一种深基坑结构梁钢筋骨架模块化快速施工方法与流程

本发明属于结构梁钢筋施工技术领域，具体涉及一种深基坑结构梁钢筋骨架模块化快速施工方法。

背景技术：

传统深基坑结构梁钢筋施工方法是底板垫层及防水施工后，直接在坑底进行现场绑扎作业，需要架设临时支撑，预留人工操作空间，然后绑钢筋、落梁、调整及对位连接等。受围护结构及内支撑体系影响，坑内作业空间有限，传统施工方法存在以下不足：一是钢筋安装须在防水保护层达到一定强度后进行；二是现场钢筋安装时受工序之间交叉施工影响，底板部分钢筋需在梁体钢筋安装完成后进行，工序时间较长，无法快速完成底板混凝土浇筑，延长基坑暴露时间，增加安全隐患；三是现场钢筋安装质量低，钢筋间距、保护层、钢筋连接等精度难以控制；四是为满足底板下翻梁钢筋安装操作空间，沟槽开挖需加宽，造成混凝土浪费。综上所述，为确保基坑安全稳定，遵循“快速见底、快速封底”的基坑施工原则，必须加快底板结构梁钢筋工程施工，尽早完成底板钢筋绑扎、混凝土浇筑等作业。

技术实现要素：

为解决上述背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种深基坑结构梁钢筋骨架模块化快速施工方法，以加快深基坑结构梁施工进度、提高安全质量及节约施工成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种深基坑结构梁钢筋骨架模块化快速施工方法，包括如下步骤：

（1）结构梁钢筋骨架的节段划分：钢筋骨架预制前利用bim技术结合深基坑的围护结构及支撑体系实际位置关系建立三维实景模型，模拟结构梁钢筋骨架吊装拼装过程，合理的对结构梁钢筋骨架进行节段划分；

（2）结构梁钢筋骨架预制：完成预制胎架的拼装，通过预制胎架按步骤（1）中设计的结构梁钢筋骨架的节段进行预制结构梁钢筋骨架；

（3）结构梁钢筋骨架吊装：在结构梁钢筋骨架弯矩最小的地方设置吊点，保证结构梁钢筋骨架在最不利工况下变形最小，通过吊车转运结构梁钢筋骨架至基坑内；

（4）结构梁钢筋骨架下放和旋转：在基坑中将结构梁钢筋骨架下放至防水保护层上方5-10cm，使结构梁钢筋骨架悬空，人工辅助旋转，实现基坑内结构梁钢筋骨架精准定位；用bim技术模拟各节段结构梁钢筋骨架下放碰撞和旋转情况；

（5）结构梁钢筋骨架连接：结构梁钢筋骨架下放完成后，采用套筒将各节段进行连接。

进一步方案，步骤（1）中，所述深基坑有7层钢支撑，通过bim技术建立三维实景模型。

进一步方案，步骤（2）中，所述预制胎架包括胎架主体，所述胎架主体的顶部安装有操作平台；预制胎架还包括用于将材料运送至操作平台上的自动提升上料装置，以及用于调整结构梁钢筋尺寸的多组调节定位卡具；所述调节定位卡具包括固定安装在地面上的下层卡具和位于下层卡具上方的上层卡具，所述上层卡具与胎架主体拆卸式连接；所述下层卡具和上层卡具的顶面均卡接有主筋间距定位卡具。通过该预制胎架能够提前在地面上分节段预制结构梁钢筋骨架，不占用主线施工工期，实现深基坑结构梁钢筋骨架快速施工。同时提高安装精度，降低操作难度，且避免传统工艺底板下翻沟槽加宽开挖，造成的混凝土浪费，节约成本。

进一步方案，步骤（3）中，结构梁钢筋骨架吊装过程中同时采用midascivil结构计算软件计算得出各钢筋变形情况。

进一步方案，步骤（5）中，为保证各节段结构梁钢筋骨架连接顺利，在连接过程中，需要吊车配合人工，通过吊车起吊使结构梁钢筋骨架再次悬空，人工推动结构梁钢筋骨架侧边最终使其连接接头在同一直线上，最后由人工使用套筒扳手将套筒拧紧。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明提供的深基坑结构梁钢筋骨架模块化快速施工方法，首先利用bim技术结合深基坑的围护结构及支撑体系实际位置关系建立三维实景模型，模拟结构梁钢筋骨架吊装拼装过程，合理的对结构梁钢筋骨架进行节段划分，确保吊装顺利；同时通过预制胎架能够提前在地面上分节段预制结构梁钢筋骨架，不占用主线施工工期，实现深基坑结构梁钢筋骨架快速施工。同时提高安装精度，降低操作难度，且避免传统工艺底板下翻沟槽加宽开挖，造成的混凝土浪费，节约成本。有效地解决了深基坑有限空间内结构梁施工进度慢的问题，该方法具有操作简单，安全性好，工效高的特点，具有良好的社会效益和经济效益。

