结构抗震加固施工方案

2022-12-23

方案是对一项活动具体部署的安排和计划，那么方案的格式是什么样的呢？如何才能写好一份方案呢？以下是小编整理的关于《结构抗震加固施工方案》，希望对大家有所帮助。

第一篇：结构抗震加固施工方案

结构抗震加固的方法

抗震加固,就是指对可靠性不能满足业主需求提高可靠度的承重结构和构件以及各种相关部分采取增强、局部更换或调整其内力等措施，使其具有现行设计规范及业主所要求的安全性、耐久性和适用性。

抗震加固主要是提高建筑结构的整体抗震强度和变形能力。

1)增设构件加固法

增加剪力墙、柱、圈梁等混凝土构件改变建筑结构的受力体系或增加建筑结构的整体性。

2)增强构件加固法

新增构件无法采用时，进行对原构件加固，提高承载力力和抗震能力，可采用上面写到对构件加固方法：粘贴钢板加固法、外粘型钢加固法、粘贴碳纤维复合材加固法、增大截面加固法等。

3)耗能减震加固法

通过在结构某些部位增加耗能阻尼减震装置，以减小地震反应。

4)隔震加固法

通过对隔震层的设置，将地震变形集中到隔震层上，从而减小对原有结构的地震作用。

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第二篇：房屋结构抗震隔震与碳纤维加固

05108411叶晓斌

【摘要】抗震加固是对未进行抗震设防或已进行抗震设防但达不到设防标准的建筑物进行结构补强和提高其抗震能力的措施。抗震加固必须先按照国家有关规定进行抗震性能鉴定，后采取相应的抗震加固措施;抗震加固要分轻重缓急，有计划进行;抗震加固要按抗震鉴定、加固设计、设计审批、组织施工、质量监督和工程验收等程序进行。抗震加固措施包括增强强度、提高延性、加强整体性和改变传力的途径。

【关键字】抗震隔震加固碳纤维加固

【正文】

目前，许多国家在高层建筑的抗震设计方案中，已经出现了新的结构，如：美国纽约的42层高层建筑物，建在于基础分离的98个橡胶弹簧上，日本的建在弧型钢条上防地震建筑物，前苏联的建在与基础分离的沙垫层上的建筑物，以及在中国已经获得了美国、中国和英国发明专利权的，刚柔性隔震、减震、消震建筑结构与抗震低层楼房加层结构，都十分成功的应用于工程实践中，都明显的在建筑结构体型上，改变了传统的插入式刚箍捆住内力(吸收地震能量)的结构体系。总之都在建筑设计的结构方面设法摆脱在地震灾害时，严重威胁着人们的生命安全的插入式刚箍捆住内力的结构体系。其实质都反映了对“似地球为相当好的惯性参考系”为指导理论，所制定的现行抗震硬抗、死抗地震打击设计规范的动摇，本质上也是改变了建筑结构受力体系，而不在似地球为绝对静止不动的惯性参考系了。

日本在东京建造了12座弹性建筑，经里氏6.6级地震的考验，减灾效果显著。这种弹性建筑物建在隔离体上，隔离体由分层橡胶、硬钢板组和阻尼器组成，建筑结构不直接与地面接触。阻尼器由螺旋钢板组成，可减缓上下的颠簸。滚珠大楼美国硅谷兴建了一座电子工厂大厦，采用一种抗震新法，即在建筑物每根柱子或墙体下安装不锈钢滚珠，由滚珠支撑整个建筑，纵横交错的钢梁把建筑物同地基紧紧地固定起来。发生地震时，富有弹性的钢梁会自动伸缩，于是大楼在滚珠上轻微地前后滑动可以大大减弱地震的破坏力。弹簧大楼日本鹿岛建筑部门发明了一种新的防震大楼营造法：由弹簧把连着地基的基础部分和建筑物主体分开，让建筑物主体处在一种能吸收地震和其他振动冲击的中介物上。无论地基怎样摇晃，振动能量传到这种建筑物时也将减到原来的1/10。

总体来看，我国在抗震法律法规、国家标准上做得比较充分。我国发布有《建筑工程抗震设防分类标准》、《城市抗震防灾规划管理规定》等国家标准，对建筑物抗震设防分类、责任划归、防灾规划均有具体划分。《城市抗震防灾规划管理

规定》第八条规定：当遭受多遇地震时，城市一般功能正常;当遭受相当于抗震设防烈度的地震时，城市一般功能及生命线系统基本正常，重要工矿企业能正常或者很快恢复生产;当遭受罕遇地震时，城市功能不瘫痪，要害系统和生命线工程不遭受严重破坏，不发生严重的次生灾害。

