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[摘 要] 当前,我国国内建筑施工中大量深基基础工程集中在市区、施工场地狭小,施工条件复杂。如何减小基坑开挖对四周建筑物,道路和地下管线及市政设施的影响,鉴于此,国家已经将建筑逆作法引入建筑规范编制施工法加以推广。
[关键词] 建筑工程 逆作法 施工
逆作法施工适用于市区建筑密度大,邻近建筑物及周围环境对沉降变形敏感,施工场地狭窄,施工工期紧张,地基软土层厚等工程情况,对于三层及以上的地下室效果尤为明显。在我国国内采用逆作法施工的深基坑已到地下5层,19m深,而且向更大更深方向发展。
一、逆作法施工概述
逆作法是相对于建筑物施工的常规顺序而言的。建筑物施工的常规顺序是先开挖基坑,然后从基础开始,逐层向上施工,基坑开挖所需的支护,属于施工的措施,与建筑物的地下结构各不相干。而地下室逆作法施工是利用地下室的楼盖结构、梁、板、柱和外墙结构作为基坑围护结构和基础施工的支撑结构,在坑内的水平支撑体系和围护体系由上而下进行地下室结构的施工,与此同时可进行上部结构的施工。所以其施工顺序是自上而下进行,地下结构、基坑支护以及因逆作而带来的特殊要求,都需要在结构设计中加以解决。实践证明,逆作法适用于基坑较深,建筑场地狭小,周边环境对基坑支护结构的水平变形有严格限制的情况。
建筑深基坑支护采用逆作法,是地面以下各层地下室自上而下施工,并借助于地下结构自身的能力对基坑产生支护作用,来保证基坑土方开挖,并利用地下各层的钢筋混凝土楼板的水平刚度和抗压强度,使各层楼板成为基坑围护桩墙的水平支撑点,并利用基坑外不同方向的土压力包括被动土压力的自相平衡来抵消对坑壁围护桩墙的不利影响。逆作法是施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的有效方法,如图1所示。
二、逆作法施工的分类
(1)全逆作法:利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板对四周围护结构形成水平支撑。楼盖混凝土为整体浇筑,然后在其下掏土,通过楼盖中的预留孔洞向外运土并向下运入建筑材料。
(2)半逆作法:利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板中先期浇筑的交叉格形肋梁,对围护结构形成框格式水平支撑,待土方开挖后再二次浇筑肋形楼板。
(3)部分逆作法:用基坑内四周暂时保留的局部土方对四周围护结构形成水平抵档,抵消侧向压力所产生的一部分位移。
(4)分层逆作法:此方法主要针对四周围护结构,是采用分层逆作,不是先一次整体施工完成,分层逆作四周的围护结构是采用土钉墙。
三、逆作法的工艺特点
(1)可使建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业,在建筑规模大、上下层次多时,大约可节省工时1/3。
(2)受力良好合理,围护结构变形量小,因而对邻近建筑的影响亦小。
(3)施工可少受风雨影响,且土方开挖可较少或基本不占总工期。
(4)最大限度利用地下空间,扩大地下室建筑面积。
(5)一层结构平面可作为工作平台,不必另外架设开挖工作平台与内撑,这样大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施,减少了施工费用。
(6)由于开挖和施工的交错进行,逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基,减少了大开挖时卸载对持力层的影响,降低了基坑内地基回弹量。
(7)逆作法存在的不足,如逆作法支撑位置受地下室层高的限制,无法调整高度,如遇较大层高的地下室,有时需另设临时水平支撑或加大围护墙的断面及配筋。由于挖土是在顶部封闭状态下进行,基坑中还分布有一定数量的中间支承柱和降水用井点管,目前尚缺乏小型、灵活、高效的小型挖土机械,使挖土的难度增大。但这些技术问题相信很快会得到解决。
四、逆作法的施工技术
