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"逆作法"施工原理与施工程序及其优点

336 2021-09-03 10:25:02

"逆作法"施工原理

沿建筑物地下室四周外墙施工地下连续墙或密排桩(当地下水位较高,土层透水性较强,密排桩外围需加止水帷幕),既作地下室永久性承重外墙一部分又作基坑开挖挡土,止水的围护结构,同时在地下室柱的中心和地下室纵横框架梁与剪力墙相交处等位督,施工楼层中间支承柱。从而组成逆作阶段的竖向承重体系。随之从上向下挖—层十方。利用地模或木模(钢模).浇筑层地下室楼层梁板结构(每—层留一定数量的混凝土楼板不浇注.作为下层的出土口与下料口)。已施工并达到一定强度的地下室楼层梁板作为围护结构的内水平支撑,以满足继续往下开挖土方的安全要求,这样直至地下室各层梁板结构与基础底板施工完,然后 自下向 上浇筑地下室四周内衬墙混凝土、中间支承柱外包混凝土、剪力墙混凝土以及遗留下未浇筑混凝土的楼板,完成地下室结构施工。这种地下室施工不同于传统方法,先开挖土方到底,浇筑底板,以后自下而上逐层施工,故称为"逆作"。"逆作法"施工示意图见图 12.2-1。

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 "逆作法"施工程序

"逆作法"施工程序一般要根据工程地质、水文地质、建筑规模、地下室层数、地下室承重结构体系与基础选型,建筑物周围环境以及施工机具与施工经验等因素,先确定采用封闭式"逆作法"施工(亦称全逆作法施工),还是采用开敞式"逆作法"施工(亦称半逆作法施工),或者采用"中顺边逆"施工。然后制定"逆作法"施工工艺流程程序。

(1)"封闭式逆作法"施工程序

这种施工方法常用于地下层数多于3 层的地下工程,围护结构采用地下连续墙,地下中间支承柱本身及其下面基础在底板封底之前。能够足以承受地下各层与地上预加控制的最多层数的结构自重与施工荷载。已完成首层地面梁板结构,在地下连续墙顶部构成刚度巨大的水平支撑系统。从而以地面层为起始面.由上而下进行地下结构"逆作"施工。与此同时由下而上进行上部结构施工,组成上、下部结构施工平行立体作业。在建筑规模大,上下层数多时,大约可缩短施工总工期1/3。其施工程序见图 12,2-2。当地下室四周场地条件允许放坡开挖土方,或地质条件较好,地下一层以上围护结构悬臂受侧压力顶点位移许可的,可从地下一层梁底以上开挖土方,利用地模施工地下一层梁板,从地下二层开始"逆作法"施工。这种"逆作法"施工特别适用于工程地质条件比较好,地下层数多。其外墙采用地下连续墙做围护结构,基础采用人工挖孔扩底桩,一柱一桩,桩又采用钢管混凝土柱(或±0.000 以下采用钢管混凝土柱)的高层、超高层建筑。如地上 33 层地下 3 层的广州好世界广场和地上 66 层地下 4 层的深圳赛格广场采用这种全"逆作法"施工。

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(2)"开敞式逆作法"施工程序

这种施工方法与上述一样,只是为了使土方开挖的机械化作业和材料垂直运输方便,每次浇筑地下楼层混凝土时,先施工 T形楼盖的肋梁部分,有的同时浇筑四周部分板带混凝土,使之与地下四周围护结构连结,组威水平框格式支撑系统、大部分楼板混凝土留待以后浇筑,土方全部开挖完成后,先施工好底板。然后自下而上逐层浇筑四周围护结构的内衬墙,柱子外包混凝土,剪力墙和未浇筑楼板。水平框格梁在不影响水平支撑效果的情况下,亦可留出部分助梁(次梁)暂不施工,更便利土方开挖和材料垂直运输。一般特围护结构的内衬墙,支承柱外包混凝土 、剪力墙以及地面层楼板混凝土施工完达到一定强度后,方可进行上部结构施工,地下一层及以下各层未浇筑的楼板也可与上部结构平行立体作业,围护结构可以是地下连续墙兼作地下室承重外墙,也可以是密排桩与内衬墙组成桩墙合一-的地"下室承重外墙。一般情况下,软土地基宜优先采用地下连续墙,地质条件较好,地下水位较低,地下层数≤3 层,可采用密排桩(人工挖孔桩或钻孔灌注桩)。这种施工方法主要节省材料,缩短施工工期很有限。其施工程序与"封闭式逆作法"施工程序相似。