据悉，我国地震抗震标准，不同地区的建筑物是不一样的，主要依据国家的抗震设防烈度图，分6～9级不同的抗震设防标准，不同地区的建筑物须执行相应地震级别的建筑物抗震标准。“这些标准很多都是强制性的，如烈度在6度以上的地区，所有的建筑物都必须执行地震抗震设防标准，否则建筑物不予以验收。

建筑隔震是世界上许多国家关注的研究课题。我国在这方面已经取得了重大进展。这项技术为在我国减轻多、低层房屋水平地震灾害提供了一条行之有效的新途径。《国家防震减灾规划(2006—2020年)》中已提出“推进隔震等新技术在工程设计中的应用”。隔震房屋的应用将对未来的房屋结构形式和抗震技术产生深远影响。我国建筑隔震技术已取得了重大成果，并进行了200多万米的隔震工程应用。采用隔震技术的建筑在强烈地震时，隔震房屋自身变形很小、只作轻微平动，不仅建筑物不会破坏，房屋装修也基本保持完好，室内设备、贵重物品、信息系统安然无恙，基本不中断人的正常生活与工作。建筑隔震技术的广泛应用，可以在地震发生时最大程度保障广大人民群众的生命和财产安全，是造福社会大众的一件大好事。

隔震结构可以适合各种用途的建筑，尤其是重要性系数较高、建造于地震高烈度区的建筑，如医院、学校、通信中心、政府办公楼等。从隔震效果讲，多层建筑的隔震效果最佳。基础隔震是指在结构物底部与基础面之间设置某种隔震装置而形成的结构体系。隔震装置水平向较柔软，因此可延长结构的自振周期，减小上部结构地震反应。

隔震概念最早由日本和合浩臧于1881 年提出,但早在几千年前，我国就成功地把基础隔震技术应用在古代建筑中，如明朝永历年间即1402 年开始建造的北京故宫经历了多次地震仍完好无损，这是因为在基础与上部结构中间采用了柔软有阻尼的糯米层。也就是说在很早之前，我国就开始用隔震途径修筑结构物。现代意义上的隔震技术始于20 世纪60、70 年代，与早期的隔震系统相比性能上更加可靠、功能上更加完善。早在20 世纪50 年代在欧洲已经广泛应用于桥梁隔震中，在建筑中的应用则始于20 世纪60 年代，随着叠层橡胶垫、铅芯叠层橡胶隔震垫、高阻尼橡胶隔震垫以及各种阻尼器的研发成功，橡胶支座隔震已逐步发成为主要的隔震技术。基础隔震体系自70 年代应用于工程实际后，世界各国学者进行了广泛深入的研究。基础隔震第一次用于旧房的加固改造是美国盐湖城市政大楼，其后世界各地又有相当数量的重要建筑采用隔震技术进行了加固改造，但隔震房屋和隔震加固房屋的震害经验相对较少。新西兰于1981 年建成的

威廉克雷顿大楼，是世界上第一个采用铅芯橡胶支承的结构;洛杉矶南加州大学(USCUniversity)医院经受1994 年1 月17 日美国加州北岭6.7 级地震，日本West 大厦1995 年1 月17 日日本兵库县南部阪神7.2 级地震中表现出良好的隔震性能，这使得隔震技术越来越为广大的工程人员和社会所接受。我国学者从20 世纪60 年代就开始关注基础隔震，70 年代中到80 年代初，采用砂砾隔震的方法建造了四座土坯和砖砌体的单层隔震房屋和北京中关村一栋4 层砖混房屋，这是我国最早的隔震建筑。80 年代中期，隔震研究逐渐在国内得到重视，由于经济方面的原因, 对采用砂垫层、石墨、钢板等材料的摩擦滑移隔震研究较早。1986 年在西昌市建成一幢采用石墨砂浆层隔震的建筑;1995 年在新疆独山子建成一幢采用聚四氟乙烯滑移板隔震的房屋。我国对橡胶隔震支座的研究起步较晚，但发展较快。1993年在汕头建成第一幢叠层橡胶垫隔震房屋，已经受7.3 级台湾海峡地震考验;1994 年在安阳建成无黏结叠层橡胶垫隔震房屋。

基础隔震可以分为叠层橡胶垫隔震装置、滚珠(或滚轴) 隔震、悬挂基础隔震、摇摆支座隔震、滑动支座隔震等多种,其中叠层橡胶支座隔震技术是隔震技术中应用最广、技术最成熟的,它具有减震机理明确、减震效果显著、施工与安装方便等特点,而且已有多项工程在实际地震中经受考验,正受到越来越多国家的重视。

