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摘 要:隨著高層建筑的逐漸增多,建筑施工技術也在不斷改進,逆作法施工技術作為深基坑支護技術在建筑工程也得到越來越廣泛的應用。作者結合多年的工作經驗,較為詳細的介紹了逆作法的施工原理、特點、技術和監測。
關鍵詞:高層建筑;逆作法;施工技術
一、逆作法的工藝原理
根據現場情況挖土至一定深度后進行樁基礎的施工,利用工程樁接升到地面的臨時支柱與底下剪力墻作為垂直承受結構,同時也利用地下室板梁結構水平支撐體系。從地面向下挖土并施工各層地下室樓板架墻。與此同時,施工地面一層的梁板結構,作為圍護結構的支撐體系,施工地面一層梁板結構之前,可先進行盆式大開挖,這樣有利于土方工程的進行,縮短工期。隨后逐層向下開挖土方和澆筑各層地下梁板結構,直至底板封底。由于地面一層的樓面結構己完成,為上部結構的施工創造了條件,所以可以同時向上逐層進行地上結構的施工。臨時擋土結構與永久結構合二為一,并由于有層間樓面支撐支護結構,深度可達到最小,從而節省了臨時支護系統的費用。
二、逆作法施工的特點綜述
(一)地下多層逆作法挖土采用地下室首層梁板結構完成后,由專用取土設備與人力相結合在樓板底下挖土,挖至下一層樓板標高后,灌注該層梁板,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)地下室各層的混凝土梁、板模均采用土模,剪力墻的外模采用土模,內模采用鋼模等定型模板,簡化施工程序,減少了支模工料;
(三)逆作法施工土方,采用人力開挖,坑底水平運輸與取土設備垂直取土,然后將挖出的土方提升裝車外運;
(四)是施工高層建筑多層地下室的有效方法,與傳統的大開挖方法相比,用逆作法施工深基礎,可以縮短工程的總工期,降低工程的總成本,同時工程所處的周圍環境及季節對工程施工影響小;
(五)周邊的地下連續墻(或柱列式地下連續墻)既可作擋土截水結構,又可作為地下工程的外墻(或基礎樁),降低成本;
(六)與通常的開挖施工相比,逆作法施工不會發生因為對基坑換撐而引起支撐系統內力重分布,從而導致周圍環境位移。亦不存在(如果是混凝土支撐)爆破振動與支撐突然卸載對周圍環境的危害;
(七)支護體系就是永久地下室,剛度大,挖土過程變形小,環境安全更有保障;
(八)逆作法克服了傳統開挖施工的缺點,避免了大基坑長時間暴露而導致邊坡風化和護極間土的塌落。
三、逆作法主要施工技術
(一)柱樁的定位與控制
1、支柱樁定位
逆作法施工時,支撐垂直力的是工程樁接高的型鋼支柱,將來在力往外包裹混凝土作為正式地下室柱,所以其軸線位置與垂直度必須正確,要求偏差在20mm以內,垂直度小于1/300否則會影響正式工程柱子位置的正確性,這在施工工程柱樁時就要特別注意提高精確度,立柱要按下部工程的種類來設計專用定位儀器與采用具體定位措施,如大直徑鋼管樁可以在孔內埋設導向定位錨板,測量控制垂直度,再利用支架臨時固定后灌錨固混凝土。
2、支柱樁垂直精度控制
插入灌注樁樁孔中的鋼管結構臨時支柱,可以通過本身安設的傾斜儀等裝置檢測其垂直精度,支撐柱樁安裝精度應控制的范圍:傾斜亞應小于1/300,柱橫截面的X、Y兩個方向容許變位在50mm以內。對于地表工作面的平面位置,可借助于微調裝置和經緯儀確保平面精度。地下室每層鋼結構臨時支柱的偏差,若在允許范圍內,只要不改變垂直受力性能,是允許的,待施工到該層勁性鋼筋混凝土柱的鋼筋工程前,可以做些調整。有的調整枝樁的垂直精度用安裝在樁柱頭的送樁來控制水平( x,y)方向的變位。
(二)土方開挖技術
本工程采用一明二暗的逆作法施工,基坑四周無地下連續墻,混凝土圍護樁、錨桿等支護結構,因而基坑四周土體壓力的發展如何,土方開挖從何處開始以及采用什么的方式開挖,逆作法施工中上壓力與順作法施工上壓力是否不同。
