混凝土胎膜理论配筋的优化.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：曹成（1988），男，汉族，湖北鄂州人，硕士研究生，中级，研究方向为岩土工程。-37-混凝土胎膜理论配筋的优化 曹 成 黄 聪 杨新宇 中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430014 摘要：摘要：如今在地下基础工程施工中，使用砖胎膜的主要目的是节约工程成本，大多都是使用在基础梁、承台之内，这些都是模板拆除不便时使用，且胎膜内壁是要求粉刷的，故不存在漏浆现象。而在一些深基坑承台中，考虑到工期等因素，侧膜往往采用现浇砼配钢筋网片来实现。本文通过模拟地下室外墙和矩形板两种模型进行计算，得出矩形板形式可以更好地节约钢筋用量，可取得一定的经济效益。关键词：关键词：胎膜；地下室外墙；矩形板；配筋 中图分类号：中图分类号：TU362 0 引言 随着建筑施工产业的发展，绿色施工课题也越来越广泛被应用到实际生产中1。在目前建筑行业之中，由于其效率高，施工周期短，故时常采用砖砌体代替模板施工2。在一些较深的基坑承台中，由于砖砌体砌筑效果不如砼浇筑直接且效率高，而且砼胎膜砌筑完成后类似于挡土墙结果，不仅施工方便、造价低，具有良好的工程效益3，因此在一定程度上可以采用砼胎膜进行施工。由于砖胎膜应用的普遍性，很多学者对此也做了相关的研究。刘万超4采用加筋土挡土墙的构想，给出了加筋土内外部土的稳定性的计算方法；周应兵、陈廷君等5基于极限分析理论分别计算能量耗散功率，得出结论与数值模拟结果相似；谢明星、郑俊杰等6采用FLAC3D软件建立有限差分数值模型，分析了有限挡土墙由静止状态向主动极限状态过渡的平衡过程;张颖、张磊7针对学校边坡的挡墙破坏现状，提出了坡顶卸载、坡脚加固的方法。林嘉鸿;肖少武等8运用预制板材胎膜，采用上下两块板材拼装的组合，解决了施工效率的问题，大大简化了成本，同时也保证了工程的质量;因此考虑到施工的高效性和适用性，现场我们针对较深基坑承台采取了砼胎膜代替砖胎膜进行施工，从而大大简化了施工周期流程，保证了施工质量及可操作性。1 工程概况 该工程位于深圳市光明新区公常路以北，康弘路以东，羌下二路以西，与东莞黄江接壤的猪婆山、猪公山周边区域。以猪公山、猪婆山为中心，分布有若干座无名山、东森驾校训练场及其车道、玄天上帝庙、工业园区、实践活动教育基地、民房、古墓等。拟建场地地势起伏较大，需经前期场地边坡支护施工及平整后方可施工。南侧公常路正在进行规划地铁施工。沿新陂头河两侧、猪公山与东部无名山之间低洼地带呈串珠状分布有鱼塘，后经场地整平，大部分鱼塘已被填埋，并修建水泥道路、建筑、驾校训练场等。本场地以高台地低丘陵地貌单元为主，山体周边第四系地层主要为坡积、残积形成。山麓低洼地带零星分布有冲洪积形成的地层。场地西北侧的猪婆山山麓紧邻新陂头河，为高台地低丘陵地貌单元与河流阶地地貌单元过渡地带，其分布有冲洪积、坡积、残积形成的地层。根据理工科组团一的地质勘察报告，土质的基本参数如下表所示。表 1 土质的基本参数 序号 指标名称 砂质粘性土 1 密度（KN/m3）19 2 粘聚力 c(MPa)23 3 内摩擦角（。）26 2 地下室底板模板选择 在施工过程中地下室承台模板、地梁模板、集水井模板、电梯井模板、底板四周侧模及外墙防水导墙模板等采用砖胎模，部分承台采用放坡的方法。地下室承台砖与混凝土胎膜施工时根据承台深度的大小来选取混凝土胎膜砌筑类型及厚度。3 土方开挖 土方开挖是基坑施工完成之后的开挖工程，涉及中国科技期刊数据库 工业 A-38-的范围主要是筏型基础、独立承台基础、集水坑等土方的开挖和外运。根据岩土勘察报告，本场地以高台地低丘陵地貌单元为主，山体周边第四系地层主要为坡积、残积形成。