施工时,先沿建筑物地下室轴线,或周围施工地下连续墙,或其他支护结构,在建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和支柱,作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后以施工地面一层的梁板楼面结构,作为地下连续墙刚度很大的支撑,随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构,直至底板封底。由于地面一层的楼面结构已完成,为上部结构施工创造了条件,可以同时向上逐层进行地上结构的施工,如此地面上、下同时进行施工,直至工程结束。
(1)设计中应进行逆向思维。在正作法中,地下室的剪力墙如核心筒,人防墙及地下室外墙等作为竖向构件承担荷载,但在逆作法中,剪力墙是先施工上一层,再施工下一层,受力模式已发生变化,故建立计算模型时应按大梁输入。
(2)钢管柱与梁板的连接。采用环梁节点,须预先在钢管上焊接机剪环箍,且定位要求精确,当施工期间地下室标高发生改动时,其处理措施相当麻烦,因为现场补焊环箍操作困难,而且管内混凝土可能因温度过高而影响受力性能。
(3)钢管柱吊装的垂直度控制。由于逆作法施工工艺的特殊性,决定了地下室的竖向构件必须采用钢管柱或格构式钢柱,而吊装这一竖向构件板,定位钢板有三个调工螺栓,以调节钢板水平,钢管柱中部采用钢筋制成乱状定位架,在地面也设有井定形定位木架,实践证明,这种定位方法取得较高的精度,可以满足工程需要。
(4)地下室楼面梁与连续墙的连接。在逆作法工程中,内衬墙尚未完成,边跨的楼面梁一端支承在钢管柱上,另一端则必须支承在地下连续墙上,原设计思路在地下连续墙钢筋笼中预埋钢筋,地下室开挖后凿去砼保护层后,扳出钢筋与梁筋焊接即可,但由于施工误差及建筑方案修改,这些预埋钢筋位置偏差太大而失去作用,实际施工中采用植筋的办法解决,因连续墙中钢筋太密将梁端弯矩适当调幅到跨中。
(5)底板周边连续墙连接处止水措施。这个部位的止水成功与否对整个地下室的止水乃至使用安全有着决定性作用。地下连续墙钢筋笼中与底板位置预埋一竖向钢板,浇筑底板前焊接一水平止水钢板,实际效果非常理想,底板周边未发现渗漏现象。
(6)桩基类型的确定。从钢管柱安装定位的要求来看,人工挖孔柱,由于泥浆的扰动,钢管柱难以保证垂直度,开挖后发现偏心较大。
五、建筑逆作法的推广
(1)高层建筑推广应用逆作法,能够提高地下工程的安全性,可以大大节约工程造价,缩短施工工期,防止周围地基出现下沉,是一种很有发展前途和推广价值的深基坑支护技术。
(2)逆作法施工可以利用建筑结构本身作内支撑。由于结构本身的侧向刚度是无限大的,因此可以从根本上解决支护桩的侧向变形,从而使周围环境不至出现因变形值过大而导致路面沉陷,基础下沉等问题,保证了周围建筑物的安全。
(3)采用逆作法施工,地下连续墙与土体之间粘结力和摩迭力不仅可利用来承受垂直荷载,还可充分利用它承受水平风力和地震作用所产生建筑物底部巨大水平剪力和倾覆力矩,从而大大提高了抗震效应。
六、结语
建筑工程中采用逆作法,一般地下室外墙与基坑围护墙采用两墙合一的形式,一方面省去了单独设立的围护墙,另一方面可在工程用地范围内最大限度扩大地下室面积,增加有效使用面积。围护墙的支撑体系由地下室楼盖结构代替,省去大量支撑费用。楼盖结构即支撑体系,还可以解决特殊平面形状建筑或局部楼盖缺失所带来的布置支撑的困难,并是受力更加合理。由于上述原因,再加上总工期的缩短,在软土地区对于具有多层地下室的高层建筑,采用逆作法施工具有明显的经济效益。一般可节省地下结构总造价的25%～35%。我国人多占地面积小,逆作法是有前途的,具有积极的推广价值。
参 考 文 獻
[1]董树恩.美联社作法施工技术的研究与应用,北京:清华大学,2000.
[2]朱丛选,施锦飞等.上海森茂国际大厦地下工程半逆作法施工.施工技术,1997,(10).
[3]冯昆荣,曹少伟.逆作法施工的技术特点及要求[J].重庆建筑,2008,(11).
[4]徐静.浅谈建筑工程中逆作法施工技术[J].民营科技,2008,(11).
[5]陆震锉,祝国荣编译.地F连续墙的理论与实践.中国铁道出版社,1987.
