逆筑法施工技术的工艺流程及其注意事项.doc

高层建筑的地下室和用于平战结合的单层或多层地下广场，以及地下设施的深度，少则十几米多则几十米，若这类工程的地下部分采用常规的施工方法，则需要敞开挖很深的基坑，然后再分层由下向上浇筑底板和各层柱梁、墙板、楼板直至地面。这样的施工方法所带来的问题是施工工期长，占地面积大，施工费用增高;而采用封闭和由上而下分层施工的特殊工艺“逆筑法”，则可缩短工期，少占施工场地，不受外界天气与环境的影响，减少施工费用。尤其是人流、车流密集的公共场所的地下工程，采用“逆筑法”，可使地上占用部分的地面尽早投入正常使用。而且在高层建筑的地下工程，特别是邻近有建筑物不能采用大开挖式施工的工程，如采用“逆筑法”施工更能显示其工艺的优越性。由于逆筑法施工不同于一般深基坑支护方法，施工难度很大，对建筑结构的影响也较大，施工控制要求严格。因此对逆筑法施工影响因素进行分析，寻求安全可靠、有序的施工程序，采取有效的控制方法，运用信息施工方法指导施工，具有十分重要的意义。1 “逆作法”工艺原理 “逆作法”施工的工艺原理是:先沿建筑物的四周浇筑地下连续墙混凝土，作为地下室的边墙或基坑的围护结构。在建筑物内部有关部位浇筑混凝土或打入中间支承柱。然后开挖土方，至第一层地下室底面标高，并且完成地面层底面的梁板工程，此时已经完成的地面层底面的梁板结构，就可以用作周围地下连续墙刚度很大的支撑系统。然后继续向下开挖土方，逐层施工地下一层以下的各层地下室结构。与此同时，在已经完成的地面层底面梁板结构的基础上，接高柱子或墙板，向上逐层进行地面以上各层结构的施工。由此可知，“逆作法”施工就是以地面为起始点，向上、向下同时进行施工，直至工程完工的一种新的施工方法。根据地面层底面的梁板结构封闭或敞开的不同情况，“逆作法”施工又可分为“封闭式逆作法”和“开敞式逆作法”。2 “逆作法”施工工艺 逆作法施工方法是首层楼板结构完成后，即架设专用取土设备，然后地下挖土与地上结构施工同时进行。根据地下一层的埋深，如施工地下二层楼板开挖深度不大且围护墙经计算满足悬挑受力要求，可直接明挖一层，施工地下二层楼板后，再地上地下同时施工。地下挖土施工是先从两端的取土口，直接用取土设备挖出工作面，然后由人力从取土口的挖土工作面向基坑中间开挖。挖出的土方用双轮手推车运至取土口，然后取土设备装车外运。 模板设计原则:根据地下室楼板结构的形式，模板采用相应的土模承重方法。首先将基坑内的土按施工组织设计要求挖至标高，做好混凝土垫层，待混凝土稍硬后，按图弹出轴线与梁边线，并在模板的支点上进一步用水泥砂浆找平，使其标高误差控制在“规范”要求内，然后搁置模板。模板拆除:随着地下挖土工作面的推进，当楼板底的模板外露后，即可将模板逐块拆下，并翻转至下一层施工。为防止摔坏模板，拆模时应根据模板的形式采取相应的保护措施，并把该措施编制在施工组织设计内。3 “逆作法”工艺特点逆作法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 。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。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。最大限度利用地下空间，扩大地下室建筑面积。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。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。