浅谈高层建筑逆做法施工技术
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摘要：
为了节约用地,不断有高层建筑出现在建筑密集地带。建设场区狭小,给工程施工留有的空间很小,在高层基坑开挖时,对周围建筑物的影响就必须给予更加重要的考虑。逆作法是一项新兴的基坑支护技术。实践证明,利用逆作法施工高层建筑多层地下室，和其他多层地下结构的具有良好的经济效益和社会效益。
关键词：高层建筑 逆作法施工施工技术
中图分类号： TU208 文献标识码： A
前言：
逆作法技术不是一项单纯的施工技术,它要求将地下结构设计与施工设计紧密结合在一起。本论文对逆作法施工工艺的具体应用进行了介绍,详细说明了逆作法的效果,重点研究了地下水平支撑体系和竖直支撑体系的设计与施工,在逆作法施工中,地下连续墙和支撑立柱共同构成了地下结构承载体系。地下连续墙和立柱,既是施工过程中的临时支护体系,同时又要作为地下结构的永久结构体系,因此逆作法设计不仅是施工设计同时也是结构设计,两者必须紧密结合。地下连续墙在逆作法施工中既是挡土墙又是结构墙和防水墙,“三墙合一”。
一、逆作法的分类
按挖方时是否同时浇灌地下室各楼层板,逆作法施工分为封闭式逆作法(全逆作法施工)和敞开式邀作法(半逆作法施工)施工两种。封闭式逆作法的施工按施工导柱及导柱基础的形式,可大致分成五类。
1、利用深基础的逆作法
利用深基础的逆作法就是先在导柱的位置挖桩孔,使之达到设计标高,然后利用提升钢模工艺,浇灌地下室混凝土导柱或在挖孔桩内插入钢结构导柱,并沿其向下逆作施工。为防止钢制导柱被压弯,可在导柱与深基础之间用沙子、砂砾和水泥拌合等填充。对于易产生隆起的软弱粘土,应尽量地避免采用此法。另外,因为作业人员要下孔作业,应对涌水、缺氧、有害气体等采取必要的防范措施。
2、利用大直径墩的逆作法
利用一台大直径钻机先在每根柱子下方施工导柱基础,然后插入钢结构导柱或用提升钢模工艺浇灌地下室混凝土柱,尔后向下进行逆作业施工。当采用钢结构柱时,可以在地面使用微调柱芯方向和高度的专用机具,以调整导柱的位置。
3、利用灌注桩的逆作法
利用与全套管灌注桩相同的施工工艺同时施工桩基和地下部分导柱,并将混凝土打到第一层楼板的一种方法。此法作业人员原则上可以不下到桩孔中,与深基础工法相比,安全性好,但是,难于在地面上确保导柱的垂直性,事后也难于修正。这一工法最具代表性的是预压桩柱工法。
4、承托主体结构的逆作法
该做法是完全将承托主体结构的支柱当作临时构件施工,主体的结构柱另行施工。支承主体结构的支柱一般设置在主体柱的对角线上。临时支柱可以根据结构规模、锚固部位的土质不同,分别采用工字钢、H型钢,现浇混凝土柱。
5、悬吊工法
该工法系利用在地下主体中临时拼装的斜撑,将上部结构荷载传至外侧的挡土墙,当不能单用挡土墙支承上部主体荷载时,可在中央部位架设支柱,本法可用于小规模的工程现场。
二、逆作法施工技术的历史与现状
随着国民经济的发展,我国一些城市高层建筑越来越多,建筑物基础也越建越深,对深基坑的开挖支护技术也提出新的要求。1990年以前高层建筑较少,基础开挖深度较浅,所以基坑支护多以放坡开挖或悬臂式支护为主。1990年以后高层建筑逐年增多,基坑开挖也逐渐加深,一般为2一3层地下室,这时基坑的支护再以放坡开挖或悬臂式支护已不再经济并难以满足要求,所以多以地下连续墙桩锚支护或墙锚排桩支护为主,桩锚支护或墙锚排桩支护在技术上虽然安全可靠,但工程造价较高。到了1994年以后,随着高层建筑的日益增多,对基坑支护技术的要求也越来越高。在技术上不仅要安全可靠,而且要求经济节约。从而出现了土钉和土钉墙加预应力锚索综合技术。土钉和土钉墙加锚索综合技术的出现为深基坑的开挖带来巨大的经济效益和社会效益。因为它不需要单独的施工工期,可以与挖土同步施工,所以施工速度快,而且经济。一般其单位工程造价仅为桩锚支护工程单位造价的1/2~1/3而且在技术上安全可靠。所以1994年以后在基坑支护工程中出现土钉支护已占主流,约占总基坑支护工程的70%以上。尽管土钉支护技术有很多优点,但是该项技术也有一定的局限性和适应范围,例如在淤泥、砂层以及地下水位较高的土层就不宜应用,否则就会失去该项技术的优越性。所以,在不同的工程地质及水文地质条件和不同周围环境条件下,选择不同的支护方案是重要的,不管是桩支护,还是桩锚支护,或是土钉墙支护都有它的优点和局限性,只有对这些技术的深刻理解及合理运用才会收到好的效果。否则就会犯原则性的错误,将会给工程造成不应有的经济损失。近年来随着深基坑开挖工程的逐渐增多,深基坑支护技术有了很大的发展,逆作法就是一项近几年发展起来新兴的基坑支护技术。
