房建地下結(jié)構(gòu)逆筑法運(yùn)用思索

時(shí)間:2022-04-27 10:25:00

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房建地下結(jié)構(gòu)逆筑法運(yùn)用思索

逆筑法除用于深基坑,還可以用于地鐵車站、地下停車場(chǎng)、地下倉(cāng)庫(kù)等的施工。該技術(shù)在El本等發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用較廣,我國(guó)于20世紀(jì)80年代才進(jìn)行試驗(yàn)研究,近年來(lái)有所發(fā)展。在北京、廣州、上海和深圳等地根據(jù)實(shí)地情況形成了具有地方特色的逆筑法或半逆筑法,并且取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。代表性的工程有:1995年廣州國(guó)際銀行中心工程,1997年上海的金茂大廈等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)約有60多項(xiàng)工程采用該法施工,目前該技術(shù)已趨向成熟。1999年上海等地開(kāi)發(fā)了名為超明星(suPER.STAR)和SAP90的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件,這些軟件的出現(xiàn),將會(huì)使深基坑方案更經(jīng)濟(jì)合理,也使逆筑法施工技術(shù)更趨于成熟和完善…。本文介紹了逆筑法技術(shù)在地下結(jié)構(gòu)施工的工藝原理、施工工序以及施工要點(diǎn),并結(jié)合工程實(shí)例論證了逆筑法施工可以優(yōu)化工序,使圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力合理,減小變形與沉降,具有良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。

1逆筑法施工工藝原理

逆筑法的施工程序與傳統(tǒng)的施工方法基本相反,它是一種“封閉式”施工方法。先沿建筑物周圍的外墻位置,進(jìn)行地下連續(xù)墻及其他支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工,同時(shí)在建筑物內(nèi)部按柱網(wǎng)軸線澆筑或打設(shè)中間支承柱(亦稱中柱樁),然后進(jìn)行地面一層梁板樓面結(jié)構(gòu)的施工。完成后同時(shí)施工地下、地上結(jié)構(gòu)。待地下室大底板完成后,再進(jìn)行復(fù)合柱、復(fù)合墻的施工。第一層樓面即相當(dāng)于地下連續(xù)墻的第一道內(nèi)支撐,在樓面適當(dāng)部位留出垂直運(yùn)輸?shù)拈_(kāi)口空間,隨后逐層向下開(kāi)挖土方和澆筑各層地下結(jié)構(gòu),直至地下室底板混凝土澆筑完畢。當(dāng)?shù)孛娴谝粚訕敲娼Y(jié)構(gòu)施工完畢后,已為施工上部結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了條件,所以,在逐層向下施工的同時(shí),也可逐層向上進(jìn)行地上結(jié)構(gòu)的施工,如此地面上、下同時(shí)進(jìn)行施工,直至工程結(jié)束。

1)工藝原理(見(jiàn)圖1)逆筑法施工,以地下室頂面及樓面結(jié)構(gòu)是封閉還是敞開(kāi),分為封閉式逆筑法和開(kāi)敞式逆筑法。封閉式逆筑法可以地面上、下同時(shí)施工;開(kāi)敞式逆筑法由于地下室頂面及樓面結(jié)構(gòu)未施工,故上部結(jié)構(gòu)難以施工,只是多層地下室由上而下逐層施工[4]。圖1為封閉式逆筑法施工原理圖。由圖1可見(jiàn),在完成1層樓板之后,地上地下結(jié)構(gòu)就可以同時(shí)施工。城市密集建筑群中的高層建筑24層的地下室已較多采用這種方法施工。

2)逆筑法施工程序(見(jiàn)圖2)高層建筑采用補(bǔ)償性基礎(chǔ),一般有較深的地下室,一方面利用補(bǔ)償原理能有效地利用地基承載力;另一方面亦可充分利用地下室作為地下停車場(chǎng)、設(shè)備層用房,增加使用面積。需要注意的是,在地下室澆筑鋼筋混凝土底板之前,地面上的上部結(jié)構(gòu)允許施工的層數(shù)必須經(jīng)過(guò)計(jì)算確定。運(yùn)用補(bǔ)償?shù)母拍睿磸奶烊坏孛娴浇ㄖ锘A(chǔ)埋深之間的土體重量可以補(bǔ)償一部分建筑物的荷載,也就是基礎(chǔ)埋深每向下加深1m,可以獲得增加18kPa的地基承載力,一舉兩得。

2逆筑法的施工要點(diǎn)

1)地下連續(xù)墻施工地下連續(xù)墻作為周邊承重及擋土結(jié)構(gòu),一般采用機(jī)械開(kāi)挖成槽。先利用專門的成槽機(jī)械在導(dǎo)墻位置開(kāi)挖一條狹長(zhǎng)的深槽,然后在槽內(nèi)插入預(yù)制的鋼筋籠,用導(dǎo)管法澆筑混凝土,形成一個(gè)單元墻段。各單元墻段間用一定的接頭方式相互連接,形成現(xiàn)澆式地下連續(xù)墻。