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。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。 以上讲述了逆筑法的原理及特点，以下浅谈用逆筑法施工需注意的问题及其处理方法。4逆筑法施工对结构的影响及其处理方法4.1上部结构及施工荷载对下部结构的影响采用逆筑法施工，在基础大底板浇捣之前，全部的结构、施工荷载主要靠中间支撑柱及基础桩和周边地下连续墙入土部分的摩擦力来承担。逆筑法施工期间，随着上部结构施工层数的增加，中柱桩和地下墙的荷载也相应增加。同时，由于地下室开挖深度的逐层增加，中柱桩和四周地下墙与土的摩擦接触面减少，而使其承载能力降低。值得注意的是上述荷载增加和支承能力降低对整个平面来说不是均匀的，从而使柱与柱之间、墙与墙、柱与墙之间产生差异沉降，尤其在我国沿海深厚软土层时，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，支承能力较强，地下墙的沉降值往往超过主楼桩基的沉降值。这种差异沉降超过某一限值后就会使结构产生裂缝，造成结构破坏。因此，差异沉降的控制是逆筑法施工的关键技术措施之一。4.2地面荷载对结构的影响 地面临时荷载一般包括各种建筑材料，基坑开挖过程中待运的弃土以及施工机械三类。对于临时荷载，在设计阶段无法预估其数量与范围，如果施工过程中对临时荷载的增加估计不足，将会对围护结构以至基坑的安全稳定性产生危害。例如，开挖过程中待运的弃土，原则上不允许堆放在坑旁，但在实际工程中，由于施工条件的限制，很容易出现利用坑旁空地作为转运点的情况，有时弃土堆放高度较大，当弃土高度达到3 m时，相当于基坑开挖深度增加34 m，这是非常危险的 。实际工程中偶有因临时弃土违规堆放引起基坑破坏的例子，因此需要充分考虑地面临时荷载引起的土压力的影响，并且严格控制现场堆土。4.3土方开挖对地下结构的影响 挖土是逆筑法施工的一个重要环节，在有顶盖的地下挖土难度大、周期长，不仅是影响工期的关键因素之一，而且是建筑结构产生变形的主要原因，因此是施工控制的关键之一。挖土时一方面随地下室开挖深度的增加，中柱桩和地下墙的竖向支承能力降低，同时由于卸载作用又会引起坑底土体回弹，且下部支承力下降、土体回弹以及上部荷载的增加都是不均匀的，从而使结构产生一定的差异沉降。另一方面，土方开挖将会引起四周土压力的变化，尤其在浇筑第一道支撑之前，地下墙呈悬臂状态，随着开挖深度的增加，墙后侧主动土压力不断增大，墙体顶部将产生较大的位移，即使浇筑了第一道支撑，但由于混凝土的收缩，在第一道支撑实际工作以前，地下墙在墙后土压力作用下，其内侧土体一直在蠕变，使得墙体一直向内变形，从而加大墙顶位移量。随着开挖深度的增加，考虑墙体位移和支撑变形后，墙体计算内力将会增大，支撑力也会出现上升的现象。4.4施工方法对结构的影响 按场地的工程地质条件和周边环境的差异，逆筑法又可分为整体逆筑法、半逆筑法、分层逆筑法、局部逆筑- 局部顺筑法。具体的逆筑方法选用要根据场地条件、基坑深度和周边环境等来决定。逆筑施工第一层土方开挖，地下墙处于悬臂状态，当层高不大，造成的悬臂位移可以满足工程要求时，可以一次开挖到地下一层梁底适当位置。否则，应采用“盆式”开挖，即开挖中间部分的土方到地下一层梁底适当位置，周围留足被动三角土，待地面层楼板浇筑完成并具有90%的强度后再开挖被动区三角土。采用“盆式”开挖方法，关键是留足被动区土方，使之形成对四周围护结构的被动土反压力区，以平衡围护结构侧压力和减小臂位移及内力。