山麓低洼地带零星分布有冲洪积形成的地层。场地西北侧的猪婆山山麓紧邻新陂头河，为高台地低丘陵地貌单元与河流阶地地貌单元过渡地带，其分布有冲洪积、坡积、残积形成的地层。勘察期间，除部分钻孔未测到水位外，其余钻孔所测到的第四系孔隙潜水及基岩裂隙水稳定水位相差不大，场地内混合稳定水位深度为 2.1037.10m（高程为10.25111.63m）。第四系孔隙水为主要赋存于含砾粉质黏土、残积土层、全风化岩层中。其透水性、富水性较差，主要受大气降水降水补给，通过大气蒸发、渗透排泄。局部粉砂分布地段，易形成地下水富集水体，水量较大，但分布范围有限。根据设计要求，垫层为浇筑 100 厚 C20 素混凝土。基础（含筏形基础、旋挖灌注桩基础、承台）底部垫层厚度 100，每边扩出基础边缘 100mm。筏型基础、独立承台侧面采用混凝土实心砖（砌块 MU10，水泥砂浆M7.5），1：2 水泥砂浆抹面。基坑施工前应做好基坑开挖与支护的施工组织设计，充分考虑基坑开挖与地下水位变化引起的基坑内外土体的变形及对基础、桩和周围环境的影响。基坑开挖应严格按基坑支护设计进行，不得超挖，基坑周边施工荷载不得超出设计要求。当采用机械开挖基坑时，在接近设计标高时预留 200300mm 厚度的土层人工挖掘。土方开挖完成后应立即对基坑进行封闭，防止水浸和暴露，验槽合格后，应及时进行地下结构施工。对于特大基坑，宜分区分块挖至设计标高，分区分块及时浇筑垫层。地下工程施工时，地下水位应降至工程底部最低高程 500mm 以下。土方开挖需严格按基坑开挖方案施工。4 混凝土胎膜设计 混凝土墙膜采用 C20 砼浇筑，模板厚度为 15mm，对拉螺栓为 M14，间距为 450mm450mm,次楞木方为50mm100mm，间距为 200mm，主梁为双钢管，截面类型为483.0mm,间距为 500mm，详见模板设计立面图。基础底板里面设 2 根 C16mm 的钢筋，间距 300mm 与基础底板钢筋下铁绑扎相连，另端与直径 14mm 的对拉止水螺栓焊接相连，保证支撑侧膜的牢固性。其中砼胎膜内部每隔 3m 适当加钢管及一端可调支撑加固，沿深度方向从承台底起 1.5m 布置一道，以后每步距 1m 设置一道支撑。在外模设置剪刀撑和抛撑，抛撑固定端在边坡岩石处或钢筋锚固端处，以保证整体模板的稳定性。图 1 混凝土胎膜大样图 考虑到施工的安全性及高效性，本文采用地下室外墙及矩形板模型分别计算墙体配筋。为了简化计算，现考虑承台深度在1m,1.5m时，墙体厚度为 150mm，用 C20 混凝土浇筑时内配钢筋网片进行计算。由于理正软件可完成地下连续墙，水泥土墙、土钉墙的验算，包括钢筋混凝土构件配筋，且具有基坑真三维计算功能，可进行支护构件，内支撑，立柱，斜撑等整体协同计算，完成构件的位移、内力、配筋计算等等。图 2 胎膜立面图 图 3 砖胎膜平面布置图 5 按地下室外墙模型计算 为简化计算过程，取 3m 为一个计算单元，承台内沿长度方向须保证支撑牢固。土压力沿深度方向大致为三角形荷载（如图所示），整体计算单元可以等效为一个简支梁的形式。根据外墙及其支撑条件，按单中国科技期刊数据库 工业 A-39-块板计算。其中根据板的类型，可以采取弹性板进行计算。考虑砼胎膜上部的施工荷载，可取 3KN/m2,计算过程中将地面局部荷载换成填土当量土层厚度（承台内浇筑砼胎膜需将地下水位降至基底下至少 0.5m，不考虑地下水位的影响）。承台深度取 1.5m（最不利情况下计算），整体用理正软件按地下室外墙计算，其中考虑了计算地下水位以下的土压力，得出混凝土板配筋为 C4150 双层双向布置。图 4 砖胎膜计算简图 6 按矩形板模型计算 在同等条件下，取 3m 为一个计算单元，模型简化为计算跨度:Lx=3.000m，Ly=1.649m。沿深度方向取三角形荷载，该计算单元可以等效为一个双向板的形式。