通過綜合地運用朗肯理論、空間效應理論和時間效應理論分析,確定開挖順序、開挖的分層,找出在逆作法土方程工程中最危險的區域,確定了采用條形挖土與盆式挖土相結合的方式,挖土的起始點是從矩形平面的四個角同時向中間挖去。有邊柱的一例可以采用條形挖土,將土方一次性全部挖走。對于無柱子的一邊,可以在最不利的部位留置土方,土方成梯形,這樣保證在變形大的坑壁中間區域剛度和強度,待其他邊挖完并且混凝土強度達到70%以上后,再將此土方請走。當合理地分段、分層后,挖土在不同層錯斷進行,并兼顧逆筑施工,減少主體暴露時間,降低時間效應對立體的影響。地下挖土采用人工方式,并配合人力雙輪手推車運土,取上口設置取土設備將上取出,裝車外運。保證垂直與平面交通線路暢通,保持施工的連續性。
(三)節點處理
節點是地下水平支撐體系與垂直支撐體系的交匯點,因此它也成為結構施工最容易出現問題的地方。節點的處理不外有兩種方式:一是將要連接的構件混凝土保護層鑿掉,暴露出鋼筋,然后將后續的構件的主筋與暴露的主筋焊牢,支模、澆注混凝土;二是按設計圖紙,在節點處預埋鋼筋或型鋼等,并與后續的構件鋼筋焊牢,支模、澆注混凝土。
由于逆作法施工,其地下室結構節點形式與常現施工方法有著較大的區別。墻梁和柱梁的節點施工是先在中柱樁預留的鋼圈上與地下連續墻下預埋件分別焊上鋼板,并在鋼板上再焊鋼筋,然后綁扎梁的鋼筋,澆注混凝土,待基礎底板完成后,再澆注外包復合柱和復合墻的混凝土,復合柱、墻與梁的節點是當模板墊層完成后先接施工圖定出柱、墻的豎向主筋位置。然后將主筋穿透墊層再按設計的搭接倍數長度插入土中。從這些節點構造與施工順序中可見,一般橫向構件先澆注完成,豎向構件再分兩次完成,因此施工中埋件位置必須正確完好后續焊接必須牢靠。
(四)混凝土的搭接
由于逆作法施工后澆混凝土位于先澆混凝土下部,故應盡可能減少支撐系統沉降和結構變形,保證上下部分混凝土連接緊密,并使混凝土空隙內的空氣順利排出。因此本工程采用直接法澆注段。下部混凝土澆注成為結構混凝土技術質量控制部位。
下部混凝土的澆注方法一般有兩種:一種是由半漏斗狀的鄂式澆注口澆注混凝土,其位置設在地下混凝土墻及下接柱的肩部至頂板底皮向下不小于150mm。其尺寸在地下混凝土內側留150mm-200mm,外側留250mm-300mm,形成一個斜坡;在下接柱中留150mm-200mm;另一種是由上部混凝土結構中預埋的套管等開口處澆注混凝土。以人為的落差形式使之搭接空隙處填實混凝土,或用特制的簡易工具(一根長250mm的鋼筋,一端焊上25mm×25mm,厚5mm的鋼板)壓實。鄂式澆注高于構件混凝土標號一個等級的干硬性膨脹混凝土、搗實、二次振搗和排出離析水為止,此處硬化的混凝土(澆注7天后)最后要鑿掉,再用砂漿修補,通常使用普通混凝土時,鄂式澆注法空隙約為3mm左右,而套管澆注法空隙約為10mm左右。
四、逆作法施工監測
由于地質和周圍環境的不確定性與差異性,在深基坑逆作開挖中可能會遇到一些突發問題,因此施工現場需進行監測,做好應急預案,遇到問題及時解決。
(一)監測內容
根據工程特點及周圍地面、管線分布情況,結合管線變形監測的要求和圍護、設計單位的要求等,監測項目主要有:周邊憐線沉降位移監測;周邊建筑物沉降監測;圍護墻體側向變形監測測斜;基坑外地下水位監測;支撐軸力監測;基坑圍護頂沉降、位移監測;立柱樁沉降監測;立柱應力監測;環境土壓力監測;連續墻體應力監測等。
(二)施工控制措施
監測的最終目的是為了順利完成施工,要保證周邊環境的安全,并把監測信息盡快反饋到施工中并及時指導施工,施工主要控制措施有:
1、建筑物保護
施工過程中當建筑物沉降速率較大或不均勻沉降較大時,施工方應及時通知業主并建議業主采取相應的控制措施,如用支架撐牢建筑物墻體等措施對建筑物進行加固。
2、基坑圍護體的保護
逆作法施工過程中,基坑圍護體的變形隨開挖深度的增加而不斷地增大,當施工監測變形值超過限定值時,應采取措施,如及時調整施工工序等。
3、管線保護
組織業主、設計、監理、施工單位、監測單位、管線公司組成管線監護網絡成員,出現問題及時召開現場辦公會議討論預防補救措施,如土體注漿加固、增設臨時支撐以減少主動土的壓力,必須時可采取將管線暴露、架空、吊放等方法。
五、結束語
逆作法施工,能夠提高地下工程的安全性,可以縮短施工工期,節約工程造價,防止周圍地基出現下沉,當然也存在一些問題,如基坑連續墻和水平支撐的優化設計對土方開挖的影響、連續墻槽段間的滲漏等,需要在工程實踐中不斷改進。