地下室施工中应用的逆作法施工技术

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摘要:本文结合工程实例,对某工程地下室逆作法施工的全过程进行探讨，经工程实践，逆作法施工在城市建设中具有良好的经济效益和实用价值 关键词：逆作法 地下室工程 施工技术 地下连续墙 一、工程概况 某工程项目占地近9380，总建筑面积94800，其中地下总建筑面积19700。该建筑物平面布局呈L型，由一栋28层99.9米高及屋顶5米高写字楼(框架―剪力墙结构)、两栋38层131.4米高（剪力墙结构）及六层30.3米高的综合酒店式商业配套裙楼（框架结构）组成。整个工程均为桩基础，主楼和裙楼地下三层大型停车场，地下三层地面设计标高为-12.200m，基础梁板厚度为1.50m，其基底设计标高为-13.800m，室内外高差按0.30m考虑，坑深为13.50m。建筑物地上部分北、东两侧退线较大，考虑地下室外扩因素，距地界距离除东北角外基本大于5.0m；两侧毗邻顺驰上谷商业街工地，距地界最小处约为2.46m；南侧退地界距离约为8.40 m；西南角局部相邻5层居民楼最小距离约为13.80m,距违章平房为12.3m。 二、基本工艺流程及关键技术 2.1施工工艺流程 连体排桩支撑桩和工程桩两桩合压顶帽梁开挖第一层土到负一层梁板底（-5.1m）完成负一层裙房梁板结构支撑并开挖到负二层梁板底（-9.10m）完成负二层裙房梁板结构支撑，同时盆式开挖完成底板浇筑正施核心主楼同时开挖裙房底板土方施工裙房底板。 2.2关键技术的控制 （1）一柱双桩承载 本工程采用“一柱双桩承载”承受上部结构重量，地下三层结构自重、以及施工荷载总和。地下室柱断面几何尺寸，不能满足包容格构柱几何尺寸，采用两根桩共同承担由一柱承担荷载，削弱变形产生差异，使载荷均匀分配各桩，安全性大大提高。 （2）正、逆作法施工中的挖土控制 ①挖土和运土、出土等土方工程是逆作施工的重要环节，本工程总土方量为8.58万m3，采用：负一层正施开挖，出土量为3.11万m3，占总出土量的36.3%，写字楼部分正施作为大出土口，设计为车道，土方运行车直接驶入基坑运土，以提高功效 ②中间部分采用盆式开挖，大开挖加快了土方的施工功效。 ③周围逆作施工部位有梁板顶盖的部分，挖土难度大，周期长，是本工程工期进度控制的关键因素，同时也是施工安全变形产生的主要因素，挖土时采用0.15m3、0.4m3小型挖土机与人工开挖相组合施工，地下水平运输采用以运行车运输为主，人力拖车为辅直接运出工地。 （3）楼板沉降差异控制和围护监测 本工程逆作法是先施工裙房地下室梁板体系，后施工基础大底板，施工前期部分受力的工程桩因土方开挖引起基坑内土体的向上产生回弹，所以各根主楼桩会有沉降差，对浇筑的梁板体系产生裂缝，危及主体结构，因此一定要控制沉降差值。根据荷载与地基地质指标进行沉降估算，观测差一般结构可允许为10~20mm，本工程控制沉降差≤10mm。 施工现场的监测，反馈信息是控制变形。围护桩墙体沉深度变形观测埋设测斜管，东西两侧各3个点，南北两侧各2个点，共计10个。负一、负二层板内应力板10个，约合388m设置一个点。梁内应力点15个。 （4）坑内外降水和观测 ①微承压水井：用泵直接进入深16~25m粉质粘土层的微承压水，降低水压水头防止坑底出现管涌和隆起，使抽水井抽水不抽泥、降压不减水。 ②作潜水降水的大口井 基坑内采用Φ500mm无砂水泥管，等粒径碎石，透水直径不小于700mm，井深为20.0m共计17口的大口井作潜水降水。终让水位控制在作业面以下1.0~2.0m左右。 ③观测井（兼作回灌井） 在居民楼设三个观测井（兼作回灌井）；在其南侧设观测井（兼作）抽水井，观测施工过程周围环境水文变化，必要时采取北灌南抽等措施达到较为均匀沉降。 