三、逆作法工作机理
逆作法施工是一个分步的施工过程,结构的主要受力构件兼有临时结构和永久结构的双重功能,其结构形式、刚度、支承条件和荷载情况随开挖过程不断变化,结构受力不仅与施工方法、开挖步骤和施工措施关系密切,而且荷载效应存在继承性,即这一施工过程在结构中产生的内力和变形,是前面各施工过程受力的继续,使用阶段的受力是施工阶段受力的继续。在逆作法中地下结构外墙同时作为基坑围护挡土墙,地下结构各层楼板结构同时作为水平支撑,地下结构的部分竖向构件(结构柱和桩)同时作为底板浇筑前的竖向支承构件。这三部分构件的共同作用完成了地下结构的逆作法施工。地下结构外墙作为施工阶段的挡土结构主要承受横向荷载,同时也承受水平构件传来的竖向荷载,横向荷载通过水平楼板结构承担,而竖向荷载在结构内部的竖向构件和外墙之间分配。在基础底板施工后,由于底板的调整分配作用,竖向荷载在外墙和桩基之间进行分配。地下结构水平构件作为支撑的设计,应充分考虑水平支撑在基坑开挖过程中的受力特点:在满足主体结构要求的同时,选择合理的结构形式;在保证竖向承载的同时,满足水平方向的承载能力。由于地下结构水平构件作为支撑的支撑刚度远大于临时支撑,逆作法的基坑变形较小,因此宜采用静止土压力设计计算作为支撑的水平构件。逆作法中竖向构件的设计应在主体结构竖向构件设计的基础上,满足在基础底板完成前上部结构的施工层数要求。由于基础底板尚未形成前,竖向构件均为单独受荷,因此应提高该阶段竖向受力构件的安全度。同时应注意在逆作法的基坑开挖和形成结构过程中,由于垂直荷载的增加和土体的卸载,将会影响边墙和内部一柱一桩等竖向构件沉降的差异,因此而产生的对结构体系的影响比顺作法严重得多。竖向支承系统过大的差异沉降,不仅会在水平构件中产生较大的附加应力,而且会给节点连接带来困难,设计中应给予充分考虑。在对逆作法主体地下结构与围护结构的结合进行整体分析的同时,应对逆作法中的施工问题给予充分考虑。
四、逆作法施工程序
逆作法的基本施工程序见图1,其具体过程为:
1、按基础面积,先施工四周的支护结构,支护体系采用地下连续墙或排桩支护,排桩采用冲孔桩、钻孔桩或挖孔桩等。
2、再施工挖孔桩。基础若是桩基采用上述排桩施工的方法,基础若是天然地基可采用挖孔墩。中间支承柱目前在逆作法施工时大部分是临时采用钢管柱或型钢柱(宽翼面工字钢)支承,挖土完成后再作外包混凝土。当采用挖孔桩时可支模采用钢筋混凝土柱。
3、利用地下室一层的土方夯实修正后作地模,浇灌地下室一层的顶层钢筋混凝土梁板,并在此层预留出挖土方的出土洞若干个。
4、进行地下室一层土方的推土、挖土和运土到室外卸土区。
5、重复程序3进行地下室二层梁板混凝土的浇筑,同样要在楼板中预留出土洞。
6、重复程序4进行地下室二层的土方外运。
7、重复程序3、5进行地下三层的梁板混凝上的浇筑。同样要在楼板中预留出土洞。.重复程序4、6进行地下室三层的土方外运。
图 1
采用逆作法施工工艺有两个最基本的特点:
1、其施工用的围护结构应该是永久性的(但也有采用临时性支挡结构),而且是作为建筑物主体受力结构的一部分,所以,一般是地下墙作围护,并于内部施工时再复以内衬,成为一共同受力的复合结构。
2、地下室工程由上而下进行地下工程的结构施工,同时,由下而上进行地上工程的结构施工,其作业程序见图1。但是各种逆作法的施工程序有所不同。
全逆作法可按下述步骤施工:
2.1、沿地下室四周用排桩或地下连续墙作围护结构;
2.2、当地下室底板是建立在群桩基础上时,先进行桩基施工
2.3、在地下室各柱子的截面中心处作支撑各层楼盖的临时立柱及其
基础;
2.4、利用地模或其他支撑方法浇筑地下一层的顶盖梁板混凝土,顶盖支撑于临时立柱上并通过边梁与四周的围护结构连结,形成第一道水平内支撑;
2.5、挖除顶盖下面地下一层的土方;
2.6、利用地模或其他支模法浇筑地下二层的顶盖梁板混凝土,顶盖支撑于临时立柱上,形成第二道水平内支撑;
2.7、若地下室仅两层,则浇筑底板混凝土,然后浇筑侧墙混凝土和
叠合柱子的外包混凝土,完成地下结构施工;
结束语：
总之,逆作法施工技术是一项全新的施工工艺,其节约施工场地、加快施工进度、降低工程成本,并且该技术对基坑以外的周边环境影响甚小。随着科学技术的进步特别是计算机技术的普及和发展,新的机械设备和仪器的广泛应用于工程项目上,施工能力和精度及施工组织协调能力大大提高,保证了逆作法施工技术日益走向成熟并得以大力推广。
参考文献
[l]叶可明.王允恭.李宝江.上海高层建设多层地下室逆作法施工技术.建筑施工.988,(4):2一7页
[2]陈颖.软土地基多层地下室逆作法施工技术.建筑施工.1994,15(5):26一29页