原有结构底板上超厚新底板续建施工工法.docx
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原有结构底板上超厚新底板续建施工工法
原结构底板上超厚新底板施工工法
1.前言
随着我国经济建设的快速发展，城市人口越来越密集，超高层建筑不断涌现。
在超高层建设过程中，一些工程由于设计变更、资金状况等一系列因素致使原有工程停滞，而新建筑又不得不在原有的建筑基础上续建。
原有结构底板由于钢筋混凝土体量大，极难拆除，若拆除势必会造成过多的建筑垃圾，不符合国家倡导的绿色施工的要求。
因此，在施工中要尽可能的利用原有结构底板，并在其上浇筑新底板。
但是，原有底板上超厚新底板施工工艺复杂，施工难度大，国内尚无可借鉴的工程案例。
本工法是对厦门国际中心工程（原厦门邮电通信枢纽大厦的续建工程）的成功经验总结而成，施工工艺先进、技术含量高，解决了新老结构连接、半嵌入式外框钢柱脚安装、新底板暗梁钢筋施工、柱脚下纵筋箍筋与钢柱脚穿插施工等工程技术难题，填补了原结构底板上超厚新底板施工的技术空白，对超高层续建工程具有很强的借鉴示范作用。
本工法采用的钢锚板代换植筋技术于2014年6月4日获得国家实用新型专利，为“新基础结构与原基础结构的连接结构”（ZL201320833979.1）；钢柱脚支撑架设计于2014年6月4日获得国家实用新型专利，为“一种超高层大截面半埋入式密集锚筋钢柱脚定位支架”（ZL201320833980.4）。
2.工法特点
2.0.1本工法通过对原有结构底板剔凿开槽、植筋等方式，增强了新老底板连接和新底板抗滑移能力。
新底板钢筋密集，直径大，钢筋用量大，下料单根重量大，不易操作，施工难度大。
2.0.2对于半嵌入式的钢柱脚，在底板混凝土浇筑之前，柱脚下处于悬空状态，为便于柱脚的安装，本工法中采用了在钢柱脚下安装钢支撑架，起到支撑柱脚的作用；采用了在植筋中部设置了约束定位环板，有效的保证锚筋的垂直度。
2.0.3本工法采用多种抗裂缝措施，养护后的大体积混凝土无明显裂缝，提高了质量。
2.0.4本工法合理利用了原有底板，有效避免了大量建筑垃圾的产生，同时可缩短工期，降低成本。
3.适用范围
适用于原有结构已有基础底板的续建工程；对于超高层建筑建设选址，若原有结构有基础底板且拆除困难时，可参考本工法。
4.工艺原理
针对原有结构底板的特点，采用剔凿、开槽和植筋等措施加强其与新底板的连接。
钢柱脚定位安装通过钢支撑架安装固定、控制植筋垂直度的定位环板安装、柱脚下植筋与底板钢筋的交叉作业及钢柱脚的吊装就位等工序的优化，保证了钢柱脚的安装质量。
钢筋工程优化箍筋下料，保证柱脚的顺利安装及箍筋的绑扎；钢柱脚深化设计，开设穿筋孔，便于底部上部纵横向钢筋贯穿钢柱脚。
新基础底板厚超过5米，大体积混凝土浇筑工程量大，浇筑时间长，通过合理组织，保证混凝土浇筑及时、连续进行；采用低水化热水泥，分层浇筑，控制出料温度等措施，做好裂缝和内外温差控制，保证了大体积混凝土的浇筑质量。
5.工艺流程及操作要点
5.1施工流程
施工工艺流程图见图5.1-1。
图5.1-1原有底板上新底板施工流程图
5.2操作要点
5.2.1原有底板与新底板连接工艺
为保证柱脚区域外新建底板与原有结构底板结合面有效连接，本工法所述工艺柱脚区域外主要采用对原有结构底板表面进行切槽和植筋两种措施进行处理。
