代恒軍 鄒錦洲

(中冶南方城市建設(shè)工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430077)

0 引言

當(dāng)新建地鐵車站或淺埋隧道位處城市繁忙地帶，道路交通往往受其影響而無(wú)法正常運(yùn)行，為避免該情況，在確保一定交通流量的同時(shí)保證施工能夠順利進(jìn)行，常用到蓋挖逆作法。除市政設(shè)施建設(shè)以外，民用地下室施工也經(jīng)常用到蓋挖逆作法施工，以減少施工基坑暴露的時(shí)間，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響，并可盡快實(shí)施地面建(構(gòu))筑物。

蓋挖逆作法施工具有如下優(yōu)點(diǎn)：1)基坑底部土體穩(wěn)定，隆起小，施工安全；2)受蓋板水平支撐作用，圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊土體變形減小同時(shí)鄰近建筑、構(gòu)筑物安全得以保障；3)減少甚至取消內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，施工空間增大；4)減少基坑暴露時(shí)間，可盡快恢復(fù)路面功能；5)地面樓板施作完成后，可提供便利的施工作業(yè)空間。

蓋挖法于1951年首次應(yīng)用于加拿大多倫多地鐵施工中，20世紀(jì)60年代同樣被應(yīng)用于西班牙馬德里城市隧道建設(shè)，隨后世界多個(gè)城市采用蓋挖法進(jìn)行城市隧道的建設(shè)。1987年，我國(guó)首次將蓋挖法引入工程建設(shè)中，在哈爾濱成功完成哈爾濱果戈里地下商城兼人防工程，而后長(zhǎng)春、石家莊、延吉等城市在類似的地下商場(chǎng)兼人防設(shè)施建設(shè)中陸續(xù)采用蓋挖法施工。80年代末，國(guó)內(nèi)逐漸重視地下空間的有效利用，于1989年展開“地鐵蓋挖法技術(shù)”的研究課題，對(duì)蓋挖法的結(jié)構(gòu)形式、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及受力分析等問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)性的研究，并取得一系列具有指導(dǎo)意義的成果。90年代隨北京、上海等一線城市地鐵的大規(guī)模建設(shè)，蓋挖法得以廣泛運(yùn)用。經(jīng)多年工程實(shí)踐與理論研究，我國(guó)在蓋挖逆作法的施工工序、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、支承體系、蓋板類型等方面總結(jié)出豐厚的經(jīng)驗(yàn)與成果，并廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐。

姜斌、蔣桐、丁大鈞(1995)[1]建立了逆作法結(jié)構(gòu)整體計(jì)算模型，探討其計(jì)算方法，并與傳統(tǒng)計(jì)算方法進(jìn)行結(jié)果對(duì)比；丁偉達(dá),鄔偉民,祝涌年(1998)[2]基于恒積大廈工程對(duì)逆作法施工的結(jié)構(gòu)及支撐體系的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行總結(jié)；楊學(xué)林，施祖元，益德清(1999)[3]總結(jié)了逆作法結(jié)構(gòu)的豎向支撐體系和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法；錢稼茹，周棟梁，方小丹(2003)[4]介紹了鋼管混凝土柱—混凝土環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造和基本受力機(jī)理，并簡(jiǎn)要介紹了環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法。傅友東(2019)[5]總結(jié)了逆作法結(jié)構(gòu)的中間支撐柱的節(jié)點(diǎn)連接方法。

蓋挖逆作法基坑的設(shè)計(jì)主要包括支護(hù)結(jié)構(gòu)的選用及設(shè)計(jì)、豎向支承結(jié)構(gòu)(立柱及立柱樁)選型及構(gòu)造設(shè)計(jì)、先期地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、各關(guān)鍵連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造設(shè)計(jì)等。本文主要針對(duì)蓋挖逆作法中的梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行論述。

1 支承柱與梁節(jié)點(diǎn)作法

逆作法中一般將支護(hù)結(jié)構(gòu)的豎向支承系統(tǒng)與主體結(jié)構(gòu)的樁、柱相結(jié)合，鋼立柱插入底板以下的立柱樁構(gòu)成豎向支承系統(tǒng)。鋼立柱通常為角鋼格構(gòu)柱或鋼管混凝土柱，立柱樁可以采用鉆孔灌注樁或鋼管樁等形式，在施工結(jié)束后支承柱一般外包混凝土后作為主體地下室結(jié)構(gòu)柱的一部分，永久承受上部荷載，這種作法叫作“一柱一樁”。

