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关于对高层建筑逆作法施工技术的研究

  摘 要:随着高层建筑的逐渐增多,建筑施工技术也在不断改进,逆作法施工技术作为深基坑支护技术在建筑工程也得到越来越广泛的应用。作者结合多年的工作经验,较为详细的介绍了逆作法的施工原理、特点、技术和监测。

  关键词:高层建筑;逆作法;施工技术

  一、逆作法的工艺原理

  根据现场情况挖土至一定深度后进行桩基础的施工,利用工程桩接升到地面的临时支柱与底下剪力墙作为垂直承受结构,同时也利用地下室板梁结构水平支撑体系。从地面向下挖土并施工各层地下室楼板架墙。与此同时,施工地面一层的梁板结构,作为围护结构的支撑体系,施工地面一层梁板结构之前,可先进行盆式大开挖,这样有利于土方工程的进行,缩短工期。随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下梁板结构,直至底板封底。由于地面一层的楼面结构己完成,为上部结构的施工创造了条件,所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。临时挡土结构与永久结构合二为一,并由于有层间楼面支撑支护结构,深度可达到最小,从而节省了临时支护系统的费用。

  二、逆作法施工的特点综述

  (一)地下多层逆作法挖土采用地下室首层梁板结构完成后,由专用取土设备与人力相结合在楼板底下挖土,挖至下一层楼板标高后,灌注该层梁板,然后再用相同方法挖土,灌注梁板混凝土,直到地下室底板完成;

  (二)地下室各层的混凝土梁、板模均采用土模,剪力墙的外模采用土模,内模采用钢模等定型模板,简化施工程序,减少了支模工料;

  (三)逆作法施工土方,采用人力开挖,坑底水平运输与取土设备垂直取土,然后将挖出的土方提升装车外运;

  (四)是施工高层建筑多层地下室的有效方法,与传统的大开挖方法相比,用逆作法施工深基础,可以缩短工程的总工期,降低工程的总成本,同时工程所处的周围环境及季节对工程施工影响小;

  (五)周边的地下连续墙(或柱列式地下连续墙)既可作挡土截水结构,又可作为地下工程的外墙(或基础桩),降低成本;

  (六)与通常的开挖施工相比,逆作法施工不会发生因为对基坑换撑而引起支撑系统内力重分布,从而导致周围环境位移。亦不存在(如果是混凝土支撑)爆破振动与支撑突然卸载对周围环境的危害;

  (七)支护体系就是永久地下室,刚度大,挖土过程变形小,环境安全更有保障;

  (八)逆作法克服了传统开挖施工的缺点,避免了大基坑长时间暴露而导致边坡风化和护极间土的塌落。

  三、逆作法主要施工技术

  (一)柱桩的定位与控制

  1、支柱桩定位

  逆作法施工时,支撑垂直力的是工程桩接高的型钢支柱,将来在力往外包裹混凝土作为正式地下室柱,所以其轴线位置与垂直度必须正确,要求偏差在20mm以内,垂直度小于1/300否则会影响正式工程柱子位置的正确性,这在施工工程柱桩时就要特别注意提高精确度,立柱要按下部工程的种类来设计专用定位仪器与采用具体定位措施,如大直径钢管桩可以在孔内埋设导向定位锚板,测量控制垂直度,再利用支架临时固定后灌锚固混凝土。

  2、支柱桩垂直精度控制

  插入灌注桩桩孔中的钢管结构临时支柱,可以通过本身安设的倾斜仪等装置检测其垂直精度,支撑柱桩安装精度应控制的范围:倾斜亚应小于1/300,柱横截面的X、Y两个方向容许变位在50mm以内。对于地表工作面的平面位置,可借助于微调装置和经纬仪确保平面精度。地下室每层钢结构临时支柱的偏差,若在允许范围内,只要不改变垂直受力性能,是允许的,待施工到该层劲性钢筋混凝土柱的钢筋工程前,可以做些调整。有的调整枝桩的垂直精度用安装在桩柱头的送桩来控制水平( x,y)方向的变位。

  (二)土方开挖技术

  本工程采用一明二暗的逆作法施工,基坑四周无地下连续墙,混凝土围护桩、锚杆等支护结构,因而基坑四周土体压力的发展如何,土方开挖从何处开始以及采用什么的方式开挖,逆作法施工中上压力与顺作法施工上压力是否不同。

  通过综合地运用朗肯理论、空间效应理论和时间效应理论分析,确定开挖顺序、开挖的分层,找出在逆作法土方程工程中最危险的区域,确定了采用条形挖土与盆式挖土相结合的方式,挖土的起始点是从矩形平面的四个角同时向中间挖去。有边柱的一例可以采用条形挖土,将土方一次性全部挖走。对于无柱子的一边,可以在最不利的部位留置土方,土方成梯形,这样保证在变形大的坑壁中间区域刚度和强度,待其他边挖完并且混凝土强度达到70%以上后,再将此土方请走。当合理地分段、分层后,挖土在不同层错断进行,并兼顾逆筑施工,减少主体暴露时间,降低时间效应对立体的影响。地下挖土采用人工方式,并配合人力双轮手推车运土,取上口设置取土设备将上取出,装车外运。保证垂直与平面交通线路畅通,保持施工的连续性。