（2）本施工方法采取集中预制、按需生产、现场整体吊装、精准安装，体现了工程施工的工厂化、集约化、标准化、规范化，对缩短工期、提高质量、节约成本、降低基坑施工安全风险有着显著效益，具有广阔的推广价值。

附图说明

图1为结构梁钢筋骨架下放碰撞检查；

图2为预制胎架的主视图；

图3为预制胎架的左视图；

图4为自动提升上料装置的结构示意图；

图5为传输链条与挂钩连接结构示意图；

图6为下层卡具的结构示意图；

图7为上层卡具的结构示意图；

图8为结构梁钢筋骨架吊装变形检算图；

图9为结构梁钢筋骨架模型应力检算图；

附图标记：10-结构梁钢筋骨架，101-钢支撑，102-地下连续墙，103-钢支撑系梁，104-混凝土腰梁、105-混凝土支撑，1-胎架主体，2-操作平台，3-自动提升上料装置，4-下层卡具，401-底架，402-连接架，403-卡具卡扣，404-下支撑架，405-上支撑架，406-第一定位孔，407-第二定位孔，408-调节螺栓，409-加强杆，5-上层卡具，501-插销孔，502-插销，6-主筋间距定位卡具，7-驱动电机，8-驱动轴，9-传输链条，11-主动链轮，12-从动链轮，13-驱动链条，14-挂钩，15-安全爬梯，16-防护板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

工程背景：杭州至海宁城际铁路工程为浙江省首批ppp示范项目，余杭高铁站为全线规模最大的地下三层车站，主体基坑外包总长458m，标准段宽度22.1m，最大开挖深度30m，设八层内支撑，安全等级为一级。主体基坑周边环境复杂，车站基坑东侧临近已运营的杭州地铁1号线，距离1号线的车站最近31m，距离1号线区间最近43.5m；北侧大里程临近东湖地下停车场，距离2.5m；北侧小里程为人工湖；南侧为沪杭高铁，距离站房约140m，施工对基坑变形控制要求高。基坑所处地质主要位于粘质粉土，粉砂，粉质黏土夹粉土，细砂、圆砾土。承压水主要赋存于细砂层、圆砾层，粉质黏土夹粉土、粉质黏土构成相对隔水层，承压水水头为地面以下6m；潜水水位埋藏较浅（地面下0.5m），基坑见底后需快速封底，降低基坑突涌、基底隆起等风险。车站主体基坑土方27.5万方，结构混凝土约5.7万方，总工期1年，工期紧张。

一种深基坑结构梁钢筋骨架模块化快速施工方法，包括如下步骤：

（1）结构梁钢筋骨架的节段划分：钢筋骨架预制前利用bim技术结合基坑的围护结构及支撑体系实际位置关系建立三维实景模型，模拟结构梁钢筋骨架吊装拼装过程，以合理的对结构梁钢筋骨架进行节段划分，确保吊装顺利。如图1所示（图中距离单位：mm），结构梁钢筋骨架10在下放过程中受钢支撑101、地下连续墙102、钢支撑系梁103、混凝土腰梁104、混凝土支撑105等结构的影响，在基坑见底前需要对预制的结构梁钢筋骨架进行节段优化设计；本实施例中深基坑有7层钢支撑，通过bim技术建立三维实景模型，此次选取的钢支撑间距3米，地下连续墙与系梁间距9.5米；结构梁钢筋骨架的节段划分的长度分别为6.8米、7米、5.5米、6米、6米、6.8米、8米、8米、6米、6米，宽度均为1.2米。

（2）结构梁钢筋骨架预制：完成预制胎架的拼装，通过预制胎架按步骤（1）中设计的结构梁钢筋骨架节段进行预制结构梁钢筋骨架。由于结构梁钢筋骨架在吊装过程中考虑结构自身变形及抗拔桩桩头钢筋冲突，在预制结构梁钢筋骨架时两端各预留1m范围内的箍筋现场绑扎。