[6]赵志给.高层建筑施工手册.同济大学出版社,1997.
[7]董树恩.逆作法施工技术的研究与应用(工程硕士学位论文).北京:清华大学,2000.■
[关键词] 建筑工程 逆作法 施工
逆作法施工适用于市区建筑密度大,邻近建筑物及周围环境对沉降变形敏感,施工场地狭窄,施工工期紧张,地基软土层厚等工程情况,对于三层及以上的地下室效果尤为明显。在我国国内采用逆作法施工的深基坑已到地下5层,19m深,而且向更大更深方向发展。
一、逆作法施工概述
逆作法是相对于建筑物施工的常规顺序而言的。建筑物施工的常规顺序是先开挖基坑,然后从基础开始,逐层向上施工,基坑开挖所需的支护,属于施工的措施,与建筑物的地下结构各不相干。而地下室逆作法施工是利用地下室的楼盖结构、梁、板、柱和外墙结构作为基坑围护结构和基础施工的支撑结构,在坑内的水平支撑体系和围护体系由上而下进行地下室结构的施工,与此同时可进行上部结构的施工。所以其施工顺序是自上而下进行,地下结构、基坑支护以及因逆作而带来的特殊要求,都需要在结构设计中加以解决。实践证明,逆作法适用于基坑较深,建筑场地狭小,周边环境对基坑支护结构的水平变形有严格限制的情况。
建筑深基坑支护采用逆作法,是地面以下各层地下室自上而下施工,并借助于地下结构自身的能力对基坑产生支护作用,来保证基坑土方开挖,并利用地下各层的钢筋混凝土楼板的水平刚度和抗压强度,使各层楼板成为基坑围护桩墙的水平支撑点,并利用基坑外不同方向的土压力包括被动土压力的自相平衡来抵消对坑壁围护桩墙的不利影响。逆作法是施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的有效方法,如图1所示。
二、逆作法施工的分类
(1)全逆作法:利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板对四周围护结构形成水平支撑。楼盖混凝土为整体浇筑,然后在其下掏土,通过楼盖中的预留孔洞向外运土并向下运入建筑材料。
(2)半逆作法:利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板中先期浇筑的交叉格形肋梁,对围护结构形成框格式水平支撑,待土方开挖后再二次浇筑肋形楼板。
(3)部分逆作法:用基坑内四周暂时保留的局部土方对四周围护结构形成水平抵档,抵消侧向压力所产生的一部分位移。
(4)分层逆作法:此方法主要针对四周围护结构,是采用分层逆作,不是先一次整体施工完成,分层逆作四周的围护结构是采用土钉墙。
三、逆作法的工艺特点
(1)可使建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业,在建筑规模大、上下层次多时,大约可节省工时1/3。
(2)受力良好合理,围护结构变形量小,因而对邻近建筑的影响亦小。
(3)施工可少受风雨影响,且土方开挖可较少或基本不占总工期。
(4)最大限度利用地下空间,扩大地下室建筑面积。
(5)一层结构平面可作为工作平台,不必另外架设开挖工作平台与内撑,这样大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施,减少了施工费用。
(6)由于开挖和施工的交错进行,逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基,减少了大开挖时卸载对持力层的影响,降低了基坑内地基回弹量。
(7)逆作法存在的不足,如逆作法支撑位置受地下室层高的限制,无法调整高度,如遇较大层高的地下室,有时需另设临时水平支撑或加大围护墙的断面及配筋。由于挖土是在顶部封闭状态下进行,基坑中还分布有一定数量的中间支承柱和降水用井点管,目前尚缺乏小型、灵活、高效的小型挖土机械,使挖土的难度增大。但这些技术问题相信很快会得到解决。
四、逆作法的施工技术