2)工程樁及中間逆筑柱施工工程樁根據(jù)具體情況可采用人工挖孔或泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁,樁體混凝土應(yīng)澆至設(shè)計(jì)指定高程。逆筑柱可采用型鋼或者鋼管柱,其底端應(yīng)固定在樁的頂面并埋入一定深度。在干法成孔樁面安裝逆筑柱時(shí),先對(duì)中調(diào)整好柱的垂直度,擰緊柱腳固定螺絲,再用高強(qiáng)度漿液將柱腳填密牢固,使之與樁體緊密相接。隨著各層土方挖掘,將型鋼管或鋼管柱外包混凝土形成結(jié)構(gòu)柱。

3)排水方法在基坑內(nèi)設(shè)排水溝及集水井,集水井為0.8~1.02,深度低于挖土面1~2m,挖土?xí)r應(yīng)及時(shí)抽水。

4)施工出土孔洞的確定根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,按對(duì)主體結(jié)構(gòu)使用功能影響和距水平運(yùn)輸通道的距離選定一個(gè)或多個(gè)出口,或在地下室各層結(jié)構(gòu)預(yù)留垂直運(yùn)輸施工孔洞,也可以利用地下室車道做出土口。

5)挖土方法的確定采用機(jī)械大開(kāi)挖形式,由挖土機(jī)械挖至離預(yù)定樓板高程約1520cm后,再用人工平整。土方在基坑內(nèi)可用輪式裝載機(jī)或翻斗汽車通過(guò)預(yù)留的坡道運(yùn)出,或者用垂直吊籠運(yùn)到地面。下一層地下室土方開(kāi)挖要待上一層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)100%后方可開(kāi)挖。

6)地下連續(xù)墻與樓板連接首層以下樓板及底板與地下連續(xù)墻的接頭,用凹槽鋼筋連接法或埋件連接法。連續(xù)墻施工在接合面位置預(yù)埋鋼筋或鐵件,待土方開(kāi)挖后,鑿開(kāi)結(jié)合面至露出預(yù)埋筋或鐵件,再將其伸出與板的鋼筋連接。梁板結(jié)合凹槽處的混凝土中可添加膨脹劑。

7)模板工程模板工程是一項(xiàng)關(guān)鍵工序,它的制作與安裝決定整個(gè)地下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。逆筑層樓板的地模用水泥砂漿抹面處理。土方完成后進(jìn)行底板墊層和鋼筋混凝土底板的澆筑,上下層混凝土柱連接采用特制的漏斗口型模板來(lái)連接(圖3)H』。待板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后,方可拆模。

3工程應(yīng)用

3.1工程概況(天津某深基礎(chǔ)工程)

該工程地下2層、地上28層,總建筑面積為54000m2,基礎(chǔ)平面尺寸78.1m×57.35m,深8.6m,現(xiàn)場(chǎng)自然地坪一0.90m。南北兩側(cè)距紅線均為10.0m,西側(cè)和東側(cè)距紅線分別為8.7m、4.3m。該深基礎(chǔ)工程利用地下工程結(jié)構(gòu)的部分水平結(jié)構(gòu)代替支護(hù)工程的水平支撐結(jié)構(gòu),同時(shí)基坑中央留有足夠大的空間,保證地下結(jié)構(gòu)工程尤其是主塔樓能夠正向施工。這樣就可以解決水平支撐在支護(hù)作用完成之后需要拆除的問(wèn)題,而且可以進(jìn)一步降低支護(hù)工程的費(fèi)用。

3.2地質(zhì)情況

該場(chǎng)地地下靜止水位在自然地坪下一0.9一一2.2n1左右;場(chǎng)地土質(zhì)主要成分為粉質(zhì)黏土;各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)按固結(jié)快剪指標(biāo)加權(quán)平均計(jì)算,c=13.7kPa,=18。

3.3支護(hù)方案

①縱向支護(hù)結(jié)構(gòu):采用鋼筋混凝土灌注樁作支護(hù)樁,樁頂帽梁將支護(hù)樁連成一個(gè)受力良好的結(jié)構(gòu)整體;②水平支撐體系:利用地下2層邊跨部分呈帶狀的環(huán)形梁板結(jié)構(gòu)代替水平支撐結(jié)構(gòu),帶狀環(huán)形梁板結(jié)構(gòu)的內(nèi)緣設(shè)置內(nèi)環(huán)梁;③垂直支撐體系:采用鋼格構(gòu)柱作垂直支撐,鋼格構(gòu)柱上端錨固在鋼格構(gòu)柱支撐樁內(nèi),鋼格構(gòu)柱間距為8.0Il,共需35根鋼格構(gòu)柱,其中17根利用工程樁做支撐柱,18根需要另做,支撐柱樁徑為4,800mln,樁長(zhǎng)10.0m。

