2023年《安全技术》之旧式砖烟筒的支护施工.docx

旧式砖烟筒的支护施工 （ 郭强 郭少先 范冬亮 张建军） 　　1.支护的原因 北京甜水园住宅小区二期工程，包括三栋地下2层、地上22层的塔楼及一座独立地下车库。总建筑面积70063.2m2。其西侧以团结湖第三中学东围墙为边线，围墙中心有一高约30m的旧式加固砖烟囱，其一半在第三中学院内，另一半在新建的施工现场内。经查，这座烟囱根底是一直径6.7m、埋深2.8m、厚500mm的圆形钢筋混凝土根底。烟囱根底东侧外边线距地下车库外墙水平距离仅2.5m。地下车库外墙进而深12.7m，比烟筒基底深了约10m。烟筒基底至地下车库外墙基底的夹角仅有12°8′。所以，地下车库开挖之前必须对这座旧式砖烟筒进行可靠支护，以保证地下车库的平安施工和烟筒的正常使用。 　　2.烟筒保护方案的选择 烟筒的西侧，即在第三中学院内的局部和烟道连接，在建筑红线以外，不属于施工区域，不做保护性处理。其东面紧靠深基坑，以围墙为界，环绕烟筒根底做半圈8根支撑桩。地下车库西侧外墙做护坡桩，该桩兼做地下车库外墙的永久性外模板，即地下车库墙外紧贴护坡桩。以烟筒为中心向南北两侧各6m范围内的护坡桩作加强处理。对着烟筒的3#、5#、7#、9#四根护坡桩和其对应的烟筒支撑桩用钢筋混凝土连梁拉结，形成刚构框架。护坡桩设两道预应力锚杆，共同受力，抵抗基坑开挖后的烟筒荷载侧压力（详见图1和图2），确保地下车库施工期间，这座旧式烟筒的平安使用。 　　 　　图1 工程平面示意图 　　 　　图2 工程剖面示意图 　　2.1烟囱根底支撑桩 距离烟筒根底边缘200mm，增设8根ф600钢筋混凝土支撑桩，桩顶标高与烟筒根底标高相同。桩长12.9m，嵌固深度2.9m，桩间距0.9m，配筋10ф20，箍筋ф6@200，混凝土强度C20。8根桩呈半圆环状均匀分布在烟筒根底东侧。在8根支撑桩顶部设600×400mm的冠梁。梁内配主筋上下各3ф20，箍筋ф6@200，混凝土强度同支撑桩。 　　2.2地下车库的护坡桩 考虑到烟囱处荷载和侧压力都较大，故在烟囱南北各6m范围内，采取一桩两锚的加固措施。 护坡桩采用桩径600mm，混凝土强度C20的灌注桩。桩顶标高2.8m、桩底标高17.3m，桩长14.5m，嵌固深度4.5m ,桩间距1.2m，配筋10ф20,箍筋ф8@200,固定筋ф16@2022。护坡桩顶设冠梁，其截面尺寸为600×400mm，配主筋3ф20+3ф20，箍筋ф8@200，混凝土强度与护坡桩相同。在3#、5#、7#、9#护坡桩上的冠梁设置连梁，与烟筒支撑桩上的冠梁相拉结，其截面尺寸同冠梁。 　　在冠梁和其下3.4m处分别各设一道预应力锚杆。第一道锚杆，自由段长5m，锚固段长15m，锚杆采用5根强度级别为1860MPa的фs15.2钢绞线，锚杆倾角15°。第二道锚杆设在冠梁下3.4m处，先固定一道用2根20#槽钢做成的腰梁（见图3）。然后制作第一道预应力锚杆，锚杆自由段长5m，锚固段长9m，锚杆采用3根强度级别为1860MPa的фs15.2钢绞线，锚杆倾角15°。 　　 　　图3 锚杆示意图 　　2.3桩间土的处理 护坡桩兼做地下车库混凝土外墙的永久性模板，且在其上作外贴防止层。护坡桩之间净空600mm的桩间土需做强化处理。基坑开挖时，桩间土宜于进行挖削，其深度为桩径的五分之一。桩间土外表用骑马钉固定铅丝网、抹1：2水泥砂浆，分层压实赶光，然后做防水层及防水保护层（见图4）。 　　 　　图4 防水层及保护层示意图 　　2.4烟筒支护计算 　　烟筒支护计算包括护坡桩、支撑桩和预应力锚杆的受力分析，采用了经典法和m法。