1、原有底板剔凿
由于场地条件、水等对剔槽施工的影响，采取分区施工作业，区域之间采用砖砌围堰进行分隔。
原有底板表面剔凿后形成纵横向凹槽，纵横向凹槽的起始定位线距剪力墙外边线100mm，具体尺寸详见图5.2.1-1、2、3所示。
图5.2.1-1纵横向凹槽平面图
图5.2.1-2纵横向凹槽起始定位线剖面图
图5.2.1-3纵横向凹槽起始定位线平面图
图5.2.1-4植筋截面示意图
2、原有底板与新底板结合处植筋
1）新老底板结合处植筋分不同区域施工，植筋截面示意见图5.2.1-4所示。
2）外框钢柱柱脚植筋。
外框钢柱尺寸大,内部植筋密集，植入原有底板深。
由于钢柱脚下锚筋密集，植筋过程中容易遇到柱脚下局部区域植筋受原结构底板竖向钢筋影响，无法进行钻孔。
然而，锚筋位置精度要求高，为保证柱脚的准确安装，必须对锚筋植入段进行处理，本工法采用钢锚板与代换植筋穿孔塞焊形式（ZL201320833979.1）进行局部处理，如下图5.2.1-5、6、7所示。
图5.2.1-5原植入方式
图5.2.1-6代换后植入方式
图5.2.1-7钢锚板模型图
5.2.2外框钢柱柱脚安装
因钢柱脚半嵌入埋入新底板,位于原有底板之上，处于悬空状态，钢柱脚施工自行设计支撑架（ZL201320833980.4）。
支撑架采用型钢焊接组成，其中立杆及顶层横杆采用热轧H型钢，下面两层横杆采用角钢，平台板和支撑架底板主要采用厚钢板。
1、支撑架柱脚底板安装。
支撑架的柱脚底板采用钢板，植入原有底板并与柱脚底板穿孔塞焊。
柱脚底板外边缘与支架型钢平行对正，中心与支架型钢中心重合，底板尺寸如图5.2.2-1、2所示。
图5.2.2-1支撑架柱脚底板平面图
图5.2.2-2支撑架柱脚底板立面图
2、支撑架安装。
钢柱脚支撑架四个角部框架由加工厂组拼完毕后运至现场，采用塔吊进行安装，四个角部的框架安装完成后，现场组拼角部框架间的连接杆，如下图5.2.2-3、4所示。
图5.2.2-3安装角部单元
图5.2.2-4安装连接杆
3、支撑架中部约束定位环板安装。
定位环板由两块零件构成，现场组拼成整体后，置放于钢支撑架环撑上。
定位环板采用厚钢板，其外形尺寸同钢柱脚底板尺寸，且环板内开具后植钢筋约束孔洞，其组装如图5.2.2-5、6所示。
图5.2.2-5定位环板组装
图5.2.2-6定位环板安装
4、钢柱脚安装。
采用塔吊吊装钢柱脚，柱脚吊装至后植钢筋上方时，应先悬停，将柱脚底板处的钢筋孔与后植钢筋对齐后，塔吊指挥发送缓慢降钩信号，使钢柱平稳就位，吊装如图5.2.2-7所示。
钢柱脚吊装完成就位后，用缆风绳对钢柱脚进行加固。
揽风绳上部拉设于柱顶耳板吊装孔内，下部固定于预埋于原有底板上的钢筋套环上，如图5.2.2-8所示。
为保证钢柱脚底板与后植钢筋尽可能可靠连接，均采用穿孔塞焊。
图5.2.2-7外框钢柱柱脚吊装
图5.2.2-8柱脚缆风绳固定
5.2.3钢筋工程
超高层续建工程超厚新底板钢筋工程一般分暗梁钢筋绑扎、底板钢筋绑扎、柱脚钢筋绑扎三部分，钢筋用量大，工序之间穿插复杂；整个大底板均属大直径钢筋施工，钢筋用量大，下料单根重量大，不易操作，施工难度大。
1、新底板钢筋绑扎。
超高层新底板一般厚度超厚，钢筋基本分上、中、下布设或多层布设，以四层钢筋为例介绍新底板钢筋绑扎工艺，配筋示意见图5.2.3-1。
