一种地下厂房岩壁吊车梁结构施工方法及结构体系

技术领域

本发明涉及地下洞室相关施工技术领域，具体涉及一种水电站地下厂房岩壁吊车梁施工方法及结构体系。

背景技术

岩壁吊车梁是一种钢筋混凝土与岩体共同受力的结构型式，它具有结构简单、减少厂房洞挖石方，厂房开挖结束可较快投入使用等特点。其原理是利用锚杆的抗拉拔力和地下厂房边壁岩体壁座的摩擦力，将钢筋混凝土吊车梁锚固在地下厂房边壁完整稳定的岩体上，使钢筋混凝土吊车梁与地下厂房边壁岩体形成一个牢固的整体。作用在吊车梁的荷载通过锚杆和梁与岩体结合面上的摩擦力传递到地下厂房边墙岩体中，充分利用了围岩的承载能力，所以岩壁吊车梁在地下厂房中被广泛采用。

由于岩壁吊车梁的力学性能不仅取决于围岩、锚杆和钢筋混凝土梁体等材料的力学特性，而且受到梁体与岩壁接合面、锚杆与注浆体及注浆体与孔壁岩体的粘结面等多个界面力学行为的影响。现有岩壁吊车梁大多采用两排受拉锚杆(索)和一排受压锚杆(索)来将钢筋混凝土梁固定在岩壁上(具体可以参见专利CN202020117968.3/CN202122826384.0)，对岩壁梁的承载力的加强也大多仅仅针对锚杆，未能增添或改变相关构件，如：增加锚杆数量、改变锚杆布局方式和加深锚杆入岩深度等等，但由于锚杆抗剪强度不高，主要以受拉为主，所以这仅仅提高了其抗拔能力，抗压和抗剪能力未能显著提高，而且剪切破坏属于脆性破坏，一旦发生是毫无预兆的，给后期使用带来极大风险。而且传统模板支护体系，在安装岩壁梁侧模时,需在岩壁梁侧面搭设满堂脚手架，占用大量操作空间的同时也增加了人力物力成本，给施工带来不便。所以，岩壁式吊车梁仍有很多关键问题需要进行研究，有必要研发新型岩壁梁施工以及混凝土浇筑施工方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种地下厂房岩壁吊车梁结构体系及施工方法。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种地下厂房岩壁吊车梁结构施工方法，包括以下步骤：

步骤1开挖岩壁，在岩壁上施作上排预埋拉杆、预应力锚杆、预埋型钢和下排预埋拉杆；所述的上排预埋拉杆、预应力锚杆位于岩壁的上竖直面上，所述的预埋型钢位于岩台的斜面上，所述的下排预埋拉杆位于岩壁的下竖直面上；

步骤2进行底模和侧模的施工，其中底模位于下排预埋拉杆上方并固定，其中侧模竖直设置且通过位于上排预埋拉杆和下排预埋拉杆固定；

步骤3将预应力锚杆通过后搭接锚杆连接后与侧模相连，在底模上放置与步骤1中预埋型钢方向垂直的槽钢，在底模和侧模形成的空间内放置钢筋笼，并预留钢筋；

步骤4浇筑岩壁梁并养护；

步骤5待岩壁梁养护完成后，拆除侧模、底模以及其他辅助安装架；

步骤6将步骤3预留的钢筋与构造柱钢的钢筋相连，浇筑构造柱。

作为进一步的技术方案，所述的预埋型钢与和其相邻的预应力锚杆形成三角布置。

作为进一步的技术方案，所述的预应力锚杆上下设置两排。

作为进一步的技术方案，所述的下排预埋拉杆向上倾斜设置。

作为进一步的技术方案，步骤2中，先安装排架，然后在排架顶托上安装工字钢梁，在工字钢梁上固定型钢三脚架，在型钢三脚架上固定方木，方木与底模相连。

作为进一步的技术方案，步骤2中，底模安装完成后其与岩壁下拐点处利用木条+砂浆进行补缝。

作为进一步的技术方案，步骤2中，所述侧模位于型钢三脚架上，且与型钢三脚架连接；侧模安装时，使用双面胶条填充侧模与底模之间及侧模之间的缝隙；侧模采用上下两排预埋拉杆固定，侧模背后布置竖向上下均设置有预埋拉杆孔位的多排槽钢；槽钢背后设有型钢，型钢钢板上穿孔，双螺帽与预埋拉杆焊接加固。

作为进一步的技术方案，步骤2中，步骤4中，岩壁吊车梁混凝土分仓进行浇筑，相邻仓段混凝土设置键槽。

作为进一步的技术方案，吊车梁顶面设置轨道槽和集水坑。

第二方面，本发明实施例还提供了一种地下厂房岩壁吊车梁结构体系，通过所述的地下厂房岩壁吊车梁结构施工方法形成。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