逆筑施工中常用的“中心岛- 局部逆筑法”，也是基于预留四周被动区土方以保证结构的稳定。5 减少施工对结构影响的方法5.1逆筑阶段施工监测 现场监测作为确保施工安全可靠进行的必要和有效手段，对于验证原设计方案或局部调整施工参数、积累数据、总结经验、改进和提高原设计水平具有相当的实际指导意义。一般基坑工程现场监测内容分为两大部分，即围护结构本身和相邻环境。为了确保基坑开挖安全与上部施工顺利进行，逆筑施工需进行以下8项监测: 连续墙顶点位移监测; 连续墙内外侧土压力监测; 连续墙墙身变形监测; 连续墙钢筋应力监测; 各层支撑梁钢筋应力监测; 中间柱及连续墙沉降监测; 孔隙水压力监测; 邻近建筑物沉降观测5.2中间支承柱的设计型式及计算问题 在软土地基中单桩承载力普遍较低，因而影响逆筑法施工中上部结构可施工的层数，使其缩短工期的特点难以发挥。目前往往通过加大灌注桩直径，尽量采用一桩一柱的设计方案。当上部结构荷载较大，一桩一柱设计方案不能满足时，可采用多桩方案，但桩数应尽量少，否则会影响中间支承柱的施工。中间支承柱多为灌注桩方法进行施工，亦有用挖孔桩方法进行施工的，而地下室底板以上部分的桩身，多为钢管或H型钢，利用其断面小而承载力大的特点，既便于与地下室的梁、板、墙连接，又解决了高层建筑地下结构断面大，配筋多的问题。当采用多桩方案时，利用钢管或H型钢作为逆筑法施工期间的临时支承柱，待永久性的支承柱施工完后，再逐步拆去钢管柱或H型钢柱。中间支承柱是以柱四周与土的摩擦力和柱底的端承力两者平衡其承受的上部荷载，因此，中间支承柱的计算应分析底板浇捣前和底板浇捣后两种情况分别进行计算，当地下室施工至最底一层，而底板尚未浇捣前，此时中间支承柱仍以单桩单柱的形式受力，它所受的弯矩、剪力和轴力均很大，往往对截面配筋起控制作用，而当地下室底板浇捣完毕后，中间支承柱以群桩的受力状态出现，此时的不利工况往往出现在工程结顶以后，而此时轴向力成了起控制作用的因素。当柱网尺寸不大时，为了土方开挖方便，在底板浇筑前可以抽掉若干柱形成大柱网。此时上部结构的施工高度及荷载因素受中间支承柱承载能力限制，应对中间支承柱进行计算机模拟施工验算。5.3柱、梁、板、墙节点处理 逆筑法施工时地下室是由上往下施工的，节点的处理应满足结构在使用阶段和施工阶段的受力要求，可随地下室结构形式的不同灵活运用不同的节点形式。 1)中间支承柱与梁的连接:在中间支承柱施工时，事先在地下室楼板梁位置处预埋钢板环套，当往下施工至此层楼板时再把钢板与楼板梁进行可靠连接，此时钢板预埋位置必须准确到位。当底板以上中间支承柱为钢管柱或H型钢柱时，则连接较为方便、可靠。 2)地下连续墙与梁、板的连接:在地下连续墙施工时，事先在地下室楼面梁、板的相应位置预埋钢板或钢筋，待逆筑法施工至该层位置时，利用钢筋联结器将地下连续墙与楼面梁、板作可靠连接。同样，此种连接对地下连续墙的施工及钢筋预埋位置的要求也较高。3)地下室底板与地下连续墙的连接:在地下连续墙施工时，也在相应的底板标高位置埋置了预埋钢板或锚筋，待地下室挖土至底板标高后，即与底板钢筋连接成一个整体。为了使连接处不出现渗透水现象，应对局部区域作二次振捣混凝土。5.4基坑开挖及围护 基坑开挖及围护是整个逆筑法施工的关键。地下开挖施工的难度大，合理地控制施工工期，一方面可提高上部结构施工的速度，另一方面可防止由于基坑暴露时间过长而产生的基坑围护变形(即所谓“时间效应”) 。 1)“开矿式”挖土:当地下结构各层施工时，需预留两个或以上的上下贯通孔洞，作为地下施工的垂直运输通道，设计时往往布置在建筑的楼梯间处或无楼板处。在空洞上方均设置专用钢架提升设备，将