(3)"中顺边逆"施工程序

这种施工方法亦称为"中心岛局部逆作法",本施工法适用于建筑规模大,一至二层地下室工程,围护结构可采用地下连续墙兼作地下室承重外墙,亦可采用密排桩与内衬墙组成桩墙合一的地下室承重外墙。其施工程序分述如下∶

1)一层多跨地下室"中顺边逆"施工程序

工程桩与围护结构施工—→地下室中部土方开挖,保留四周一跨土方以平衡围护结构外侧压力—→地下室中部桩承台板混凝土浇筑—→地下室中部柱或核心筒剪力墙混凝土顺(正)作法施工-→首层梁板结构混凝土,浇筑,并与四周围护结构连结形成内水平支撑———混凝土养护—→挖除地下室四周的保留土方,浇筑四周基础底板和内衬墙混凝土,—→完成地下室结构施工—→地上结构施工。

2)地质条件较好二层多跨地下室"中顺边逆"施工程序

工程桩与围护结构施工—→地下一层以上土方开挖,围护结构悬臂受力,继续开挖地下室中部地下一层以下土方至基础底板垫层底,保留地下二层四周 ·跨土方,以平衡围护结构外侧压力—→地下室中部桩承台板混凝十浇筑——混凝十养护——→地下室中部二层柱与剪力墙及地下一层梁板混凝土浇筑——混凝土养护—→开挖地下二层四周的保留土方—→地下室四周底板、地下一层柱与剪力墙及首层梁板混凝土浇筑—→完成地下室结构施工—→地上结构施工。

"中顺边逆"施工方法以保留四周土方平衡围护结构侧压力,减小围护结构施工阶段的内力和变形,节省围护结构材料费用,使大量土方能进行机械化作业。加快施工进度,同时还可以减少"逆作法"施工中连结节点处理难度与工程量。

"逆作法"施工优点

工程实践证明∶利用地下连续墙和中间支承柱进行"逆作法"施工,对于市区建筑密度大、邻近建筑物及周围环境沉降变形敏感、施工场地狭窄、施工工期紧、软十地基大面积、=层或多于三层的地下室结构施工是十分有效的。

多层地下室采用"逆作法"施工与采用常规的临时性支护结构进行"正作法"施工相比较,其有下列优点∶

(1)缩短工程施工的总工期

多层地下室采用常规的"正作法"施工方法,其总工期为地下结构工期加地上结构工期,再加装修等所占之工期。而采用"逆作法"进行多层地下室施工,一般情况下地下结构只有第一层占用绝对工期,其他各层可与地上结构同时施工,并不占绝对工期,因此总工期可缩短,可加快施工速度。如日本读卖新闻社大楼,地上 9 层、地下 6 层,采用"封闭式逆作法"施工,总工期只用了22 个月,比常规施工缩短了6 个月。又如有 6层地下室的巴黎拉弗埃特百货大楼,用逆作法施工,工期缩短 1/3。地下结构层数愈多,用逆作法施工则工期缩短愈显著。

(2)基坑变形小、相邻建筑物沉降少

采用"逆作法"施工,是利用逐层浇筑的地下室各层梁板结构作为周围支护结构地下连续墙的内水平支撑,由于地下室结构与临时性支撑相比刚度大得多,因此。地下连续墙在外侧压力作用下的变形就小的多。同时。由于中间支承柱的存在,增加了底板支承点,使浇筑后的底板成为多跨连续板结构,跨度减少。所以"逆作法"施工能有利于减小基坑变形,使基坑四周地面沉降减少,从而,既保证邻近建筑物、道路和地下管线安全正常使用,又能保证基坑内安全施工。

