劃工期20d,經驗收地下室工程達到優良,同時得到甲方的贊譽,贏得了良好的社會信譽和經濟效益。