3.4實(shí)施情況

1)基坑降水采用內(nèi)降水法,止水帷幕為700mm深層水泥攪拌樁,降水井坑內(nèi)設(shè)置17口、坑外設(shè)置8口,井深15.0m,井徑4,600mm。分兩步降水,第一步降至一7.5m,可挖第一步土方;第二步降水至一13.5rl,可開(kāi)挖第二、第三步土方,施工時(shí)在基坑外邊緣設(shè)置8口觀測(cè)井,隨時(shí)觀察水位變化。

2)基坑開(kāi)挖土方工程采用挖土機(jī)由出土坡道直接進(jìn)入坑內(nèi)挖土,開(kāi)挖分三步進(jìn)行。第一步挖至負(fù)2層頂板下200/nln處(一4.8m);自一4.8m一一9.5m(槽底)的土方分兩步開(kāi)挖,首先開(kāi)挖基坑核心部分,即第二步土方開(kāi)挖;然后再開(kāi)挖基坑四周余下部分的土方,即第三步土方開(kāi)挖(圖4)。

3.5實(shí)施效果

實(shí)踐表明,該基礎(chǔ)工程實(shí)施逆筑法施工工藝,收到了良好的效果。支護(hù)工程利用部分工程結(jié)構(gòu)代替水平支護(hù)構(gòu)件,結(jié)構(gòu)穩(wěn)固可靠;水平支撐不需要拆除,同時(shí)降低了工程費(fèi)用的投入,支護(hù)工程總造價(jià)398.433萬(wàn)元,與傳統(tǒng)施工相比可以節(jié)省費(fèi)用約276萬(wàn)元;水平支撐設(shè)置合理,提高了土方工程機(jī)械化施工效率,支撐結(jié)構(gòu)中央開(kāi)口較大,沒(méi)有復(fù)雜的內(nèi)支撐,土方開(kāi)挖機(jī)械作業(yè)面可達(dá)90%;至負(fù)1層結(jié)構(gòu)板施工完畢共用工期184d,與傳統(tǒng)施工方法相比可節(jié)約工期25d(見(jiàn)表1)由此表明,該工藝適用于高水位、亞黏土地區(qū)的鄰近有高聳建筑及基礎(chǔ)四周地勢(shì)狹窄的深基礎(chǔ)工程或超大深基礎(chǔ)工程,并且受力結(jié)構(gòu)牢固可靠,能有效控制基坑變形量?,F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料顯示,基坑四周變形均勻,環(huán)梁最大變形量為13min,環(huán)梁最大彎矩為一=3727.44kN•m。變形比較見(jiàn)表2。測(cè)試結(jié)果說(shuō)明水平支撐穩(wěn)固可靠,水平支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,土方工程施工順序合理,受力特點(diǎn)與設(shè)計(jì)所選用的數(shù)學(xué)分析模型是一致的。

4結(jié)語(yǔ)

由于深基坑開(kāi)挖與支護(hù)技術(shù)涉及工程地質(zhì)、水文、場(chǎng)地環(huán)境、支護(hù)設(shè)計(jì)方案、計(jì)算參數(shù)以及施工操作等諸多方面,許多設(shè)計(jì)方法也僅建立在經(jīng)驗(yàn)與半經(jīng)驗(yàn)之間,使深基坑工程的設(shè)計(jì)與工程處于不定狀態(tài)。在我國(guó),基坑支護(hù)多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),采用逆筑法施工時(shí),應(yīng)從實(shí)際出發(fā),必要時(shí)還需要進(jìn)行試驗(yàn)研究,在具體實(shí)施過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作。在實(shí)際工程中,地下樓層結(jié)構(gòu)布置往往不是理想的完整平面,施工時(shí)尤其必須注意墻與梁板的連接、柱與梁板的連接這些接點(diǎn)是地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)鍵,它關(guān)系到結(jié)構(gòu)體系能否協(xié)調(diào)工作,能否協(xié)調(diào)樁與墻的沉降,確保地下結(jié)構(gòu)功能得以實(shí)現(xiàn)。要完善這項(xiàng)工藝的配套技術(shù)還有許多課題尚待解決,要大力推廣和發(fā)展,還應(yīng)當(dāng)在以下方面進(jìn)一步地研究和突破:①提高認(rèn)識(shí),加強(qiáng)設(shè)計(jì)施工一體化;②研究開(kāi)發(fā)地下挖運(yùn)土設(shè)備;③結(jié)構(gòu)受力分析與沉降分析的進(jìn)一步研究;④逆筑法施工中的墻、柱、梁、板節(jié)點(diǎn)優(yōu)化;⑤開(kāi)發(fā)巨型樁、加大樁的承載力。