内力分析如表1： 　　烟筒支护计算表 表1 　　 　　支护后的位移计算分析见表2： 　　预应力锚杆参数及受力分析表 表2 　　 　　预应力锚杆的参数和受力分析见表3 　　预应力锚杆参数及受力分析表 表3 　　 　　滑移面圆心坐标：x=4.235m，y=5.819m，半径R=11.825m。 　　整体稳定平安系数1.377，抗倾覆平安系数1.18，抗管涌平安系数3.98。 　　3.施工工艺及方法 根据场地工程地质条件及水文地质条件，场地地下水埋深10m左右，有很厚的砂层，常用灌注桩施工方法很难成孔。烟筒根底支撑桩和护坡桩采用了螺旋钻孔压浆成桩施工工艺。现场使用一台ZKL800长螺旋钻机施工。 　　3.1钻孔压浆成桩施工 　　钻孔压浆桩施工工艺流程如下 　　 　　3.2成孔及注浆 测放孔位后，长螺旋钻机就位，再次校核孔位，合格后开钻，并详细记录地层情况，钻出的土随时清理孔口以外。如果一次钻进不能到达设计深度时，可根据地层情况分两次钻进，注意第一次提钻深度应保证提钻后不塌孔。钻到设计深度后，稍稍向上提起钻头，然后连通钻杆上的注浆管与注浆泵，通过钻杆向孔底注浆，一边注浆一边提升钻杆，注浆到达塌孔高度以上1.0m左右后，迅速提出钻头至地面。同时测量孔深、孔径，合格后放入钢筋笼，并按事先计算好的比例投入碎石，补充水泥砂浆中的粗骨料。最后进行灌注商品混凝土工作。 　　3.3支撑桩和护坡桩的检测 由于烟筒支撑桩和护坡桩使用了钻孔压浆成桩施工工艺，桩身下部易塌孔区段采用后注粗骨料的方法，为检验其桩身完整性，现场使用SY-1型加速度传感器和RSM24FD型信号采集分析仪，应用“反射波法〞对桩体进行检测。用反射波的波形、相位、振幅、频率及波的到达时间等特征推定桩身混凝土的完整性、缺陷类型及位置。检测结果，Ⅰ类桩占到80%多，其余为Ⅱ类桩。符合烟筒支护方案的技术要求。 　　3.4冠梁和预应力锚杆施工 烟筒支撑桩和车库的护坡桩施工完结后，进行冠梁和预应力锚杆施工。先凿去支撑桩和护坡桩桩顶约600mm的浮浆段、调直桩顶露出的钢筋，保证桩顶钢筋进入冠梁后有足够的锚固长度。随后，进行预应力锚杆的成孔、注浆。在预应力锚杆钻HD-90锚杆机。钻孔开始前，现场测量并确定孔位、钻机角度，钻进成孔。钻孔完毕后，立即插入钢绞线和注浆管。注浆管应距离孔底约250mm。为使钢绞线居中，每2m设置一个钢制定位器，同时也保证钢绞线之间的间距。注浆采用直径20mm塑料管，注浆时使用小泵量缓慢注入，以保证水泥浆体的整体性。水泥强度等级为P.0.32.5，水灰比1：0.5，参入适当外加剂。为保证非锚固段能自由伸缩，锚杆的非锚固段使用塑料膜缠裹。注浆完毕后，启动锚杆钻机，退出跟进套管。当最后一根套管卸下时，对锚孔适当补浆，封堵锚孔孔口。此时，开始绑扎冠梁和联梁的钢筋、支设模板、两道冠梁和四道联梁同时灌注混凝土，确保冠梁和联梁的整体性，满足支护设计的构造和刚度要求。混凝土强度到达100%时，施加张拉应力（低于钢绞线强度级别的70%），然后用锚具锁定钢绞线。 　　4.工程监测 从烟筒支撑桩、护坡桩和两桩之间的连梁施工开始就对烟筒的变形、位移进行监测，直到预应力锚杆张拉、基坑开挖、地下结构完成、回填完毕，全过程均实施了监测。及时将现场监测所得的数据与设计值进行比较，并及时反响，实施信息化施工管理，命名施工组织得以优化，确保支护结构更加平安可靠和经济合理。 　　4.1监测工程 监测工程包括三方面的内容，支护结构的水平位移；烟筒本身位移、变形；周围建（构）筑物在沉降及水平位移。其中，最主要的是监测烟筒本身位移和变形，此项工作是在第一根烟筒支撑桩施工时就开始进行。支护结构的水平位移，是在护坡桩冠梁完成后监测其桩身位移和变形，此项工作是在第一根烟筒支撑施工时就开始进行。支护结构的张拉施工是重点监测时段。监测周围建（构）筑物的沉降及水平位移，是对烟筒位移和变形监测的一种辅助措施。综合各监测信息，预测、预控，确保烟筒支护平安。