房建地下結構逆筑法運用思索
時間:2022-04-27 10:25:00
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逆筑法除用于深基坑,還可以用于地鐵車站、地下停車場、地下倉庫等的施工。該技術在El本等發達國家應用較廣,我國于20世紀80年代才進行試驗研究,近年來有所發展。在北京、廣州、上海和深圳等地根據實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驗。代表性的工程有:1995年廣州國際銀行中心工程,1997年上海的金茂大廈等。據不完全統計國內約有60多項工程采用該法施工,目前該技術已趨向成熟。1999年上海等地開發了名為超明星(suPER.STAR)和SAP90的基坑支護設計軟件,這些軟件的出現,將會使深基坑方案更經濟合理,也使逆筑法施工技術更趨于成熟和完善…。本文介紹了逆筑法技術在地下結構施工的工藝原理、施工工序以及施工要點,并結合工程實例論證了逆筑法施工可以優化工序,使圍護結構受力合理,減小變形與沉降,具有良好的經濟技術效益。
1逆筑法施工工藝原理
逆筑法的施工程序與傳統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,進行地下連續墻及其他支護結構的施工,同時在建筑物內部按柱網軸線澆筑或打設中間支承柱(亦稱中柱樁),然后進行地面一層梁板樓面結構的施工。完成后同時施工地下、地上結構。待地下室大底板完成后,再進行復合柱、復合墻的施工。第一層樓面即相當于地下連續墻的第一道內支撐,在樓面適當部位留出垂直運輸的開口空間,隨后逐層向下開挖土方和澆筑各層地下結構,直至地下室底板混凝土澆筑完畢。當地面第一層樓面結構施工完畢后,已為施工上部結構創造了條件,所以,在逐層向下施工的同時,也可逐層向上進行地上結構的施工,如此地面上、下同時進行施工,直至工程結束。
1)工藝原理(見圖1)逆筑法施工,以地下室頂面及樓面結構是封閉還是敞開,分為封閉式逆筑法和開敞式逆筑法。封閉式逆筑法可以地面上、下同時施工;開敞式逆筑法由于地下室頂面及樓面結構未施工,故上部結構難以施工,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,在完成1層樓板之后,地上地下結構就可以同時施工。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(見圖2)高層建筑采用補償性基礎,一般有較深的地下室,一方面利用補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、設備層用房,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,地面上的上部結構允許施工的層數必須經過計算確定。運用補償的概念,即從天然地面到建筑物基礎埋深之間的土體重量可以補償一部分建筑物的荷載,也就是基礎埋深每向下加深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
1)地下連續墻施工地下連續墻作為周邊承重及擋土結構,一般采用機械開挖成槽。先利用專門的成槽機械在導墻位置開挖一條狹長的深槽,然后在槽內插入預制的鋼筋籠,用導管法澆筑混凝土,形成一個單元墻段。各單元墻段間用一定的接頭方式相互連接,形成現澆式地下連續墻。
2)工程樁及中間逆筑柱施工工程樁根據具體情況可采用人工挖孔或泥漿護壁鉆孔灌注樁,樁體混凝土應澆至設計指定高程。逆筑柱可采用型鋼或者鋼管柱,其底端應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,先對中調整好柱的垂直度,擰緊柱腳固定螺絲,再用高強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構柱。
3)排水方法在基坑內設排水溝及集水井,集水井為0.8~1.02,深度低于挖土面1~2m,挖土時應及時抽水。
4)施工出土孔洞的確定根據現場環境,按對主體結構使用功能影響和距水平運輸通道的距離選定一個或多個出口,或在地下室各層結構預留垂直運輸施工孔洞,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械大開挖形式,由挖土機械挖至離預定樓板高程約1520cm后,再用人工平整。土方在基坑內可用輪式裝載機或翻斗汽車通過預留的坡道運出,或者用垂直吊籠運到地面。下一層地下室土方開挖要待上一層結構強度達100%后方可開挖。