图5.2.3-1新底板配筋示意图
新底板钢筋布设时，纵筋须精确定位，同时为了防止钢筋因混凝土浇筑而产生错位，本工法设计制作钢筋支撑架体。
钢筋支撑架体采用φ48钢管，钢管内灌注素混凝土，每根立杆下端设置细石混凝土垫块,同时考虑到局部钢筋卸料区域荷载集中，故在卸料区域立杆采用槽钢与钢管间隔支撑，与钢管焊接成整体，槽钢下部设钢板垫块确保平整度，钢筋支架平面见图5.2.3-2所示，局部支撑立面效果图如5.2.3-3所示。
图5.2.3-2钢筋支撑平面图
图5.2.3-3局部支撑立面效果图
底板钢筋机械连接接头采用Ⅱ级接头，接头百分率不大于50%，底板钢筋下部采用细石混凝土垫块，梅花状布置，确保保护层厚度满足设计及规范要求。
2、暗梁钢筋绑扎。
新底板较厚，一般设计有暗梁，为便于下层底板钢筋的绑扎及钢柱脚的安装，需对暗梁箍筋分两次安装，如图5.2.3-4、5所示。
暗梁钢筋绑扎剖面如图5.2.3-6所示。
图5.2.3-4箍筋样式及尺寸
图5.2.3-5U型箍筋摆放
图5.2.3-6暗梁钢筋绑扎剖面图
3、钢柱脚处钢筋绑扎。
由于钢柱脚嵌入新底板，底部顶部钢筋布设时，需贯穿钢管柱，故需对底部顶部钢筋进行合理排布，对钢管柱进行深化开孔，保证顶部钢筋能顺利贯穿，开孔示意如图5.2.3-7所示。
施工时优先贯穿柱脚处的钢筋，后连接柱脚之间顶部钢筋，纵筋贯穿钢柱后平面如图5.2.3-9所示。
由于钢柱柱脚外圈封闭大箍筋受到钢支撑架的影响，对钢支撑架影响区域内箍筋下料分解为4个L形，如下图5.2.3-8所示，两两之间采用焊接（单面焊10d）。
图5.2.3-7外框钢柱开孔
图5.2.3-8钢柱柱脚外圈L形箍筋环绕
图5.2.3-9纵筋贯穿外框钢柱柱脚平面图
5.2.4大体积混凝土浇筑
1、采用软管将混凝土自泵管出口送至作业面，以减小自由落差，防止混凝土离析、分层。
进行上层钢筋绑扎时，预先将软管位置留出，保证软管能够下放，软管浇筑示意如图5.2.4-1所示。
浇筑混凝土应连续进行,如必须间歇，其间歇时间应尽量缩短，并应在前层混凝土初凝之前，将次层混凝土浇筑完毕。
2、混凝土浇筑完毕后，在压光后表面反复压实，初凝前喷雾养护，终凝前用塑料薄膜覆盖后，铺棉毡，表面再覆盖两层塑料薄膜进行保湿保温养护，养护如图5.2.4-2所示。
图5.2.4-1软管浇筑示意图
图5.2.4-2混凝土养护示意图
3、大体积混凝土裂缝控制措施
1）优化配合比。
选用低水化热硅酸盐水泥，同时在混凝土中掺入粉煤灰，其强度有所增加（包括早期强度），密实度增加，收缩变形有所减少，泌水量下降，坍落度损失减少。
由此会取得降低水灰比，减少水泥浆量，延缓水化热峰值的出现，降低温度峰值，收缩变形也有所降低。
采用阻锈剂和粉煤灰外加剂，同时掺加具有缓凝作用的泵送剂，一方面可以防止地下水的侵蚀作用，另一方面增加混凝土的抗渗性能和泵送效果。
配合比如下表5.2.4-1所示。
表5.2.4-1大体积混凝土配合比
材料名称
水泥
掺和料
砂子
石子
水
外加剂
规格
P.042.5
粉煤灰
矿粉
中砂
5~25
16~31.5
/
高效减水
阻锈剂
用量Kg/m3
260
99
51
733
844
211
160
4.22
12.6
2）温度控制。
拌合混凝土时，当外界气温高于30℃时，采用冷水搅拌混凝土，碎石入库前采用地下水喷淋降温。
增加水泥倒库次数，控制使用温度在50℃以内。