所述预制胎架的结构如图2-7所示：预制胎架包括胎架主体1，所述胎架主体1的顶部安装有操作平台2，还包括用于将材料运送至操作平台上的自动提升上料装置3，以及用于调整结构梁钢筋尺寸的多组调节定位卡具；调节定位卡具包括固定安装在地面上的下层卡具4和位于下层卡具4上方的上层卡具5，上层卡具5与胎架主体1拆卸式连接；下层卡具4和上层卡具5的顶面均卡接有主筋间距定位卡具6。所述上层卡具5的两端开设有插销孔501，插销孔501内穿设有插销502；上层卡具5通过插销502与胎架主体1拆卸式连接。操作平台2的顶面周侧安装有防护板16。通过在操作平台1的顶面周侧安装防护板16，可以防止意外情况的发生，提高施工人员的人身安全。胎架主体1的周侧安装有安全爬梯15，安全爬梯为人员上下通道，便于施工。

如图4-5所示，自动提升上料装置3包括驱动电机7、驱动轴8、三组链轮组和传输链条9；其中：驱动电机7的输出轴通过驱动链条14与驱动轴8传动连接；驱动轴8的两端与胎架主体1转动连接；链轮组包括固定安装在驱动轴8上的主动链轮11和固定安装在胎架主体1顶部的从动链轮12；所述主动链轮11与从动链轮12通过传输链条9啮合；传输链条9上固接有挂钩14。通过自动提升上料装置3将材料运送至操作平台上。

如图6-7所示，下层卡具4包括底架401，底架401顶部垂直于底架401对称安装有高度能够调节的支撑架，支撑架的顶部固接有连接架402；所述连接架402与主筋间距定位卡具6通过卡具卡扣403卡接。支撑架包括套设连接的下支撑架404和上支撑架405；下支撑架404为中空结构，且沿其长度方向开设有第一定位孔406，上支撑架405沿其长度方向开设有与第一定位孔406相适配的第二定位孔407；第一定位孔406和第二定位孔407通过调节螺栓408连接。进一步优选的，上支撑架405的上部安装有加强杆409。通过加强杆409可以加强支撑架的稳定性，使下层卡具更加牢固。施工过程中，通过更换、调整主筋间距定位卡具6适应不同梁宽、梁长，通过调整支撑架的高度适应不同梁高，从而能够精确定位主筋、箍筋、构造筋，确保预制钢筋骨架质量合格。

作业前，操作人员须对胎架进行全面检查后，人工辅助将钢筋放置在传输链条9的挂钩14位置；然后启动驱动电机7，驱动电机7带动驱动轴8转动，驱动轴8带动链轮组动作，进而传输链条9转动，带动挂钩14移动，从而将钢筋运至胎架顶面的操作平台2上，自动卸料后，通过人工抬放将钢筋移动至调节定位卡具内；重复完成钢筋上料工序，直至满足预制节段钢筋数量的要求。待钢筋笼钢筋上完后，关闭驱动电机，停止上料。在胎架上将结构梁钢筋骨架绑扎成形，绑扎完毕后，拔出上层卡具5两端的插销502，自由下放后，吊出结构梁钢筋骨架至存放平台。然后再重复上述步骤预制下一节段结构梁钢筋骨架。结构梁钢筋骨架预制完后，清理胎架零星材料及适用工具。关闭电源，做好电机、开关防雨措施，方可人员离开。

（3）结构梁钢筋骨架吊装：单个结构梁钢筋骨架采用4点起吊，以最大结构梁钢筋骨架1.2×8米为例，第一排吊点在端头2.5米位置，第二排吊点在5.5米位置，横向吊点分别在0.4米位置及0.8米位置；同时采用midascivil结构计算软件计算得出结构梁钢筋骨架变形情况，如图8-9所示，起吊过程中结构梁钢筋骨架最大变形量为7mm（见图8），最大应力值为179n/mm²（见图9）。根据单次结构梁钢筋骨架吊装重量，选用合适的吊车，在结构梁钢筋骨架弯矩最小的地方设置吊点，保证结构梁钢筋骨架在最不利工况下变形最小。

（4）结构梁钢筋骨架下放和旋转：结构梁钢筋骨架下放前，用bim技术模拟各节段结构梁钢筋骨架下放碰撞和旋转情况；模拟完成后，通过吊车将结构梁钢筋骨架下放至防水保护层上方5-10cm，使结构梁钢筋骨架悬空，人工辅助旋转，实现基坑内结构梁钢筋骨架精准定位；

（5）结构梁钢筋骨架连接：为保证各节段结构梁钢筋骨架连接顺利，在连接过程中，需要吊车配合人工，通过吊车起吊使结构梁钢筋骨架再次悬空，人工推动结构梁钢筋骨架侧边最终使其连接接头在同一直线上，最后由人工使用套筒扳手将套筒拧紧。