  (三)节点处理

  节点是地下水平支撑体系与垂直支撑体系的交汇点,因此它也成为结构施工最容易出现问题的地方。节点的处理不外有两种方式:一是将要连接的构件混凝土保护层凿掉,暴露出钢筋,然后将后续的构件的主筋与暴露的主筋焊牢,支模、浇注混凝土;二是按设计图纸,在节点处预埋钢筋或型钢等,并与后续的构件钢筋焊牢,支模、浇注混凝土。

  由于逆作法施工,其地下室结构节点形式与常现施工方法有着较大的区别。墙梁和柱梁的节点施工是先在中柱桩预留的钢圈上与地下连续墙下预埋件分别焊上钢板,并在钢板上再焊钢筋,然后绑扎梁的钢筋,浇注混凝土,待基础底板完成后,再浇注外包复合柱和复合墙的混凝土,复合柱、墙与梁的节点是当模板垫层完成后先接施工图定出柱、墙的竖向主筋位置。然后将主筋穿透垫层再按设计的搭接倍数长度插入土中。从这些节点构造与施工顺序中可见,一般横向构件先浇注完成,竖向构件再分两次完成,因此施工中埋件位置必须正确完好后续焊接必须牢靠。

  (四)混凝土的搭接

  由于逆作法施工后浇混凝土位于先浇混凝土下部,故应尽可能减少支撑系统沉降和结构变形,保证上下部分混凝土连接紧密,并使混凝土空隙内的空气顺利排出。因此本工程采用直接法浇注段。下部混凝土浇注成为结构混凝土技术质量控制部位。

  下部混凝土的浇注方法一般有两种:一种是由半漏斗状的鄂式浇注口浇注混凝土,其位置设在地下混凝土墙及下接柱的肩部至顶板底皮向下不小于150mm。其尺寸在地下混凝土内侧留150mm-200mm,外侧留250mm-300mm,形成一个斜坡;在下接柱中留150mm-200mm;另一种是由上部混凝土结构中预埋的套管等开口处浇注混凝土。以人为的落差形式使之搭接空隙处填实混凝土,或用特制的简易工具(一根长250mm的钢筋,一端焊上25mm×25mm,厚5mm的钢板)压实。鄂式浇注高于构件混凝土标号一个等级的干硬性膨胀混凝土、捣实、二次振捣和排出离析水为止,此处硬化的混凝土(浇注7天后)最后要凿掉,再用砂浆修补,通常使用普通混凝土时,鄂式浇注法空隙约为3mm左右,而套管浇注法空隙约为10mm左右。

  四、逆作法施工监测

  由于地质和周围环境的不确定性与差异性,在深基坑逆作开挖中可能会遇到一些突发问题,因此施工现场需进行监测,做好应急预案,遇到问题及时解决。

  (一)监测内容

  根据工程特点及周围地面、管线分布情况,结合管线变形监测的要求和围护、设计单位的要求等,监测项目主要有:周边怜线沉降位移监测;周边建筑物沉降监测;围护墙体侧向变形监测测斜;基坑外地下水位监测;支撑轴力监测;基坑围护顶沉降、位移监测;立柱桩沉降监测;立柱应力监测;环境土压力监测;连续墙体应力监测等。

  (二)施工控制措施

  监测的最终目的是为了顺利完成施工,要保证周边环境的安全,并把监测信息尽快反馈到施工中并及时指导施工,施工主要控制措施有:

  1、建筑物保护

  施工过程中当建筑物沉降速率较大或不均匀沉降较大时,施工方应及时通知业主并建议业主采取相应的控制措施,如用支架撑牢建筑物墙体等措施对建筑物进行加固。

  2、基坑围护体的保护

  逆作法施工过程中,基坑围护体的变形随开挖深度的增加而不断地增大,当施工监测变形值超过限定值时,应采取措施,如及时调整施工工序等。

  3、管线保护

  组织业主、设计、监理、施工单位、监测单位、管线公司组成管线监护网络成员,出现问题及时召开现场办公会议讨论预防补救措施,如土体注浆加固、增设临时支撑以减少主动土的压力,必须时可采取将管线暴露、架空、吊放等方法。

  五、结束语

  逆作法施工,能够提高地下工程的安全性,可以缩短施工工期,节约工程造价,防止周围地基出现下沉,当然也存在一些问题,如基坑连续墙和水平支撑的优化设计对土方开挖的影响、连续墙槽段间的渗漏等,需要在工程实践中不断改进。

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