控制混凝土出机温度和浇筑温度。
为了减少结构物的内表温差，控制混凝土内部温度与外表温度之差不大于25℃，必须控制出罐温度不要过高，不得超过30℃。
3）采用分层浇筑。
底板采用整体分层一次性浇筑的方案，控制天泵浇筑推进方向，便于排除浇筑过程产生的泌水，采用推移式连续浇筑施工，斜面由泵送混凝土自然流淌而成，坡度控制在1：
14左右，振捣工作从浇筑层的底层开始逐渐上移，以保证分层混凝土间的施工质量。
上层混凝土浇筑前，使其尽可能多的热量散发，降低混凝土的温升值，缩小混凝土内外温差及温度应力。
4）表面泌水、浮浆处理。
浇筑时可根据泌水汇聚的位置，在侧模对应处开设排水孔，泌水流至原结构底板低洼处，然后用潜水泵抽排掉，局部少量泌水采用海绵吸除处理，以提高混凝土质量，减少表面裂缝。
若浇筑完成时混凝土表面泌水较多，采用同强度干拌混凝土撒入已浇筑混凝土表层均匀散布压实抹平，避免风干裂缝的产生。
6.材料与设备
6.1材料
钢筋：
钢筋的品种、级别、规格、质量要符合设计要求，有产品合格证和出厂检验报告、力学实验报告。
加工成型的钢筋必须符合配料单的规格、尺寸、形状、数量的要求；
混凝土：
C45、P8（抗渗等级0.8Mpa），掺入阻锈剂，混凝土最小胶凝材料用量应大于300kg/m³，并满足混凝土设计强度。
最大水胶比应小于0.42，最大氯离子含量（水泥用量百分百）应小于0.10。
主要材料如下表6.1-1。
表6.1-1主要材料表
编号
名称
备注
编号
名称
备注
1
定位模具
植筋孔定位
7
钢管、扣件
搭设外围
操作平台
2
布条
临时封堵植筋孔
8
脚手板
3
支撑架底板
支撑钢柱脚
9
密目安全网
4
钢支撑架
10
踢脚板
5
定位环板
控制植筋垂直度
11
植筋胶
柱脚植筋
6
钢丝绳
钢柱脚吊装
12
实心焊丝
柱脚穿孔塞焊
6.2机具设备
主要施工机具设备如下表6.2-1。
表6.2-1主要施工机具设备表
编号
名称
规格型号
备注
编号
名称
规格型号
备注
1
全站仪
宾得W800全站仪
测量
校正
12
地泵
HBT90
浇筑
2
经纬仪
J2
13
振动棒
Φ50
高频
3
水准仪
DSZ2
14
罐车
10m³
运送混凝土
4
千斤顶
10t
15
空压机
Galilee-40L
凿毛
5
钢筋调直机
GJ4-4/14
钢筋
加工
16
风镐
AOSITE
6
钢筋弯曲机
GTJB7-40
17
电焊机
ZX7-315B
焊接
7
钢筋切断机
GQ40-B
18
交流焊机
BX1-400F-3A
柱脚塞焊
8
直螺纹套丝机
GYZL-40
19
塔式起重机机
D1250-80
钢柱脚吊装
9
水钻
LAOA
钻孔
20
鼓风机
安捷顺GFJ00-01
清孔
10
电锤钻
BOSCH
钻孔
21
胶枪
SANTO
注胶
11
天泵
48,52m
浇筑
22
发电机
50kw
应急用电
7.质量控制
7.1质量标准
质量标准如表7.1-1所列现行国家和行业标准。
表7.1-1国家和行业标准
序号
名称
编号
1
高层民用建筑钢结构技术规程
JGJ99-98
2
建筑钢结构焊接技术规程
JGJ81-2002，J218-2002
3
钢结构制作安装施工规程
YB9254-95
4
混凝土结构工程施工质量验收规范
GB50204-2011
5
钢筋混凝土用热轧带肋钢筋