(3)可节省支护结构的水平内支撑或注浆外锚杆费用

深度较大的多层地下室。如采用常规的临时支护结构施工,为减少支护结构的变形需设置强大的内水平支撑或注浆外锚杆。不但需要消耗大量材料。而目施工费用也相当可观。采用"逆作法"施工,是利用地下室自身结构层梁板作为支护结构的地下连续墙内水平支撑,从而可省掉防碍施工的临时内水平支撑与中间支承柱或侵占他人"地盘"的注浆外锚杆费用。

(4)可节省地下室外墙及外墙下工程桩费用

多层地下室采用常规的临时支护结构施工,地下室需设置外墙及外墙下工程桩,花费工程费用亦相当可观。而采用"逆作法"施工,地下连续墙既作基坑开挖挡土阻水的支护结构,又与内衬墙组成复合结构作为地下室永久性承重外墙,把临时性支护结构与永久性地下室承重外墙合为--体,材料得到充分利用.同时还可利用地下连续墙承受地下室各楼层、地下室底板和地下室外墙的上部结构的垂直荷载。所以,采用"逆作法"施工可省掉地下室外墙及外墙下工程桩的工程费用。

(5)可节省土方挖填方费用

多层地下室采用常规的临时支护结构施工。为了地下室外墙支模和外防水层施工提供操作面,一般情况下基坑临时支护结构与地下室外墙之间要留 1米净距的施工操作空间,所以基坑土方势必要多增加开挖土方量,待地下室施工好后,又要增加地下室外墙四周围超挖的回填土方量。而采用"逆作法"施工,就可在地下室外墙处构筑地下连续墙,因此就可节省此部分土方挖填方工程量及其费用。

(6)可最大限度利用城市规划红线内地下空间,扩大地下室建筑面积

多层地下室采用常规的临时支护结构施工,地下室外墙势必要退至城市规划红线内 ,留有临时支护结构截面尺寸和上面所述的施工操作面空隙距离,而缩小地下室建筑面积。采用"逆作法"施工,在满足室外管线或构筑物布置的条件下。作为地下室外墙的地下连续墙可紧靠规划红线,其至踩规划红线构筑地下连续墙作地下室永久性外墙。从而达到最大限度利用地下空间,扩大地下室建筑面积的目的。

(7)可节省地下室外墙建筑防水层费用

多层地下室采用常规的临时支护结构施工,一般情况下,建筑设计往往要做地下室外墙防水层。而采用"逆作法"施工。是以地下连续墙与内衬墙组成复合式结构做成结构自防水的地下室外墙,从而也节省地下室外墙建筑防水层费用。

(8)有利于结构抵抗水平风力和地震作用

多层地下室采用常规的临时支护结构施工,一般情况下临时支护结构与地下室外墙之间预留空间小,进行基坑四周回填土不容易夯填密实,甚至有的施工单位没有意识到高层建筑地下室外墙四周基坑回填土重要性,往往利用建筑垃圾随意回填了事,从而削弱了地下室结构对高层、超高层建筑嵌固约束的作用。采用"逆作法"施工,地下连续墙与地下原状土体粘结一起,地下连续墙与土体之间粘结力和摩擦力不仅可利用它来承受垂直荷载,而且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前 力和倾覆力矩,例如香港中国银行新行大厦平面尺寸 52m×52m,地 上 70 层.高达 315m.为世果第 6 高的建筑物

大厦承受台风引起的巨大的水平荷载相当于美国洛杉矶那样高地震烈度区地震作用所引起水平地震截载的 4 倍。其基础采用组合基础体系.共同抵抗巨大的水平荷载。其组合基础包括支承上部角柱的 4个直径为 9m 的墩基;抗剪筒体上伸至第 4 层,下支承于 16 根挖孔桩上,并用永久性锚杆固定在基岩上;地下室除支承在 89 根挖孔桩上外,外墙为1,0ma 地下连续墙,也由许多锚杆固定在基岩上。巨大的水平风荷载所产生水平剪力通过第一层钢筋混凝十楼板传递给地下连续墙,巨大的水平风荷教所产生的水平前力与扭矩主要由地下室外