碳纤维CFRP是整个土木工程界使用最为广泛且热门的加固材料，该项加固技术兴起于20世纪80年代，于90年代后期在我国迅速发展起来，国内外很多科研单位和高校就碳纤维CFRP加固混凝土构件这项新技术进行了大量的研究。随着试验研究的深入，该加固技术的适用范围不断扩大，应用技术不断改进。

碳纤维CFRP加固钢筋混凝土柱的试验研究相对较少，但试验研究结果表明碳纤维CFRP加固钢筋混凝土柱具有施工简单、抗腐蚀能力强、约束效果好、基本不需要维修保养等特点。

碳纤维CFRP一般是直径为5μm～20μm的连续纤维，基材由树脂和固化剂组成，用树脂(内加固化剂)浸润碳纤维，待树脂固化后便形成了碳纤维增强塑料(简称CFRP)。其特性：密度小，为普通钢材的1/6;强度高，抗拉强度约为普通钢筋的4～6倍;抗腐蚀性能好，强度不受酸碱腐蚀介质的影响;非磁性，不影响电磁信号的传播;抗疲劳性能优良，疲劳寿命普遍高于钢材;温变系数和混凝土相当;弹性模量和钢材相近;极限延伸率1%。

钢筋混凝土柱在承受轴向压力时，构件是由于受到极限值非常小的横向扩张引起的，如能在构件四周创造横向约束，以阻止受压构件的这种横向扩张，从而提高构件抗压承载力和变形能力。

碳纤维CFRP加固钢筋混凝土柱就是在柱混凝土和CFRP增强带之间产生约束作用，(它们之间的相互作用力称为界面约束应力)受横向界面约束应力的作用，塑性区的核心混凝土处于三向应力状态，与单向受力状态相比，混凝土的极限压

应变和承载力会提高，在柱弯曲承载力没有明显下降的情况下，并不考虑失稳的影响，加固后钢筋混凝土柱具有较大的延性变形与耗能能力。

由于CFRP对钢筋混凝土柱的横向约束后使CFRP形成轴向拉伸应力，而CFRP的抗弯能力极弱(一般不考虑)，矩形柱在CFRP包裹约束下其最终极限轴向抗压强度相对圆柱而言大大降低，主要由于侧向约束应力不均匀。矩形柱边中央侧向约束弱，拐角处侧向应力集中约束较大，柱边只有在发生侧向塑性变形时CFRP对钢筋混凝土柱的横向约束应力才能极速增长。

由于CFRP对钢筋混凝土柱的约束为界面约束，只有当混凝土向外横向扩张时(产生塑性变形)CFRP方能对混凝土产生约束应力，因此柱环向外包CFRP在承受荷载时表现出两阶段的受力过程：第一阶段，混凝土轴向压应力较小，横向变形较小，CFRP受力较小;第二阶段，随着荷载的增加，柱混凝土变形增大，CFRP环向应力显著增长，环向约束力迅速增加，直到当CFRP达到其极限拉伸应变时发生断裂。

CFRP加固钢筋混凝土柱适用于圆柱或小截面矩形柱(截面边长一般小于800mm)，在未失稳状态下能大幅提高钢筋混凝土柱的轴压承载能力。加固的前提条件是构件的核心混凝土未被破坏，尚具有一定的承载和变形能力。

钢筋混凝土柱加固前的卸荷，此项工作往往被忽视，混凝土构件在负荷外包CFRP时，外包CFRP相对于混凝土柱表面存在应变滞后，常发生CFRP尚未被拉断混凝土已被压坏的情况，这种效应使得CFRP的补强效果降低，不能充分发挥CFRP的高强抗拉性能。矩形柱拐角倒角的半径不得小于20mm，柱侧最好修成外凸面，减轻角部CFRP的集中应力，很多试验表明即使如此CFRP的破坏仍然发生在拐角部位。混凝土构件表面的修复工作极为重要，其直接影响CFRP对混凝土横向约束效果。

碳纤维CFRP加固钢筋混凝土柱，能使混凝土承受轴向受力状态变为三向受力状态，约束混凝土的承载力和变形能力得到提高，特别对轴压比不能满足抗震设计规范要求的钢筋混凝土柱加固效果比较明显。提高塑性铰区的承载力及延性，钢筋混凝土柱在地震荷载的重复作用下，上下端会首先出现塑性铰区，承载能力及延性迅速下降，用CFRP进行缠绕加固后，塑性铰区核心混凝土受到约束极限强度及变形能力大幅提高。施工技术含量低、工艺简单，约束效果好、抗腐蚀能力强，只需保护不需要保养。碳纤维CFRP加固技术并非万能“处方”，有其缺点：有机胶耐高温性能差，高温环境及防火等级要求高的建筑不能使用;不规则或大截面矩形柱应有条件使用。