施工时,先沿建筑物地下室轴线,或周围施工地下连续墙,或其他支护结构,在建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和支柱,作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后以施工地面一层的梁板楼面结构,作为地下连续墙刚度很大的支撑,随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构,直至底板封底。由于地面一层的楼面结构已完成,为上部结构施工创造了条件,可以同时向上逐层进行地上结构的施工,如此地面上、下同时进行施工,直至工程结束。
(1)设计中应进行逆向思维。在正作法中,地下室的剪力墙如核心筒,人防墙及地下室外墙等作为竖向构件承担荷载,但在逆作法中,剪力墙是先施工上一层,再施工下一层,受力模式已发生变化,故建立计算模型时应按大梁输入。
(2)钢管柱与梁板的连接。采用环梁节点,须预先在钢管上焊接机剪环箍,且定位要求精确,当施工期间地下室标高发生改动时,其处理措施相当麻烦,因为现场补焊环箍操作困难,而且管内混凝土可能因温度过高而影响受力性能。
(3)钢管柱吊装的垂直度控制。由于逆作法施工工艺的特殊性,决定了地下室的竖向构件必须采用钢管柱或格构式钢柱,而吊装这一竖向构件板,定位钢板有三个调工螺栓,以调节钢板水平,钢管柱中部采用钢筋制成乱状定位架,在地面也设有井定形定位木架,实践证明,这种定位方法取得较高的精度,可以满足工程需要。
(4)地下室楼面梁与连续墙的连接。在逆作法工程中,内衬墙尚未完成,边跨的楼面梁一端支承在钢管柱上,另一端则必须支承在地下连续墙上,原设计思路在地下连续墙钢筋笼中预埋钢筋,地下室开挖后凿去砼保护层后,扳出钢筋与梁筋焊接即可,但由于施工误差及建筑方案修改,这些预埋钢筋位置偏差太大而失去作用,实际施工中采用植筋的办法解决,因连续墙中钢筋太密将梁端弯矩适当调幅到跨中。
(5)底板周边连续墙连接处止水措施。这个部位的止水成功与否对整个地下室的止水乃至使用安全有着决定性作用。地下连续墙钢筋笼中与底板位置预埋一竖向钢板,浇筑底板前焊接一水平止水钢板,实际效果非常理想,底板周边未发现渗漏现象。
(6)桩基类型的确定。从钢管柱安装定位的要求来看,人工挖孔柱,由于泥浆的扰动,钢管柱难以保证垂直度,开挖后发现偏心较大。
五、建筑逆作法的推广
(1)高层建筑推广应用逆作法,能够提高地下工程的安全性,可以大大节约工程造价,缩短施工工期,防止周围地基出现下沉,是一种很有发展前途和推广价值的深基坑支护技术。
(2)逆作法施工可以利用建筑结构本身作内支撑。由于结构本身的侧向刚度是无限大的,因此可以从根本上解决支护桩的侧向变形,从而使周围环境不至出现因变形值过大而导致路面沉陷,基础下沉等问题,保证了周围建筑物的安全。
(3)采用逆作法施工,地下连续墙与土体之间粘结力和摩迭力不仅可利用来承受垂直荷载,还可充分利用它承受水平风力和地震作用所产生建筑物底部巨大水平剪力和倾覆力矩,从而大大提高了抗震效应。
六、结语
建筑工程中采用逆作法,一般地下室外墙与基坑围护墙采用两墙合一的形式,一方面省去了单独设立的围护墙,另一方面可在工程用地范围内最大限度扩大地下室面积,增加有效使用面积。围护墙的支撑体系由地下室楼盖结构代替,省去大量支撑费用。楼盖结构即支撑体系,还可以解决特殊平面形状建筑或局部楼盖缺失所带来的布置支撑的困难,并是受力更加合理。由于上述原因,再加上总工期的缩短,在软土地区对于具有多层地下室的高层建筑,采用逆作法施工具有明显的经济效益。一般可节省地下结构总造价的25%～35%。我国人多占地面积小,逆作法是有前途的,具有积极的推广价值。
参 考 文 獻
[1]董树恩.美联社作法施工技术的研究与应用,北京:清华大学,2000.
[2]朱丛选,施锦飞等.上海森茂国际大厦地下工程半逆作法施工.施工技术,1997,(10).
[3]冯昆荣,曹少伟.逆作法施工的技术特点及要求[J].重庆建筑,2008,(11).
[4]徐静.浅谈建筑工程中逆作法施工技术[J].民营科技,2008,(11).
[5]陆震锉,祝国荣编译.地F连续墙的理论与实践.中国铁道出版社,1987.
[6]赵志给.高层建筑施工手册.同济大学出版社,1997.
[7]董树恩.逆作法施工技术的研究与应用(工程硕士学位论文).北京:清华大学,2000.■