1.本发明区别于常规岩壁梁施工方法，为提高岩壁梁的承载力，在浇筑混凝土之前预埋型钢来替换普通锚杆，间隔施作构造柱，并在构造柱上面的岩壁梁里面预埋横向槽钢，可使岩壁梁整体受力更加合理，支设自承式模板支架，无需搭设过多满堂脚手架，采用在岩壁梁里面预埋拉杆的方式，将高强度钢侧模支护拉住。

2.本发明在岩壁吊车梁下方钻孔预埋型钢，替换传统抗压锚杆，增强岩壁梁的抗压能力的同时大幅度增强其抗剪能力，弥补抗剪能力的不足同时型钢具有强度大，韧性好的特点，破坏时为延性破坏，可及时发现采取加固措施，并与预应力锚杆形成“三角形”布置排列方式，受力更加合理。

3.本发明的锚杆为预应力锚杆，通过施加预应力，可提高岩体与浇筑体的界面粘结强度，减少裂缝数量。

4.本发明在岩壁梁下方隔段设置构造柱，可分担传递岩壁梁自重以及上部荷载，提高岩壁梁承重能力。

5.本发明在构造柱上方岩壁梁里预埋横向槽钢，利用钢材强度大特点，分散上部荷载，使构造柱受力更加均匀，避免应力集中，充分发挥其承载作用。

6.本发明在进行混凝土浇筑过程中实时进行温度检测，必要时埋设冷却水管通水冷却，避免大体积混凝土浇筑时混凝土温度过高，从而影响混凝土成型后的质量与强度。

7.无需搭设侧面满堂支架，保证一部分空间的正常使用，避免了支架的搭设和拆除。

8.本发明在岩壁梁上表面预留螺栓孔，后期可安装缓震装置，减轻吊车对岩壁梁的震动影响，延长岩壁吊车梁的使用年限。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是实施例中第一步对应的示意图；

图2、图3、图4、图5是实施例中第二步对应的示意图；

图6是实施例中第三步对应的示意图；

图7是实施例中第四步对应的示意图；

图8是最后得到的示意图；

图中：1预埋拉杆，2预应力锚杆，3预埋型钢，4预埋拉杆；5工字钢梁，6脚手架，7型钢三角架；8方木，9底模，10锚头，11型钢，12侧模，13槽钢，14后搭接锚杆，15横向槽钢，16集水坑，17轨道槽，18预留螺栓孔，19构造柱，20岩壁梁。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种地下厂房岩壁吊车梁结构体系及自承式施工方法。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图8所示；本发明提出的地下厂房岩壁吊车梁结构体系施工方法如下：

1.预应力锚杆施工和预埋型钢施工

岩壁梁在进行施工前，使用预埋下插型钢替代部分常规锚杆(索)，首先组织进行预应力锚杆2施工、预埋拉杆1、预埋拉杆4和预埋型钢3施工，采用“先注浆，后插锚杆”的施工方式，具体施工方案如下：

1-1岩壁开挖：首先进行岩壁开挖，开挖完成后，平整断面，将表面断层泥和松动介质清除干净并用高压风水枪冲洗岩面，保证岩面清洁湿润、无欠挖、无松动岩石方能进行基面验收。

1-2测量放点：根据工程所需位置，测量放出每个预应力锚杆2与预埋型钢3的点位，并进行标注，具体的可以用红漆标出；两排锚杆分别用“×、○、”，上下两排拉杆分别用“+、-”，下插型钢用

1-3施作预应力锚杆2和预埋拉杆1、预埋拉杆4：锚杆孔和预埋拉杆孔釆用多臂钻进行钻孔，钻孔完毕后用高压风吹洗钻孔,清除孔内残渣及孔壁浮渣，并吹干孔内积水；具体的，孔径为Ф70mm，钻孔根据测量放出的点位进行造孔，采用“三次校杆法”保证钻孔精度，即：在刚开钻时只旋转不冲击，待钻头钻进岩层后进行第一次校核，钻孔精度满足要求再开冲击，等冲击器钻进岩层后，第二次进行校核，精度满足要求再进行钻进，待第一根钎钻进岩层后，再进行第三次校核钻杆精度，满足要求才能继续钻进；在第一节钻杆上加两组扶正器，保证钻杆钻进的精度。钻孔完毕后用高压风吹洗钻孔,清除孔内残渣及孔壁浮渣，并吹干孔内积水。