贴碳纤维材料时须符合下述条件：碳纤维材料应按规定裁切;气温、空气湿度、构件表面含水率等符合要求;底层涂料及腻子达到指触干燥(树脂表面达到固化硬结);粘结树脂的类型与施工时的气温适合，主剂和固化剂、固化促进剂

应按规定的比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀，一次调和量应在规定时间内用完。

碳纤维粘贴的质量检验标准：下涂和上涂渗浸入碳纤维束良好;碳纤维粘结严实;对于直径在10mm以上30mm以下的空鼓，每平方米少于10个可认为合格;若每平方米在10个以上，则认为不合格，需进行补修。对于直径在30mm以上的空鼓，只要出现，即认为不合格，需进行补修;顺纤维方向搭接长度不小于20cm,各层之间的搭接部位不得位于同一条直线上，层间必须错开至少50cm;碳纤维材料规格，粘贴位置、长度、宽度、纤维方向、层数符合规定。

碳纤维加固法可用于混凝土结构抗弯、抗剪加固，同时广泛用于各类工业与民用建筑物、构造物的防震、防裂、防腐的补强。混凝土结构物、桥梁及建筑物的梁、柱、面板加固。隧道、港湾设施、烟囱、仓库、厂房的加固。受盐害的混凝土、桥梁以及河川构造物的防护和加固。

第三篇：桥梁抗震加固设计方案

引言

随着我国现在化城市和经济的飞速发展,交通线路的重要性越加突出,公路交通是国民经济大动脉,同时,也是抗震救灾生命线工程之一。桥梁工程是公路工程的咽喉要道,在保障公路通畅中起着至关重要的作用。而一旦地震使交通线路瘫痪,将会给国家和人民带来极大的损失和不便。大跨度桥梁是交通运输的关键枢纽,对其进行有效的抗震设计,确保其抗震安全性意义深远。

一、大跨度桥梁抗震设计发展

大跨度桥梁的抗震设计是一项综合性的工作,反应比较复杂,相应的抗震设计也比较复杂。目前,国内外现有的大多数桥梁工程抗震设计规范只适用于中等跨径的桥梁,超过使用范围的大跨度桥梁则无规范可循。我国公路大跨度桥梁的抗震设计规范仍在初步阶段,存在许多需要进一步解决的问题。近年来,美国、日本等一些国家的地震工程专家提出了分级设防的抗震设计思想,一般可概括为:小震不坏、中震可修、大震不倒。我国《公路工程抗震设计规范》规定地震烈度7度以上地区的新建桥梁都必须抗震设防。其中,最主要的建议是要采用两水平的抗震设计方法,即要求结构在两个概率水平的地震作用下,分别达到两个不同的性能标准。

二、抗震设计

“小震不坏,中震可修,大震不倒”的分类设防抗震设计思想已广为接受,而能力设计思想也越来越广泛地被国内外专家学者所接受。能力设计思想要求在一座桥梁内部建立合理的强度级配,以保证地震破坏只发生在预定的部位,而且是可控制的。具体来说,要选择理想的塑性铰位置并进行仔细的配筋设计以保证其延性抗震能力;而不利的塑性铰位置或破坏机制(脆性破坏)则要通过提供足够的强度加以避免。大跨度桥梁的抗震设计应分两阶段进行:1)在方案设计阶段进行抗震概念设计,选择一个较理想的抗震结构体系;2)在初步或技术设计阶段进行延性抗震设计,并根据能力设计思想进行抗震能力验算,必要时进行减、隔震设计提高结构的抗震能力。

1、抗震概念设计

对结构抗震设计来说,“概念设计”比“计算设计”更为重要。正是由于地震发生的不确定性和复杂性,再加上结构计算模型的假定与实际情况的差异,使“计算设计”很难控制结构的抗震性能,因而不能完全依赖计算。结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计”。因此,在桥梁的方案设计阶段,不能仅仅根据功能要求和静力分析就决定方案的取舍,还应考虑桥梁的抗震性能,尽可能选择良好的抗震结构体系。在抗震概念设计时,为了保证桥梁结构的经济性和抗震安全性,要特别重视上、下部结构连接部位的设计,桥墩形式的选取,过渡孔处

