1、202212Building Construction3010逆作法“一柱三桩”托换梁受力机理研究邓 亮1,2 龙莉波1,2 谷雪影3 于亚磊1,2 章 谊1,2 富秋实1,21.上海建工二建集团有限公司 上海 200080；2.上海建筑工程逆作法工程技术研究中心 上海 200080；3.上海城建职业学院 上海 200080摘要：为研究“一柱三桩”新型竖向支撑体系中托换梁的力学行为，选取B0和B1层的托换梁的上下皮钢筋进行了自动化实时监测。监测结果表明：上下同步逆作施工过程中托换梁结构均处于安全状态；托换梁下方土方开挖工序和格构柱割除工序对托换梁影响较大，其余施工工况对托换梁影响较小；逆作法基
2、坑施工过程中，托换结构整个断面均处于受压状态，现有设计将其直接简化为简支梁计算是偏于保守的。关键词：逆作法；一柱三桩；托换梁；实时监测中图分类号：TU753 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2022)12-3010-04 DOI：10.14144/ki.jzsg.2022.12.056Study on Mechanical Mechanism of Underpinning Beam with One Column and Three Piles By Reverse Construction MethodDENG Liang1,2 LONG Libo1,2 GU Xueying
3、3 YU Yalei1,2 ZHANG Yi1,2 FU Qiushi1,21.Shanghai Construction No.2(Group)Co.,Ltd.,Shanghai 200080,China;2.Shanghai Engineering Research Center of Top-Down Method in Construction Engineering,Shanghai 200080,China;3.Shanghai Urban Construction Vocational College,Shanghai 200080,ChinaAbstract:To study
4、the mechanical behavior of underpinning beams in the new vertical bracing system of one column and three piles,the upper and lower steel bars of the underpinning beams in floors B0 and B1 are selected for automatic real-time monitoring.The monitoring results show that the underpinning beam structure
5、 is in a safe state in the process of synchronous reverse construction from top to bottom;the earthwork excavation process and lattice column removal process under the underpinning beam have a greater impact on the underpinning beam,while other construction conditions have a smaller impact on the un
6、derpinning beam;the whole section of the underpinning structure is under pressure during the foundation pit construction with reverse construction method and it is conservative to directly simplify it to simply supported beam in the existing design.Keywords:reverse construction method;one column wit
7、h three piles;underpinning beam;real time monitoring有待进一步研究。本文结合案例，对“一柱三桩”体系的托换梁结构内力进行全过程监测，取得大量的监测数据，可为后续“一柱三桩”托换体系的设计和施工提供依据。1 工程概况上海虹桥进口商品展示交易中心（二期）4#楼，分地上3层、地下3层。其中，地上为钢框架-中心支撑结构体系，地下为钢筋混凝土框架结构体系（图1）。基坑开挖面积约15 206 m2，采用上下同步逆作法工艺。上部结构在使用过程中对柱的位置和尺寸有限制，在主楼区域的柱位处，采用传统的“一柱一桩”竖向支撑体系已无法满足设计要求，因此采用了图2所
8、示的“一柱三桩”支撑体系。由于缺乏可供参考的工程资料，在“一柱三桩”托换梁设计过程中，首先将其简化为简支梁，再对其进行配筋计算。其中，B0板换梁截面尺寸为1.6 m2.0 m，下部纵向钢筋3232 mm，上部纵向钢筋1632 mm，混凝土强度等级C35。B1板托换梁截面尺寸为1.0 m1.8 m，下部纵向钢筋928 mm，上部纵向钢筋928 mm，混凝土为C35。逆作法通常采用“一柱一桩”作为竖向支撑，施工阶段开挖暴露的钢管混凝土柱作为临时柱，埋入土体的部分为桩，每层楼板施工完成后对暴露的钢管混凝土柱外包混凝土形成永久柱1-3。当施工过程中上部荷载较大，上部结构柱间距较大时，“一柱一桩”可能出