墙的地下连续墙通过侧壁和底部的摩擦力承受。抗倾覆力矩由墩基、挖孔,桩及其锚杆共同承受。

12.2.4 "逆作法"施工尚存在一些问题及处理方法 1,不均匀沉降问题

"逆作法"施工。作为围护结构的地下连续墙又是地下室外墙,是地下室主体结构的一部分。在我国沿海有深厚软土层地区施工时,地下墙往往是"悬浮"在软土层中,而主楼的桩基往往采用长桩基础,深入持力层一定深度。在"逆作法"施工中地下墙的沉降值常超过主楼基础的沉降值,使沉降不均匀,造成地下结构开裂。这是软土地基中"逆作法"施工中较难解决的技术问题。可选择如下处理方法。

(1)采用承重式地下连续墙。当主楼桩基的持力层深度在 50m 以内时,应首先选用承重式地下连续墙方案。承重式地下连续墙有二种设置方法,一种是每一幅地下连续墙中留出一抓,使该抓一直抓到主楼桩基的同一持力层。该—抓槽幅内在下钢筋笼时一起预埋槽底注浆管,待以后进行注浆处理,成为可起支承作用的地下连续墙。也可以在地下连续墙分幅时,间隔—幅或几幅,使该幅-直抓到与主楼桩基同一持力层。成为承重式地下连续墙。另—种是在每—幅槽段中。在成槽作业结束后再在槽底的合适位置,用成孔机械做 1 ~2 根钻孔,灌注桩的桩孔.桩底与主楼桩塞处在同一持力层上。形成带桩脚的承重式地下连续墙。采用这二种办法处理后的地下连续墙与主楼桩基的沉降差,只要受力分配合理,均能满足设计要求。同时。由于增加了地下墙墙底桩,形成"篱笆式地下连续墙.使深基坑开挖时所产生的水平变形大为减少。这种处理方法,已在广州某工程中获得应用,取得很好工程效果。

当主楼桩基超过 50m,例如 70m,80m。上述第一种方法不可取,因为地下墙成槽时抓土深度受到限制。遇到这种情况.仍可采用第二种方法,即带桩脚的承重式地下 连续墙方法较为妥当。

(2)地下连续墙墙底注浆加固。在地下连续墙成墙过程中。可在墙身中预埋注浆管一直到墙底,在地下连续墙工程完成后,再对墙底进行注浆加固。其目的是首先消除由于地下连续墙成槽时形成槽底沉碴对地下连续墙受力影响。其次是对地下墙墙底土层进行压密加固,以减少地下连续墙受力沉降。这里有二个问题需要说明。第一是墙底本身有较好的持力层,那么如上面办法进行墙底土层的加固能取得一定效果,且加固办法简单,所花费用少,设计人员应首先采用。第二种情况是墙底土质较差,注浆加固没有作用或作用很小。遇有讨种情况时应在墙底以下主层中选择一层较好持力层作为注浆加固土层。选择的原则是应尽量接近墙底,有近的就不选远的,以减少注浆费用。此种离墙底一定深度的注浆方法和墙身预埋管子办法可参见 11.4.11节有关内容。

(3)信息化施工法。"逆作法"施工,必要的一条是在逆作施工全过程,能掌握桩基及墙基绝对沉降值,掌握桩基及墙基相对沉降差,掌握墙体在基坑开挖时位移大小。以便随时分析地下结构受力状态,以保证施工时结构的安全。

为做到上述各点,必须对每一个中间支承柱均设置沉降观测点,对地下连续墙每隔一幅到二幅设二个沉降观测点。必要时还可以对墙身主要受力部位预埋应力计进行受力情况监测。施工高潮时。应进行每天1~2次观测,及时把监测数据汇总上报,做到按监测数据进行基坑各主要构件受力分析,再进一步指导施工。采取相应防治措施,达到信息化施工。使工程在有序状态下合理施工。这是逆作法施工必要的手段之一。