连接部位的设计以及塑性铰预期部位的选择。通常允许桥梁结构在强震下进入塑性工作状态,在预期的部位形成塑性铰以耗散能量,但不允许出现脆性破坏,如剪切破坏。为了保证所选择的结构体系在桥址处的场地条件下确实是良好的抗震体系,必须进行简单的分析(动力特性分析和地震反应评估),然后结合结构设计分析结构的抗震薄弱部位,并

进一步分析是否能通过配筋或构造设计保证这些部位的抗震安全性。最后,根据分析结果综合评判结构体系抗震性能的优劣,决定是否要修改设计方案。

2、延性抗震设计

桥梁的延性抗震设计应分两个阶段进行:1)对于预期会出现塑性铰的部位进行仔细的配筋设计;2)对整个桥梁结构进行抗震能力分析验算,确保其抗震安全性。这两个阶段可以反复,直到通过抗震能力验算,或进行减、隔震设计以提高抗震能力。

3、桥梁减、隔震设计

减、隔震技术是简便、经济、先进的工程抗震手段。减、隔震装置是通过增大结构主要振型的周期使其落在地震能量较少的范围内或增大结构的能量耗散能力来达到减小结构地震反应的目的。在进行抗震设计时,要根据结构特点和场地地震波的频率特性,通过选用合适的减隔震装置、相应参数以及设置方案,合理分配结构的受力和变形。一方面,应将重点放在提高吸收能量能力从而增大阻尼和分散地震力

上,不可过分追求加长周期。另一方面,应选用作用机构简单的减、隔震体系,并在其力学性能明确的范围内使用。减、隔震设计的效果,需

要进行非线性地震反应分析来验证。

大量研究表明,最适宜进行减、隔震设计的情况主要有:

1)桥梁墩柱较刚性,即自振周期较小;

2)桥梁很不规则,如墩柱的高度变化较大,有可能导致受力不均匀;

3)预测的场地地震运动的能量主要集中在高频分量,而低频分量的能量较少(浅震、近震、岩石地基)。因此,要根据结构特点和场地震动特点决定是否要进行减、隔震设计,以及采取什么减、隔震装置。

近年来国内外学者提出在桥梁结构中设置粘滞阻尼器来改善结构的抗震性能,已在多座桥梁中得以应用。有研究表明:将隔震支座与粘滞阻尼器组合使用既能减小结构地震力,又能有效地控制梁体位移及墩、梁相对位移。

三、抗震加固技术

在决定一座桥梁是否如何加固以前,应先评估其抗震能力。主要是先决定墩柱的破坏形式及墩柱的最大延性能力,其次计算整体屈服的地震加速度及整体的最大延性能力,最后算出桥梁的抗震能力Ac值。

1、桥梁震害介绍

从我国历次破坏地震中,调查得到的公路桥梁震害产生的主要原因有以下几类:

(1)支承连接件失效———由于上下部结构产生了支承连接件不能承受的相对位移,使支承连接件失效,上部与下部结构脱开,导致梁体坠毁。由于落梁的强烈冲击力,下部结构将遭受严重破坏。支承连接件失效的原因,主要是设计低估了相邻跨之间的相对位移。为了解决这个问题,目前国内外的通常做法是增加支承面宽度和在简支的相邻梁之间安装纵向约束装置。

(2)下部结构失效———主要是指桥墩和桥台失效。桥墩和桥台如果不能抵抗自身的惯性力和由支座传递来的上部结构的地震力,就会开裂甚至折断,其支承的上部结构也将遭受严重的破坏。

钢筋混凝土柱式桥墩大量遭受严重损坏,是近期桥梁震害的一个特点。其原因主要是横向约束箍筋数量不足和间距过大,因而不足以约束混凝土和防止纵向受压钢筋屈曲。目前的解决办法是通过能力设计和延性设计,使桥梁的屈服只发生在预期的塑性铰部位,其余结构保持弹性。

(3)软弱地基失效———如果下部结构周围的地基易受地震震动而变弱,下部结构就可能发生沉降和水平移动。如砂土的液化和断层等,在地震中都可能引起墩台的毁坏。地基失效引起的桥梁结构破坏,有时是人力所不能避免的,因此在桥梁选址时就应该重视,并设法加以避免。如果无法避免时,则应考虑对地基进行处理或采用深基础。

2、研究现状

针对桥梁在地震中的震害类型,目前,国内外桥梁抗震加固主要采

取以下技术措施:

(1)在伸缩缝、铰和梁端等上部接缝处采用拉杆、挡块或者增加支承面宽度等措施,以防止落梁震害的发生;