三、咬合式连体灌注排桩地下连续墙的施工 咬合式连体灌注排桩地下连续墙是通过专用的挖（冲）槽设备，沿着地下建筑物或构筑物的周边，按预定的位置，冲钻出具有一定宽度与深度的沟槽，用泥浆护壁，并在槽内设置具有一定刚度的钢筋笼结构，然后用导管浇灌水下混凝土，分段施工，用特殊方法接头，使之联成地下连续的钢筋混凝土墙体，其主要用于：基坑开挖和地下建筑的临时性的永久性的挡土结构；地下水位以下的截水、防渗；部分工程的墙体还承受上部建筑的永久性荷载兼有挡土墙和承重基础作用；邻近建筑物的支护；具有消除相邻振动影响的的隔振墙等。基坑支护采用的是传统的密排钻孔灌注桩，由一排彼此独立、互不相连的钻孔灌注桩组成，桩径Φ920，桩距@920mm,桩与桩之间相切。（见图1） 图1 支护施工现场平面布置图 咬合式连体灌注排桩地下连续墙施工是若干个圆柱体彼此连接成为整体的圆柱体墙壁，地连墙则是一道矩形断面的整体平板面。从其断面（图2）可以直观看出，需打通桩与桩之间薄薄的夹缝土，促使桩身砼彼此贯通，让独立分离的钻孔灌注桩连接成一个整体。把这些独立排列的钻孔灌注桩串联起来，形成整体连续，既能挡土又能止水的边体灌注排桩。 图2 咬合式连体灌注排桩地下连续墙断面图 四、咬合式连体灌注排桩地下连续墙施工步骤 4.1浇筑导墙 本工程由于先行翻槽，地表原状土已遭破坏，成槽施工时极易坍塌，给成槽施工带来一定困难。制作砼导墙可以缓解这方面带来的一些困难。导墙是重要的施工辅助措施，其作用在于保持泥浆液面，准确控制连体排桩的标高和平面位置，保证其垂直精度，为施工机械提供良好的作业平台。断面尺寸及标高取决于地表土性质及地下水位高低。见（图3）。 图3 导墙断面图 4.2成槽 由于地表土比较疏松，极易坍塌，采用双头钻成槽机，每钻成槽宽度2m。成槽作业按单位槽段进行，单元槽段宽度为2m、4m、6m三种。表土好，单元槽段取宽者，地表土差，单元槽段取窄者。 本工程先暂取单元槽段2m进行，取得实地经验后逐步加宽到4m或6m。2m宽槽段投钻一次，4m宽槽段投钻2次，6m宽槽段投钻3次。第二次投钻时，组合钻机侧面设置的导向板会沿着前一钻的空腔滑行，起到导向作用，使前后，确保在同一单元槽段中，前后各钻贯通为一体，不会出现劈叉现象。 4.3沉放钢筋笼 钢筋加工和钢筋笼沉放同常规做法相同。在单元槽段中采取专门措施保持钢筋笼相对位置准确，保证各槽孔间畅通无阻，槽段内是连续贯通的整体。 4.4接头处理 单元槽段之间接头箱的断面尺寸为250×160，长度约29m。清孔之后，沉放接头箱在沉放钢筋笼之前。完工的槽段砼断面与土体接触处，留下一个250×160mm的孔洞。下一个槽段成槽时，多头钻机的导向板将会沿着这个孔洞滑行，继续下一个单元的作业。 咬合式连体桩地下连续墙槽段之间采用刚性施工接头，各槽段形成一片整体的墙体，共同承受上部结构的垂直荷载。为增强其整体性，在桩顶部设置钢筋混凝土顶圈梁，将各槽段连接起来。 五、一柱双桩承载与临支承柱 5.1一柱双桩临支承柱支承方法 中间临支承柱是逆作法构件，本工程采用“一柱双桩承载,钢格构”作为最终受力点地下灌注桩承受上部结构自重，地下三层结构自重、以及施工荷载总和。 （1）地下室柱断面几何尺寸，不能满足支承钢格构柱芯设计几何尺寸要求，作为最终受力点地下灌注桩也不能截面几何尺寸加大而忽视经济要求。 （2）采用两根桩共同承担由一柱承担荷载，削弱变形产生差异，使载荷均匀分配各桩，使逆作法施工的安全性大大提高。 （3）该格构支承柱在逆作法施工完成后拆除由永久混凝土柱替换其承载。 （4）结构设计与逆作法施工方案、支护设计三同时，相互提条件与需求，采用一柱双桩承载临支承柱设计施工方法。 （5）即中间临支承柱设计以二根为一组锚结插入深度在2500mm,作为整个裙房逆作竖向支撑柱。两个格构之间设立工字钢梁，通过钢梁传递竖向荷载。平面布置避开主次梁、梁柱节点。（图4） 图4 格构柱与梁板柱支撑节点详图 5.2临支承柱钻孔桩施工 垂直支撑又称中间临时支撑柱,在底板完成之前承受通过中间临时支撑柱将荷载传给作为最终受力点地下灌注桩并承受上部结构自重，地下三层结构自重、以及施工荷载总和。 