根据板及其支撑条件，按双向板计算，板的支撑方式为上边为自由端、下端及左右两端均为简支（简化处理）。考虑砼胎膜上部的施工荷载，可取 3KN/m2,计算过程中将地面局部荷载换成填土当量土层厚度（承台内浇筑砼胎膜需将地下水位降至基底下至少0.5m，不考虑地下水位的影响）。承台深度取 1.5m（最不利情况下计算），整体用理正软件按矩形板计算，得出混凝土板配筋为 C4150 单层双向布置。图 5 砖胎膜计算应力分布图 7 混凝土胎膜的施工 在施工时，应按照沿长度方向每隔 3m 布置一根构造柱，内配纵筋 4C14，箍筋为 6200 布置。混凝土墙膜采用 C20 砼浇筑，模板厚度为 15mm，对拉螺栓为 M14，间距为 450mm450mm,次楞木方为 50mm100mm，间距为 200mm，主梁为双钢管，截面类型为 483.0mm,间距为 500mm，详见模板设计立面图，砼胎膜内部每隔3m 适当加钢管及一端可调支撑加固，沿深度方向从承台底起 1.5m 布置一道，以后每步距 1m 设置一道支撑，见内支撑大样图。图 6 模板设计立面图 图 7 深基坑内支撑大样图 8 混凝土胎模侧土体回填 承台、基础应采用素土可靠回填，且应分层夯实，每层厚度不大于 250（人工夯实）、300（机械夯实），并应防止损伤防水层，并按设计要求压实。当基坑或设备管沟等位于有特殊使用要求时（如市政）的范围内时，还应满足其相应的专业要求。其中混凝土胎膜高度超过 1500mm，必须增加固定支撑后方可进行回填。自卸运土车不能进入基础施工区域，以免压坏开挖好的基坑槽，必须用人工配合汽车吊从吊运至施工点，采用打夯机分层夯实。回填前应先清除基底上草皮、树根、坑穴中积水、淤泥和杂物，采取措施防止地表滞水流入填方区，浸泡地基，造成基土下陷。9 排水措施 土方及地下室施工期间，为防雨水对基坑的冲刷中国科技期刊数据库 工业 A-40-浸泡，造成塌方、泥浆污染及基坑积水，应做好排水措施。在基坑底，沿底板外围用砖砌排水沟和集水井。土方开挖过程中应注意到，临时道路留设时，要满足：便于机动车辆的行驶和回旋半径；路基不易受到塌方和雨水浸泡的危胁：应尽可能避开承台的要求，以利各方施工。组织技术交底，向班组进行技术操作和质量标准的交底工作；严格按设计图、施工方案和施工规范等组织指导施工；砖胎模砌筑前，复核结构截面尺寸、标高；砌筑砖胎模时,基坑周边必须做好防护，预防砖胎模垮塌；及时排清基坑积水，避免基坑长期浸泡。若砖胎模有裂隙，应作必要的填补，必要时拆除重新砌筑。10 结论 经过对比得出，在同等条件下矩形板计算出的配筋的钢筋量比地下室外墙模型减少约 50%，因此从经济实用及施工安全方面考虑，为了较少地下水土压力的影响，承台开挖前须保证降水位在承台底 0.5m 以下。因此在地下承台墙膜施工时，可采用双向板模型进行计算，可取得一定的经济效益，与此同时须保证承台在回填时支撑加固到位，保证承台外侧回填安全施工。参考文献 1王志.预制砖胎膜的工程应用及分析J.四川建材,2016,42(02):251-252.2刘勇利.建筑工程中 HZ 预制砖胎膜的施工方法J.江西建材,2017(10):94-98.3常亮.高路基加筋土挡墙施工方法及其工程应用J.四川建筑,2019,39(02):315-317.4刘万超.加筋土挡土墙在某海外工程中的应用J.有色冶金节能,2019,35(02):50-53.5周应兵,陈廷君,刘大伟,郭瑞,肖世国.加筋重力式挡土墙主动土压力的上限分析方法J.铁道建筑,2019,59(04):99-102.6谢明星,郑俊杰,曹文昭,苗晨曦.有限填土路堤挡土墙主动土压力研究J.华中科技大学学报(自然科学版),2019,47(02):1-6.7张颖,张磊.某学校边坡挡土墙破坏分析及加固J.山西建筑,2019,45(06):61-62.