(2)增加钢筋混凝土桥墩的横向约束,提高其抗弯延性和抗剪强度,防止桥墩弯曲和剪切震害;

(3)采用减隔震技术及专门的耗能装置,提高桥梁的抗震性能。例如采用铅芯橡胶耗能支座等。对隔震而言,利用周期、阻尼与位移等相依变量进行参数分析,配合加固目标的订定,最后提出结合位移设计法的隔震装置加固设计程序。隔震装置的分析采用铅芯橡胶支座(LRB)以及摩擦单摆支座(FPS)两种。对减震而言,亦可结合位移设计法进行减震加固设计。可使用替代结构法,将结构以等效劲度及等效阻尼比以线性迭代的方式来进行粘滞性阻尼器的加固设计。

3、发展趋势

从桥梁震害调查中发现,遭受严重破坏和倒塌的桥梁结构,绝大部分是源于落梁和抗弯延性不足。因此,国外主要的多震国家,开始强调桥梁结构整体的延性能力,其它一些国家则在原有规范的基础上,也相应地对保证桥梁结构整体的延性能力,并通过设计和构造保证桥梁结构的整体延性能力。为了保证结构的整体延性能力,目前通常的做法是增加防落梁构造措施和在预期出现塑性铰的关键部位增加横向约束,以提高桥墩的抗弯延性和抗剪强度。从加固的对象上来看,美国、日本等桥梁抗震加固水平最高的国家,已经把加固的重点从以前单一

的防落梁构造措施,转移到重视桥墩整体延性上来,以保证加固后的桥梁与新建桥梁的抗震能力相当。国内外地震工程研究人员总结了近年来国内外的震害资料,开始检讨过去单纯“强度抗震”设计的指导思想,研究考虑基于性能的抗震设计原则。基于性能的设计被广泛的认为是未来结构抗震设计规范的基本思想。抗震设计的性能指标,可以是单一指标,也可以是多指标或组合指标。在研究手段方面,整个抗震工程学都出现了越来越重视和依靠地震模拟试验的发展趋势。应该注意到现在的试验已经不再是传统意义上的简单试验,而是和现代科技融为一体的高科技试验.

四、结语

随着对地震机理认识的逐步加深,提高和完善桥梁结构物的各项功能,以及桥梁抗震构造措施进一步的改进和完善,可以很好地达到桥梁结构的防震和抗震效果。而桥梁抗震加固技术研究已经有了较好的基础,建议针对我国公路桥梁的特点,得出适合于我国公路桥梁的抗震加固技术,并推广应用,为提高我国公路桥梁的抗震性能和抵御地震灾害的能力提供可靠的技术保证。

第四篇：应用冻结法加固地铁工程的结构施工研究

摘要:主要介绍了上海地铁明珠线蓝村路站-浦东南路站区间隧道联络通道、泵站采用水平冻结加固情况下,隧道支护及结构施工过程,分析了隧道内矿山法施工旁通道对地表及隧道结构产生的影响及解决措施,指出了矿山法施工技术在市政及地铁工程施工中的技术可行性。

关键词:水平冻结;隧道支护;结构施工 1 前言

由于受城市地面道路、建筑和地下管线的影响,在地铁隧道施工中,传统的明挖施工技术受到挑战,而隧道暗挖施工技术,因其很少占用地面施工场地、无环境污染、施工安全性高等优势,在北京、广州、上海等城市地铁施工中得到推广应用。2002年6月至11月上海地铁明珠线蓝村路站-浦东南路站区间隧道联络通道、泵站工程采用全断面水平冻结法加固、矿山法开挖支护施工顺利完成。 2概述 2.1工程内容

上海地铁明珠线二期蓝村路站—浦东南路站区间隧道旁通道及泵站(以下简称旁通道)位于两站区间隧道中部。旁通道由与左右线隧道正交的水平通道及通道中部的集水井组成(图1)。按设计,旁通道位置上、下行线隧道的中心标高分别为-15.007m和-15.806m,上、下行线隧道中心线间距13481.9mm。通道为直墙圆弧拱结构,集水井为矩形结构,通道和集水井均采用两次衬砌,其中初衬厚度为200mm,通道墙、拱和集水井内衬厚度为400mm,通道底板和通道与隧道连接处(喇叭口)内衬厚度为1000mm。通道的开挖轮廓高约4.23m,宽3.2m,局部(喇叭口处)高4.83m,宽4.4m;泵站开挖轮廓长4.2m,宽3.2m,深2.2m。