中间临时支撑柱施工工艺流程为：测量放线钻孔成孔下钢筋笼以及中间临时支承格构柱浇注灌注桩混凝土中间临时支承格构柱复核定位。 （1）防止格构柱起吊时变形，要轻提轻放，在格构柱上每隔＠1000mm设置圆箍扶正，以防放入时发生摆动。 （2）格构柱下孔内设计位置时必须处于垂直状态，轴线位置与垂直度必须正确，允许偏差在20mm以内，垂直度应小于1/300，在格构柱顶部设置圆箍和起吊钢筋和标高控制，保证其垂直度和水平位置。 六、逆作法施工中的挖土技术 6.1土方外运 一般逆作法施工工程挖土均采用0.4m3、0.15m3小型挖土结结合。根据工程特点、工业要求，地下室一层底作为为向上下施工的分界线的，其施工的基本基本顺序的最大优点是第一层土方可以大开口挖土，施工效率较高。第一支地下室一般深度4m左右，这时地下室外墙（地下连续墙）是悬臂受力，可以采取盆式挖土的方法，以保留墙边土体的方式达到控制土体变形与减少悬臂弯矩的目的，当地面楼板浇捣后，再对称挖除地下墙边余坡土并及时浇筑垫层与第一层地下室底板，当形成二层楼板加外墙、中柱的箱形结构后，上部结构与地下室就可以同时向上下二个方向施工，因为此时结构有了巨大的刚度，比较容易控制变形，可以保证施工安全。 6.2坑内降水 深基坑施工在有地下水地区必须降水，挖土10-20天前必须先采取坑内降水，而逆作法施工更加重要，而且地下室楼板支模也必须降水。逆作法施工时用大口井,其位置要事先设计包括井深、滤管埋深及深井数量等约合250m2/根（图5）。施工时不能与结构梁相交，避免给结构施工带来麻烦。深井降水实施要动态控制，水位要定时观测，让水位始终在挖土面以下1.5m左右。 图5 基坑支护降水及水位观测井平面布置图 6.3土方开挖阶段的应急措施 （1）负二层逆作开挖土方降水时间不够情况：一般位于埋深约5.80～14.00m段，厚度7.10～8.30 m，顶板标高为-1.83～-2.55 m，主要由粉质粘土（力学分层号3）组成。4号孔埋深8.10～8.70m段、5号孔埋深7.50～8.80m段、6号孔埋深6.90～8.20m段及10.80～11.60m段、12号孔埋深7.70～8.60m段夹中密状态粉土透镜体。 原因：弱渗透水性，负二层土降水时间短约三天左右就开挖。渗透试验渗透系数见下表 室内渗透试验渗透系数表 力学 分层号 岩性 垂直渗透系数 KV(cm/s)(×10-6) 水平渗透系数 KH(cm/s)(×10-6) 综合渗透系数 Ki=(KV2+KH2)1/2 (cm/s)(×10-6) 渗透性 3 粉质粘土 2.06 38.90 38.95 弱透水 处理措施：淤泥土内掺石灰在梁板支摸下铺设碎石30.CM，然后在浇筑砼垫层。加快地下室垫层施工速度，采取“随挖随浇”的方法，是最经济的措施之一，它对于制止位移发展也有一定作用。 （2）正、逆施工交界处，正施和逆施均未对此加强处理情况：对外阳角处负一层开挖土方过程中连体桩开岔裂缝漏水严重场外观察井水位下降3m左右。 处理措施：当时除抓紧堵漏外，水井降水掌握到施工极限，并部分进行回灌措施。外打两排高压旋喷桩，在现场圈定具体桩位点，最后加打两排高压旋喷解决。该部位是正、逆施工交界处，正施和逆施对此加强处理，增加角撑以提高限制G轴外阳角处位移。 七、结语 高层建筑的地下室越来越深，当遇到周边施工场地狭窄、周围环境复杂、保护要求高等一系列施工难题时，采用逆作法施工技术应是首选。逆作法施工技术是一项全新的施工工艺，其能减少施工作业场地、加快施工进度、降低工程成本，该技术对基坑以外的周边环境影响甚小。但，逆作法施工工艺应用时间短，工艺还不够完善，仍有一些问题需要进一步研究，需要结合实践不断总结经验，以获得更适用和有效的工艺和方法。 注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看