(4)加强地下连续墙的刚度。除设计时选用一定厚度,具有较大刚度的墙身以外,尚可采用二种办法提高地下连续墙的整体刚度。一种是采用刚度较大的接头形式,如 12.3.1 节所述的隔板接头和钢板止水接头,使地下墙的整体刚度增大。另一种当采用普通柔性接头时,可在基础开挖前,将地下连续墙上部疏松混凝土凿去,露出地下连续墙预留钢筋,再在墙顶绑上横向钢筋,做成高度不小于 1m 的连续梁(必要时在梁内配上型钢成劲型钢筋混凝土连续梁)。使柔性接头,横向连接刚度较差的地下连续墙有一个刚度较大的"刚帽子"连在一起。使地下连续墙整体刚度加强,抗不均匀沉降性能得以提高。使基坑围护外墙受力均匀合理。

2.地下连续墙的止水和隔离。

"逆作法"施工时。地下连续墙不仅仅是基坑开挖时的围护结构。又是作为地下室外墙结构。所以地下连续墙必须具有止水性能。地下连续墙的墙身厚度和本身密实度已具有止水性能,漏水仅产生在地下连续墙接缝处。为解决接头漏水,可采用如下办法。

(1)采用止水接头。常采用的止水接头形式有刚性止水接头,可见12.3.1 节和橡胶止水接头(一种在接缝中嵌入橡胶带的接头)。采用止水接头后。只要施工得法,绝大部分不会渗漏,个别渗漏时,采取补漏措施后可获得较理想止水效果。

(2)采用柔性接头加墙外注浆(或喷浆)。在上海等地用得较多的接头形式仍为普通柔性接头加接缝处的墙外注浆,处理得法,均能取得很好的止水效果.如 11.4.11 所述内容。最为理想的是采用墙外接缝处高压摆喷止水办法,唯施工费用较高。

(3)内衬墙和隔墙。基坑开挖后。在地下连续墙的内壁清理干净,拔出预埋在墙身中的钢筋,再绑扎纵横向钢筋,立模后浇筑密实防水混凝土,与地下墙形成防水复合墙,详见 11.3.5。也可采用比较经济的一种做法,做隔墙。在距离地下连续墙内壁200~300mm外,再砌筑一道砖墙,砖墙内壁做防潮处理(在砧墙砌筑时边砌边做),夹缝下面楼板层做一具有 3%坡度的导流沟,引导地下连续墙接缝渗出的少量地下水到地下室底板处集水井中。再用水泵打人下水道。有的干脆距地下连续墙 0.8~1.0m 处砌筑—道砖墙。形成设备夹层,安装管道和电线电缆。在砖墙上留 出人孔,便于检查维修。取得一举二得效果。

3.地下连续墙的沉降缝设置

当高层建筑裙房面积较大,并且受到地形限制时,例如接近或超过 100m。主楼桩基与裙房桩基不在同一持力层时,主楼基础与裙房基础应采用脱开做法。逆作法施工作为地下室外墙的地下连续墙亦应脱开,设置沉降缝。沉降缝应设在一幅槽段的中间,地下连续墙的横向钢筋在伸缩缝妇断开,为施工。应通过蒲钢板【临时连接使形成整幅钢筋笼。横向钢筋断开的二头用封头钢板隔开,中间设置既止水又可变形的橡胶二片。在地下室开挖时再割断连接薄钢板,形成左右互不相连,仅有 止水橡胶过渡的地下连续墙沉降缝。在主楼结构封顶后,再在互不相连的两边用二层止水橡胶,利用端头预墠螺栓压紧止水。形成中间层。内层双层止水。当止水橡胶年久老化时,尚可及时更换。不失为一种较理想的构造方法。上海某工程已有应用,效果很好,施工难度也不大。