1-4钻孔完毕后，进行注浆。灌注的浆液为M20-M30水泥砂浆，为确保注浆饱满，注浆前，先将注浆管插入孔底然后再拔出50mm～100mm，注浆压力不小于5MPa的注浆机全孔注浆，注浆过程中注浆管缓缓地从孔底拉出。砂浆注好之后，应迅速将预埋锚杆2和预埋拉杆1、预埋拉杆4锚固段插入孔中，插入时须进行临时封孔，以免砂浆外溢太多。为方便后期安放钢筋笼和安装模板，以及减小其施工对预埋锚杆2的扰动，预埋锚杆2的外露长度伸出岩面0.5m-1m。

待养护完毕且钢筋工程和模板工程完成，将其他锚杆与预埋锚杆2搭接。当杆体深度达到设计锚固长度时，应将孔口填满砂浆，然后临时封堵孔口，待砂浆初凝后去除。然后进行锚固端养护，养护时间不少于5-7天。此期间为节省工期，可进行钢筋工程和模板工程。

1-5施作预埋型钢3的植筋孔：采用悬臂台车配合人工施工，预埋型钢3孔采用水钻钻孔成型，当钻进达到钻坑设计深度后，不能停钻，须达设计深度后稳钻1-2分钟，防止坑底达不到设计孔径。钻孔大小为预埋型钢3尺寸外扩5-10cm，钻孔深度80-100cm，钻孔间距为1-1.5m。

1-7放入预埋型钢3，并注浆：钻孔完毕后，进行清孔，孔内不得有沉渣和水体粘滞。然后将预埋型钢3插入钻孔中，预埋型钢3需使用定位器定位至孔洞中心处，防止预埋型钢3直接与岩体接触。然后进行注浆，注浆体可选用水泥基材料或植筋胶。虽孔深较浅，但钻孔方向为水平方向，需加压注浆，以防注浆欠佳。注浆时需进行封堵，防止注浆体外漏过多。

1-8质量检测：预应力锚杆2达到一定龄期后，按设计要求对预应力锚杆2进行质量检查。施工完成3天后，进行预应力锚杆2无损检测，抽检比例为100％，28天后，进行拉拔力检测检测比例为3根/200根。

该步骤施工完成后的示意图如图1所示，在开挖后的岩台上，从上到下依次设置一排预埋拉杆1、两排预应力锚杆2、一排预埋型钢3和一排预埋拉杆4；其中预埋型钢3固定在岩台的斜面上；预埋拉杆1、预应力锚杆2固定在岩台斜面上部的竖直面上，预埋拉杆4固定在岩台斜面下部的竖直面上。

2.模板搭设

为保证岩壁梁较高的外观质量，岩壁梁斜面底模采用竹胶板，直立面侧模采用定型钢模板，堵头模板和键槽模板采用木模板拼装。斜面模板与基岩面接触的空隙处采用木条+砂浆进行拼补。具体施工要求及步骤如下：

2.1架体搭设：首先安装脚手架6，然后在脚手架6顶托上安装工字梁钢5，用来支撑型钢三脚架7；

2.2底模支撑施工：进行型钢三脚架7安装，型钢三脚架7为定型加工制作，吊车配合人工吊装就位，型钢三脚架7与底模9下部的方木通过中间的三道10×8cm方木连接，单根长度为6m；其中方木8与方木8通过马王钉连接，方木8与型钢三脚架7通过螺栓连接；

2.3底模9搭设：底模9采用竹胶板定型加工制作，单块宽度1.5m，安装前按测量放样提供的边线、中心线及高程点进行立模，底模9采用吊车配合人工进行就位，底模9倾斜安装，底膜9与底模9下部的方木8通过钢钉连接，底模9安装完成后仍然利用测量对其高程及水平位置进行复核。底模9安装完成后其与岩台下拐点处利用木条+砂浆进行补缝。

2.4侧模12安装与固定：侧模12利用工人配合吊车就位于型钢三脚架7的角钢支撑上(侧模12竖直安装)，并与侧模12螺栓紧密连接。侧模12安装时，使用双面胶条填充侧模12与底模9之间及侧模9之间的缝隙，模板面涂刷脱模剂(色拉油)。模板要求组装紧密，拼缝之间不允许有错台，模板组装后要求整个板面平整光滑；侧模12采用预埋拉杆的方法进行加固，其方式为：侧模12采用上下两排预埋拉杆1和预埋拉杆4固定，侧模12背后布置竖向上下均设置有预埋拉杆孔位的多排槽钢。槽钢背后设有型钢，型钢钢板上穿孔，双螺帽与预埋拉杆牢固焊接进行加固。