一方面在逆作施工階段梁板重量以及其上的施工荷載要比順作法的臨時(shí)支撐大得多，另一方面結(jié)構(gòu)梁與鋼柱作為永久使用階段的部分構(gòu)件，需滿足正常使用階段的承載與構(gòu)造要求，因此地下結(jié)構(gòu)的梁與豎向支承柱的連接節(jié)點(diǎn)就顯得尤為重要。

地下結(jié)構(gòu)的梁和柱接頭常用作法如下：

1)當(dāng)支承柱為型鋼格構(gòu)柱時(shí)，宜采用鉆孔鋼筋連接法、傳力鋼板連接法以及梁側(cè)加腋法[6](如圖1所示)。

2)當(dāng)支承柱為鋼管或鋼管混凝土柱時(shí)，宜采用環(huán)梁法、傳力鋼板法以及雙梁節(jié)點(diǎn)等方法[7](如圖2～圖4所示)。

JGJ 432建筑工程逆作法技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)豎向支承柱的構(gòu)造要求如下[8]：

1)支承柱采用格構(gòu)柱時(shí)，其邊長(zhǎng)不宜小于420 mm；采用鋼管混凝土柱時(shí)，鋼管外徑不宜小于500 mm；2)需外包混凝土形成主體結(jié)構(gòu)框架柱的支承柱，內(nèi)置鋼骨的保護(hù)層厚度不宜小于150 mm，宜設(shè)置栓釘，保證其與外包混凝土結(jié)構(gòu)整體協(xié)同受力；3)支承柱鋼結(jié)構(gòu)的焊縫質(zhì)量和檢測(cè)要求應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，不宜在承載狀態(tài)下的支承柱表面上直接施焊；4)當(dāng)支承柱需現(xiàn)場(chǎng)多段拼接時(shí)，應(yīng)對(duì)拼接進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；5)支承柱穿基礎(chǔ)底板范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)置止水鋼板。

2 支承柱與梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

支承柱與梁的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需考慮兩種荷載的傳遞：1)梁端剪力傳遞；2)梁端彎矩傳遞。

對(duì)于梁端剪力的傳遞，主要是通過(guò)設(shè)置抗剪件(抗剪環(huán)或抗剪鋼牛腳)來(lái)實(shí)現(xiàn)，將混凝土梁與鋼支承柱之間的粘結(jié)作用作為安全儲(chǔ)備，設(shè)計(jì)時(shí)以抗剪件的作用力為主進(jìn)行抗剪驗(yàn)算。

常見的抗剪件有抗剪栓釘、抗剪環(huán)鋼筋或鋼板以及抗剪鋼牛腿(見圖5～圖7)。

單個(gè)圓柱頭栓釘?shù)目辜舫休d力設(shè)計(jì)值：

對(duì)于梁端彎矩傳遞，除環(huán)梁外，其他節(jié)點(diǎn)構(gòu)造作法能保證梁鋼筋的連續(xù)計(jì)算。對(duì)于框架梁梁端負(fù)彎矩，可將其分解為上部拉力與下部壓力，其中環(huán)梁上部環(huán)筋與樓板共同承擔(dān)其上部拉力，下部壓力由混凝土承擔(dān)并傳遞至支撐柱上。鋼筋混凝土環(huán)梁的配盤筋應(yīng)由計(jì)算確定，環(huán)梁的構(gòu)造應(yīng)符合如下規(guī)定[9]：1)框架梁應(yīng)低于環(huán)梁截面50 mm；2)框架梁寬度應(yīng)大于環(huán)梁截面寬度；3)框架梁縱向鋼筋應(yīng)伸入環(huán)梁內(nèi)部，其錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合GB 50010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定；4)環(huán)梁內(nèi)、外側(cè)應(yīng)設(shè)置直徑超過(guò)16 mm、間距小于150 mm的環(huán)向腰筋；5)環(huán)梁上、下環(huán)筋的截面面積，應(yīng)分別大于梁上、下縱筋截面面積的0.7倍；6)環(huán)梁應(yīng)按構(gòu)造設(shè)置直徑大于10 mm，外側(cè)間距不超過(guò)150 mm的箍筋。

3 結(jié)語(yǔ)

在國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究基礎(chǔ)上，根據(jù)以往工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)常用的支承柱與梁節(jié)點(diǎn)作法進(jìn)行了總結(jié)，列出了相關(guān)構(gòu)造要求與做法詳圖，并對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題進(jìn)行了說(shuō)明，為類似工程的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。