GB1499-2008
6
高层建筑混凝土结构技术规程
JGJ3-2010
7
混凝土结构工程施工质量验收规程
GB50204-2010
8
建筑机械使用安全技术规程
JGJ33-2012
9
建筑工程施工质量验收统一标准
GB50300-2010
10
建筑结构工程施工工艺标准
QCJJT-JS02-2004
11
钢筋滚轧直螺纹连接技术规程
DBJ13-63-2005，J10494-2005
7.2质量控制措施
7.2.1钻孔、植筋质量控制
1、在进行模具固定过程中，要严格控制模具的定位偏差。
2、在水钻钻孔过程中，要严格控制钻孔的位置、钻孔的直径及钻进深度。
3、在进行注胶前，要保证钻孔产生的孔尘清理干净。
4、在植筋过程中要保证钻孔的干燥，以免影响植筋质量。
5、在植筋前要对钢筋进行除锈处理。
6、在灌注植筋胶时，要保证植筋胶充实饱满。
7、在植筋胶养护固化期间，要保证植好的钢筋不受扰动。
8、在植筋过程中，钢筋插入孔内达到设计深度时，应保证植筋胶从孔内溢出。
7.2.2柱脚支撑架安装校正
根据支撑架的定位图纸，在相对应的安装位置测放出支撑架埋件板；在植筋钻孔完成后，安装支撑架，测量控制支撑架的支梁顶标高，完毕后将支撑架与埋板焊接牢固。
7.2.3钢柱脚的安装校正
吊装钢柱脚时先临时固定，后进行校正。
1、柱底就位。
柱底就位可用千斤顶和撬棍校正。
柱底就位后轴线偏差应不大于3mm，钢柱扭转偏差不大于3mm。
2、钢柱标高校正。
钢柱吊装就位后，通过水准仪进行柱顶标高测定，误差控制在±5.0mm，如标高超差，则在柱底通过千斤顶推移斜铁来调整钢柱标高。
3、钢柱垂直度校正。
在钢柱脚顶部，用油漆笔做上控制记号，事先在图纸上计算出柱子四角的三维坐标值（x、y、z）。
在柱脚吊装到位后，将全站仪架设到视野开阔平整能够便于大面积观测的平面控制点上，柱子校正过程中，将激光反射片置于柱子顶部四角，逐一测设各点，直到柱子设计坐标值与仪器所测坐标相吻合。
钢柱就位垂直度允许偏差应不大于H/1000且≤±10mm；第一节柱底轴线对定位轴线偏移允许偏差为3mm。
所有钢柱垂直度均以柱轴线对准地面控制轴线方法进行校正。
8.安全措施
8.1钻孔植筋安全施工措施
8.1.1在进行施工前，对施工现场作业人员进行安全教育，对施工作业人员进行安全技术交底工作，植筋操作人员必须经培训合格后才能上岗。
8.1.2水钻所用开关箱、配电箱及漏电保护器必须保证其可靠性，并指派专业电工进行检查。
8.2钢筋工程安全施工措施
8.2.1钢筋夹持在台钳上后必须将钢筋夹持紧。
加工拐铁钢筋时，正对拐铁处严禁站人，防止因钢筋未夹紧甩起打人。
加工中如有钢筋松动应立即将钢筋再次夹紧，钢筋转动时不得用手抓紧钢筋。
8.2.2钢筋调直作业时，除操作人员外其他无关人员严禁在钢筋调直作业范围内穿行。
8.2.3钢筋切断加工前必须确定好下料长度，严禁在切割机上现量尺寸。
操作切断机时采取有效的防护措施，防止机械伤人。
8.2.4钢筋弯制加工必须两人以上作业，相互配合，以免发生意外。
8.2.5地上结构高处施工时，要求钢筋绑扎人员系好安全带，防止高空坠落。
8.3钢柱脚吊装安全措施
8.3.1为保证钢结构吊装安全，应编制确实可行的钢结构吊装安全技术措施，明确规定钢结构吊装的操作平台、临边防护设施做法。