6)地下連續墻與樓板連接首層以下樓板及底板與地下連續墻的接頭,用凹槽鋼筋連接法或埋件連接法。連續墻施工在接合面位置預埋鋼筋或鐵件,待土方開挖后,鑿開結合面至露出預埋筋或鐵件,再將其伸出與板的鋼筋連接。梁板結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關鍵工序,它的制作與安裝決定整個地下結構的穩定性。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連接(圖3)H』。待板混凝土強度達到設計強度的100%后,方可拆模。
3工程應用
3.1工程概況(天津某深基礎工程)
該工程地下2層、地上28層,總建筑面積為54000m2,基礎平面尺寸78.1m×57.35m,深8.6m,現場自然地坪一0.90m。南北兩側距紅線均為10.0m,西側和東側距紅線分別為8.7m、4.3m。該深基礎工程利用地下工程結構的部分水平結構代替支護工程的水平支撐結構,同時基坑中央留有足夠大的空間,保證地下結構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作用完成之后需要拆除的問題,而且可以進一步降低支護工程的費用。
3.2地質情況
該場地地下靜止水位在自然地坪下一0.9一一2.2n1左右;場地土質主要成分為粉質黏土;各項力學指標按固結快剪指標加權平均計算,c=13.7kPa,=18。
3.3支護方案
①縱向支護結構:采用鋼筋混凝土灌注樁作支護樁,樁頂帽梁將支護樁連成一個受力良好的結構整體;②水平支撐體系:利用地下2層邊跨部分呈帶狀的環形梁板結構代替水平支撐結構,帶狀環形梁板結構的內緣設置內環梁;③垂直支撐體系:采用鋼格構柱作垂直支撐,鋼格構柱上端錨固在鋼格構柱支撐樁內,鋼格構柱間距為8.0Il,共需35根鋼格構柱,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10.0m。
3.4實施情況
1)基坑降水采用內降水法,止水帷幕為700mm深層水泥攪拌樁,降水井坑內設置17口、坑外設置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,可開挖第二、第三步土方,施工時在基坑外邊緣設置8口觀測井,隨時觀察水位變化。
2)基坑開挖土方工程采用挖土機由出土坡道直接進入坑內挖土,開挖分三步進行。第一步挖至負2層頂板下200/nln處(一4.8m);自一4.8m一一9.5m(槽底)的土方分兩步開挖,首先開挖基坑核心部分,即第二步土方開挖;然后再開挖基坑四周余下部分的土方,即第三步土方開挖(圖4)。
3.5實施效果
實踐表明,該基礎工程實施逆筑法施工工藝,收到了良好的效果。支護工程利用部分工程結構代替水平支護構件,結構穩固可靠;水平支撐不需要拆除,同時降低了工程費用的投入,支護工程總造價398.433萬元,與傳統施工相比可以節省費用約276萬元;水平支撐設置合理,提高了土方工程機械化施工效率,支撐結構中央開口較大,沒有復雜的內支撐,土方開挖機械作業面可達90%;至負1層結構板施工完畢共用工期184d,與傳統施工方法相比可節約工期25d(見表1)由此表明,該工藝適用于高水位、亞黏土地區的鄰近有高聳建筑及基礎四周地勢狹窄的深基礎工程或超大深基礎工程,并且受力結構牢固可靠,能有效控制基坑變形量。現場監測資料顯示,基坑四周變形均勻,環梁最大變形量為13min,環梁最大彎矩為一=3727.44kN•m。變形比較見表2。測試結果說明水平支撐穩固可靠,水平支撐結構設計合理,土方工程施工順序合理,受力特點與設計所選用的數學分析模型是一致的。
4結語
由于深基坑開挖與支護技術涉及工程地質、水文、場地環境、支護設計方案、計算參數以及施工操作等諸多方面,許多設計方法也僅建立在經驗與半經驗之間,使深基坑工程的設計與工程處于不定狀態。在我國,基坑支護多采用鋼筋混凝土結構,采用逆筑法施工時,應從實際出發,必要時還需要進行試驗研究,在具體實施過程中進行監測工作。在實際工程中,地下樓層結構布置往往不是理想的完整平面,施工時尤其必須注意墻與梁板的連接、柱與梁板的連接這些接點是地下結構穩定性的關鍵,它關系到結構體系能否協調工作,能否協調樁與墻的沉降,確保地下結構功能得以實現。要完善這項工藝的配套技術還有許多課題尚待解決,要大力推廣和發展,還應當在以下方面進一步地研究和突破:①提高認識,加強設計施工一體化;②研究開發地下挖運土設備;③結構受力分析與沉降分析的進一步研究;④逆筑法施工中的墻、柱、梁、板節點優化;⑤開發巨型樁、加大樁的承載力。
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