3.钢筋绑扎及预埋件安装

岩壁梁模板安装完成后，根据预应力锚杆2和预埋型钢3的位置合理安装架立钢筋，然后对梁体其他钢筋及预埋件进行正确的顺序安装。具体施工要求及步骤如下：

3.1搭接锚杆：待模板全部安装完成后，悬臂台车配合人工将后搭接锚杆14与预应力锚杆2搭接，搭接方式采用直螺纹套筒连接。预应力锚杆2自由段内涂无水黄油，外套聚乙烯塑料套管，套管直径应稍大于预应力锚杆2外径，与锚固段接合处用密封塞封闭密实，并对预应力锚杆2施加预应力，采用先张法施工。

3.2受拉区域内的光圆钢筋绑扎接头的末端做成弯钩，螺纹钢筋的绑扎接头末端不做弯钩。钢筋搭接处在中心和两端用绑丝扎牢，绑扎不少于3道。当采用电弧搭接焊连接的钢筋，搭接接头的两根钢筋的轴线位于同一直线上。因后期单独浇筑构造柱，所以需在相应位置预留钢筋，与构造柱钢筋相连。

3.3预埋件均通过测量放线确定出设计安装位置，横向预埋槽钢15、桥及轨道螺栓连接件采用手工电弧焊固定在钢筋网上，水煤气管、电缆管、排水管埋件穿越钢筋网的位置设置“井”字加强筋固定，采用手工电弧焊固定在钢筋网上，上、下端口顶在模板面上并密封，需伸出模板外侧的钢管，采用电钻在模板开孔位置钻设若干圆孔，形成开孔边线，最后人工凿除，钢管与模板之间缝隙用乳白胶胶封，埋设完毕经检验合格后方可进行混凝土浇筑。

4.混凝土浇筑

浇筑分岩壁吊车梁浇筑和构造柱浇筑，先浇筑岩壁梁，然后再通过之前预留的岩壁梁钢筋浇筑构造柱。岩壁吊车梁混凝土分仓进行浇筑，分仓长度约为7m-10m，岩壁梁浇筑由安装间向副厂房方向浇筑，跳仓浇筑，相邻仓段混凝土设置键槽。具体施工步骤如下：

4.1在吊车梁混凝土浇筑前，须将表面断层泥和松动介质清除干净。人工清除岩壁梁混凝土浇筑范围内的浮石、墙脚石渣和堆积物等，并用高压风水枪冲洗岩面，保证岩面清洁湿润、无欠挖、无松动岩石方能进行基面验收。

4.2采用10.0m

4.3在浇筑混凝土之前，应先对混凝土进行塌落度实验，确保混凝土拌合质量。混凝土质量检验合格后，开始浇筑。岩壁梁混凝土采用吊车配合吊罐为主要入仓手段，工人站在悬臂台车上配合机械浇筑。岩壁梁混凝土采用自下而上分层浇筑，浇筑层厚控制在30～50cm之间。第一仓混凝土不埋设冷却水管，根据第一仓岩壁梁混凝土的温度监测情况来确定是否需要进行，若内外温差不满足规范及设计要求，则需要进行预埋温控水管。

4.4人工平仓后，立即将温度计放入混凝土内10cm进行测量混凝土温度，满足温控条件后，采用插入式振捣器振捣，尽量避免触动钢筋、预埋件和锚杆，必要时辅以人工捣固密实。并在侧模上安装附着式振捣器，以保证岩壁梁侧面混凝土面光滑。振捣过程中若出现模板松动情况，可进一步在预埋拉杆上施加预应力，防止模板漏浆。

4.5当混凝土浇筑结束后及时组织人工进行收仓抹面(二期混凝土浇筑部位不需抹面，要进行凿毛)，收面时应自外侧向排水孔方向收面，以确保排水孔排水顺畅。抹面时严格对吊车梁顶面高程进行控制，要求吊车梁顶平整光滑、高程准确，并注意预埋件应露出混凝土面。

4.6混凝土浇筑收仓后12h～18h及时进行洒水养护，并采用毛毡及塑料薄膜布覆盖。待岩壁梁混凝土达到设计强度后，方可拆除岩壁梁模板。

4.7拆除岩壁梁模板、预埋拉杆及支撑脚手架。清理预留轨道及螺栓孔，安装减震装置。

4.8将构造柱19与岩壁梁20接触部位凿毛并用水润湿，整平岩壁，将岩壁梁预留钢筋与构造柱钢筋搭接，然后浇筑构造柱。

进一步的，本实施例还提供了一种地下厂房岩壁吊车梁结构体系，通过前面所述的地下厂房岩壁吊车梁结构施工方法形成。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。