钢柱安装前，在钢支撑架上方采用脚手架搭设安全操作平台，如图8.3.1-1所示：
图8.3.1-1柱脚安全操作架搭设示意图
8.3.2吊车起重臂、起吊构件的下方禁止站人。
吊装作业时必须设置警戒线，禁止无关人员出入，钢柱安装摘钩时，柱下方及周围严禁站人。
8.3.3为确保操作者在上下钢柱时的人身安全，每根钢柱安装时都必须配备防坠器。
安装人员上下时，必须将安全带挂在防坠器的挂钩上，避免发生坠落事故。
8.4大体积混凝土浇筑安全措施
8.4.1浇捣混凝土操作，应站在脚手架上操作，不得站在模板或支撑上操作，操作时应戴手套、穿胶鞋。
8.4.2泵车下料胶管，料斗都应设牵绳。
料斗串筒节间必须连接牢固，使用溜槽时，人员不得站在槽帮上操作。
8.4.3混凝土泵输出的混凝土在浇捣面处不要堆积过量，以免引起过载。
8.4.4由于浇筑连续进行，持续时间长，应提醒搅拌站负责人，严防罐车司机疲劳驾驶，保证交通安全。
9.环保措施
9.1噪音控制措施
9.1.1施工现场遵照《中华人民共和国建筑施工场界噪声限值》（GB12523—2011）制定降噪的相应制度和措施。
严禁在施工区内高声喧叫，猛烈敲击铁器，增强全体施工人员防噪扰民的自觉意识。
9.1.2施工现场的强噪音机械施工作业尽量放在封闭的机械棚内或白天施工，房屋内设隔音板，使其与外界隔离，最大限度的降低其噪音,以致不影响工人与居民的休息时间。
9.1.3施工现场的强噪音机械施工作业尽量放在封闭的机械棚内或白天施工，房屋内设隔音板，使其与外界隔离，最大限度的降低其噪音,以致不影响工人与居民的休息时间。
9.1.4各项施工均选用低噪声的机械设备和施工工艺。
施工场地布局要合理，尽量减少施工对居民生活的影响，减少噪声强度和敏感点受噪声干扰时间。
9.2污染控制措施
9.2.1焊接、气割、运输、燃油机械等所用气体或油料的纯度应符合有关规定。
9.2.2施工现场场地经常洒水和浇水，以减少粉尘污染。
9.2.3严禁向建筑物外拋掷垃圾，所有垃圾装袋运出。
运输车辆必须冲洗干净后方能离场上路行驶，保证行驶途中不污染道路和环境。
10.效益分析
10.1经济效益
10.1.1本工法采用的钢支撑定位支架，有效的解决了大截面半嵌入式柱脚密集锚筋的安装问题；通过合理优化施工工序达到有效流水作业，柱脚安装一次到位，节约了工期，减少了成本。
在满足结构设计要求的情况下，相比全埋入式柱脚经济效益分析如下表10.1-1所示：
表10.1-1全埋入式柱脚与半嵌入式柱脚对比表
全埋入
式柱脚
柱脚锚栓
钢柱总重（t）
数量（根）
规格
长度（m）
76
M39
1.5
25t
半嵌入
式柱脚
柱脚植筋
钢柱及支架总重（t）
数量（根）
直径（mm）
长度（m）
120
40
4.75
11t
通过上表并经计算，材料节省5.72万元，钢结构安装节省7.34万元。
10.1.2本工法由于合理的利用原有结构底板，加快了施工进度，新基础底板施工提前7天完成，获得奖励50万元。
1、原有底板剔凿
2、原有底板钻植筋孔
3、柱脚钢支撑架安装
4、钢支撑架定位环板安装
5、超厚新底板底部钢筋绑扎
6、钢支撑架处钢筋绑扎
7、钢柱脚吊装安装
8、顶部钢筋绑扎及柱脚钢筋穿插施工
9、新底板大体积混凝土浇筑
10、塑料布及麻袋覆盖养护
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