2.2 工程地质条件

旁通道位置地面标高为4m左右,隧道上覆土层厚度按19m考虑。根据附近地层情况,旁通道施工范围内土层主要按灰色淤泥质粘土、灰色粘土和灰色粉质粘土考虑,具有孔隙比大、含水丰富、承载力低、容易压缩和在动力作用下易流变的特点,开挖后天然土体本身难以自稳。 2.3 工程难点

① 地质条件差,淤泥质粘土承载力低,含水率高,易流变; ② 在盾构区间隧道内施工,施工点距区间隧道两端车站均有1km左右的距离,施工场地狭小; ③ 工程地处浦东新区东方路,通道上方地面为一栋二层楼的超市,通道开挖引起的地表沉降量必须严格控制,不能超过30mm。

因此,在该地层内开挖构筑旁通道,需要先对施工影响范围内的土体进行稳妥、可靠的加固处理。经反复论证决定采用水平冻结法加固。该工法具有安全性好,不污染环境等优点。因此本工程设计包括旁通道周围土层的冻结加固和开挖构筑施工两部分内容。设计地层冻结加固体积约为2100m3,挖掘土方和浇注混凝土体积分别为220m3和120m3。采用这种加固方法就要求旁通道及泵站结构施工中的开挖工艺、支护参数等与之相适应。 3 施工方法与施工工序

根据上述施工条件,并结合上海地铁二号线旁通道施工经验,拟采用“隧道内水平冻结加固土体,隧道内开挖构筑”的全隧道内施工方案。即:在隧道内采用冻结法加固地层,使旁通道外围土体冻结,形成强度高、封闭性好的冻土帷幕,然后在冻土帷幕中采用矿山法进行通道及泵站的开挖构筑施工。

水平地层加固和开挖构筑的主要施工工序:施工准备→隧道管片开孔和安装孔口管→冻结孔钻进,安装冻结器与冷板,同时安装冻结制冷系统→安装冻结盐水系统和检测系统→冻结运转,同时进行隧道支撑→探孔试挖,拆钢管片→通道掘进与初衬→通道防水层施工与内衬→泵站开挖与初衬→泵站防水层施工与内衬→停止冻结,封孔→壁后充填注浆。冻结孔施工和旁通道初衬施工为本工程的关键工序,防水层和旁通道内衬施工为特殊工序。 4 联络通道临时支护参数

由于冻土具有明显的蠕变特性,特别是粘性土层,这种特征更加明显,随着旁通道的掘进施工,冻结壁被暴露在空气中,冻土的蠕变随时间的延长而增加。为控制冻结壁的变形,要对冻结壁采取有效的临时支护,以免冻结壁变形破坏。

将旁通道的支护结构简化成由三段简支梁组成的一个半封闭结构。由于拱顶部分的冻结壁较厚,冻结壁变形较小,作用在支架上的荷载主要作用在支架两侧的柱腿上。假设作用在支架腿上的载荷为均布荷载,最大弯距发生在柱腿中部,根据变形协调条件,柱腿中部的挠度f同冻结井壁的允许变形相等,即:

ua=f=5qL4/381EI

(1)

式中:ua为冻结壁的变形量;E为支架的材料弹性模量;I为支架惯性矩;L为支架柱腿的长度;q为作用在支架腿上的均布荷载,q值可根据式

ua=(1+u)(p-pi)a/A(t×τ)确定。

式中:τ为冻土的侧压力系数;A为冻土的弹性模量;p为作用在冻土外侧的压力;pi为支架对冻土壁的反力;a为旁通道宽度的一半;t为冻结壁的温度系数;u为支架的间距。

已知ua=2cm=0.02m,u=1/2=0.5,A=40MPa,p=20×1.8×104=3.6×105Pa;a=1.7m Pi=P-A·Ua(t×τ)/α(1+u)=4.6×104Pa设支架的排间距为0.5m,则每个支架上的荷载为

q=pi/2=2.3×104Pa 由式(1)得

I=5qL4/381UaE

L=3.8m,q=2.3×104Pa,E=2.1×105MPa,Ua=0.02m代入上式得:

I=1498cm4

根据工字钢的转动惯量可知

I16=1130cm4 I18=1660cm4>1498cm4

故选用18号工字钢作为支架的支护材料,考虑到支架的刚度及稳定性,每个支架加有中梁及底梁。 5旁通道开挖构筑工艺

旁通道的开挖从占用隧道一侧向另外一侧隧道进行水平暗挖,根据冻土的发展规律,同时考虑工期、隧道占用时间等因素,旁通道的开挖构筑施工应尽量同冻结孔施工占用同侧隧道。旁通道的开挖构筑在一个完全封闭的冻土帷幕内进行,冻土帷幕为一个底部较厚的直墙圆拱形,冻土墙设计厚度1.2m,冻土强度4～6MPa,旁通道及泵站的施工采取全断面开挖。