9、现单桩承载力不足的情况。为此，提出了“一柱三桩”托换体系，在钢管混凝土柱左、右两侧设置钢格构柱，通过托换梁将上部荷载传递到下方支承柱上，形成“一柱三桩”体系。待中间的钢管混凝土柱外包混凝土完成后，切除两侧钢格构柱。目前，鲜有学者开展相关研究，陆钟伟4在明天广场项目上使用过“一柱四桩”，受限于技术条件，缺乏可靠的监测手段，可供参考的资料有限。托换梁在基坑施工过程中的力学变化规律尚未可知，“一柱三桩”托换体系的安全性作者简介：邓 亮（1994），男，硕士，助理工程师。通信地址：上海市杨浦区河间路2号（200090）。电子邮箱：收稿日期：2022-06-11科学研究SCIENTIFIC RESEAR
10、CH建筑施工第44卷第12期3011一柱一桩格构柱槽壁加固1 000 mm地下连续墙钢管混凝土柱地下室B0板地下室B1板地下室B2板3F2F1FB1B2B3图1 4#楼结构示意1 6008001 400（1 700）1 0004 0008002 400（2 700）1 600地下室顶板混凝土梁地下室顶板混凝土梁加劲肋厚度同钢柱环板纵向主筋格构柱柱侧开 50溢浆孔柱侧开口方钢管型钢梁托换梁高侧标高8 19栓，钉长120上下排间距200混凝土梁中心标高85015085080015050018150F11 000格构柱加劲板圆形立柱B0板托换梁B1板托换梁钢筋预留钢筋接驳器钢牛腿，厚度同钢柱8008
11、002 400（2 700）2 400（2 700）201501 000300F1F4F4托换梁高侧标高节点横隔板（a）平面示意（b）剖面示意（c）“一柱三桩”支撑体系现场图2 B0层“一柱三桩”托换体系示意2 现场监测2.1 监测方案为研究托换梁在施工过程中的力学响应规律，采用振弦式应变计对B0板托换梁、B1板托换梁上、下部纵向钢筋应力进行了自动化实时监控。B0板托换梁监测点布置如图3所示。钢柱右侧设置3个截面1-1、2-2、3-3，左侧设3个截面4-4、5-5、6-6。每个截面上部纵向钢筋、下部纵向钢筋各布置1个测点。B1板托换梁监测点布置同B0板。应变传感器安装后，随即采集初始频率，正常
12、监测期间，采样频率为15 min/次。梁内受力钢筋监测点十字梁顶7007007006 5412 36 5412 3700700700托换梁顶梁内受力钢筋监测点梁应变监测点地下室顶板混凝土梁地下室型钢梁（a）B0板托换梁（b）平面示意图3 B0板托换梁测点布置示意2.2 现场施工工序监测工作自2020年10月开始，此时进入B0板下部土层（B1层）开挖阶段。表1为现场施工工序。B1层钢柱外包混凝土施工时间约为2020年11月25日，B2层钢柱外包混凝土施工时间约为2021年2月4日。表1 现场施工工序工况施工时间工况内容2020-10-01B0板下部土层开挖2020-11-05B1板浇筑2020-
13、11-27B1板下部土层开挖2021-01-08B2板浇筑2021-03-19B2板下部土层开挖2021-04-22大底板浇筑（5月中旬拆除格构柱）3 监测数据分析3.1 B0板托换梁受力分析图4为B0板托换梁截面1-1截面6-6钢筋应力变化曲线。负值为受压、正值为受拉。表2为典型时刻钢筋应力值。逆作法施工时的梁及楼板主要承担来自水平向的水、土压力，位于梁、板体系中的托换梁也不例外，由图4可见，钢柱左右两侧的托换梁在整个基坑开挖过程中基本处于全断面受压状态，且上部钢筋的压应力均小于下部钢筋。但对称截面位置在数值上并不一致，差异较为明显。2020年9月30日，B0板下部土层开挖前，钢筋应力集中在
14、0.111.84 MPa。随着B0板下部土层开挖，上、下部钢筋压应力逐渐增大，但托换梁的上下部基本均处于受压状态，应力变化幅度较大的时期主要为I、阶段。阶段I末，托换梁上部钢筋最大压应力为17.94 MPa，位于截面5-5。托换梁下部钢筋的最大压应力为12.93 MPa，位于截面1-1。阶段（B1板浇筑）、阶段（B1板下部垫层开挖）由于开挖深度增加，围护结构水平变形增大，整个水平支撑体系受力持续增大，监测到钢筋压应力持续增大。阶段末，上部钢筋最大压应力为24.57 MPa，位于截面邓亮、龙莉波、谷雪影、于亚磊、章谊、富秋实:逆作法“一柱三桩”托换梁受力机理研究202212Building Co
15、nstruction3012 钢筋应力/MPa钢筋应力/MPa日期上部纵向钢筋下部纵向钢筋（b）截面2-2（c）截面3-3（d）截面4-4（e）截面5-5（f）截面6-62020-09-302020-10-152020-10-302020-11-142020-11-292020-12-142020-12-292021-01-132021-01-282021-02-122021-02-272021-03-142021-03-292021-04-132021-04-282021-05-132021-05-282021-06-12日期2020-09-302020-10-152020-10-30202
16、0-11-142020-11-292020-12-142020-12-292021-01-132021-01-282021-02-122021-02-272021-03-142021-03-292021-04-132021-04-282021-05-132021-05-282021-06-12日期2020-09-302020-10-152020-10-302020-11-142020-11-292020-12-142020-12-292021-01-132021-01-282021-02-122021-02-272021-03-142021-03-292021-04-132021-04-282021-05-132021-05-282021-06-12日期2020-09-302020-10-152020-10-302020-11-142020-11-292020-12-142020-12-292021-01-132021-01-282021-02-122021-02-272021-03-142021-03-292021-04-132021-04-282021-05-132021-05-2