在打开钢管片前应对各种量测资料及测温孔中测得的冻结壁发展情况、冻结时间等进行综合分析,当分析结果同设计基本相符时,即可进行试开挖。由于冻土强度较高,冻结壁本身起着临时支承作用,开挖过程中为避免冻结壁暴露后产生蠕变,造成冻结管断裂,在掘进过程中要及时对冻结壁进行临时支护,并对冻结壁及时封闭,减少冷量损失。旁通道的开挖构筑要充分利用冻土的强度特点,经过科学施工,严格管理,将加固地层自身的稳定性与合理的临时支护有机的结合起来,控制开挖步距,加强工程监测, 将整个通道的开挖及临时支护完成之后,一次进行防水层和结构混凝土浇筑施工。这样不仅简化了旁通道及泵站开挖构筑施工工艺,缩短了工期,加快了施工速度,而且提高了工程质量。

6 上海轨道交通明珠线二期蓝村路站-浦东南路站区间隧道旁通道及泵站施工情况

上海轨道交通明珠线二期蓝村路站-浦东南路站区间隧道旁通道及泵站开挖构筑工作自2002年10月6日开始施工,10月11日旁通道部分采用矿山法开挖挖通,11月17日整个旁通道及泵房结构施工完毕。监测结果显示地表最大沉降量为16mm,隧道内管片最大沉降量为6mm。这说明采用冻结法加固的情况下,用矿山法开挖地铁旁通道对周边环境的影响完全处在安全范围内。该旁通道工程的成功实施,为上海市区建筑物下地铁隧道施工及过江隧道施工积累了有益的经验,是冻结法加固地层矿山法开挖在市政工程中的一次成功实践。参考文献: [1]陶龙光,巴肇伦.城市地下工程[M].北京:科学技术出版社,1999. [2]孙钧.地下工程设计理论与实践[M].上海:上海科学技术出版社,1996. [3]陈仲颐,周景星,王洪瑾.土力学[M].北京:清华大学出版社,1997.

第五篇：钢结构加固整改处理方案

安徽省路网交通建设集团有限公司

淮上科创产业园PPP项目

钢结构加固整改处理方案

编制人：

审核人：

审批人：

设计单位意见：

安徽省路网交通建设集团有限公司

日期： 2017年08月02日

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2、a3#厂房柱间支撑加固整改处理方案

一、工程概况

(1)单体概况：蚌埠市淮上区科创产业园a2#、a3#钢结构厂房工程，由蚌埠市正启和城市发展有限公司建设，浙江省建工建筑设计院有限公司设计，蚌埠市勘测设计研究院勘察，安徽省路网交通建设集团股份有限公司施工。本工程为一层轻钢结构工程，建筑面积a2#、a3#厂房各为12948平方米，建筑高度均为8.4米。

(2)a

2、a3#钢结构厂房在前期施工过程中，为了赶工期在施工图纸不完善的情况下开始施工。设计图纸确定后发现A~N轴交2~3轴、7~8轴、12~13轴、16~17轴、22~23轴柱间支撑布置形式以及规格与设计图纸不符，按照设计图纸要求柱间支撑节点如下：

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二、整改处理措施

经过现场巡查与设计图纸比对，主要存在以下问题：

1、整改前柱间支撑杆件布置形式为上下对角斜拉的两道，与设计图纸系杆支撑上下各两道不符;

2、斜拉杆件与柱的连接采用焊接，与设计图纸要求的高强螺栓连接不符;

3、水平系杆上部的斜拉杆件规格与设计图纸不符(设计为直径25mm圆钢，现场为直径20mm圆钢)。

发现问题后，项目部高度重视，经与设计单位、我公司相关部门的专业技术人员、钢结构单位相关专业技术人员共同协商，考虑到不影响厂房整体结构的稳定，避免因整改造成厂房主体结构变形或失稳。针对以上问题整改措施如下：

1、按设计图纸要求，系杆上下各设置一道柱间支撑;

2、考虑到焊接应力和变形的影响，原钢构柱已施工的连接板不动，圆钢与连接板采用焊接，替代原高强螺栓的连接方式;

3、更换所有规格不符的杆件。并且在施工过程中采取“拆一换一”的方式进行，确保已施工厂房结构的整体安全。