逆作法施工工艺

逆作法施工工艺 应用与实践逆作法施工工艺 应用与实践 章履远 前言 国内 深基坑逆作法施工的应用与研究发展已比较成熟 尤其是大城市中的深基坑采用逆作法施工技术越来越多 从发展与 应用眼光来看 笔者有必要对关心逆作法施工技术或即将承担逆作 法施工的工程技术管理人员 作一次系统性的讲解 是很有必要的 据此 本人收集到的有关资料经整理后作如下的讲解 由于地区局 限性和本人水平有限 不当之处容当指正 一 概况 一 概况 改革开放以来 我国城市建设发展迅速 建筑物不断向空中发展 与此同时 各类用途的地下空间和设施也得到空前的发展 包括高 层建筑地下室 地铁 越江隧道 地下商业街 地下车库 地下变 电站等各种类型 要建设这些地下设施 就必须进行深基坑的开挖 大家知道 传统的多层地下室施工方法是敞开式开挖 先做围护 在逐层支撑情况下 垂直向下开挖 至设计标高后浇筑钢筋混凝土 底板 再由下而上逐层施工地下室结构 地下结构完成后再进行地 上结构的施工 即典型的顺作法施工 见以下示意图 2 这种顺筑施工方法为大家所熟悉 在城市中大量应用 然而 顺筑 法施工也带来了不少问题 地下结构施工工期长 占整个高层建筑 总工期的 1 4 甚至 1 3 支护费用高 据统计地下深基础工程造价 为整幢高层建筑总价 20 30 其中基坑的支护费用约占工程总 价的 10 左右 其次 有些围护结构在整个地下室施工过程中只作 为临时结构 仅为地下结构施工提供安全保证 待地下结构施工完 毕 其作用随之消失 而为此发生的围护费用是可观的 当在繁华 商业街下修建地铁车站时 为少影响商业活动和交通 再有业主要 求在尽可能短的时间内造好大楼时 那么用敞开式顺筑法施工就难 以满足 在这些背景下 产生了逆作法施工 逆作法施工与传统顺 作法正好相反 即在围护施工 基桩施工完成后 首先施工 0 00 层楼板 并留出出土口 向下开挖地下第一层土方 再施工地下一 层楼板 开挖地下二层土方 再施工地下二层楼板 重复以上过程 直至地下室底板 地下土方开挖时 作为刚度很大的各层楼板就作 为围护结构的水平支撑 很多围护结构就作为地下室外墙 在地下 3 土方开挖 地下楼板施工同时 上部结构层也逐层向上施工 因此 逆作法施工与顺作法施工相比较 可以缩短工期 节省成本 减少缩短工期 节省成本 减少 周围环境危害周围环境危害 见下图示意 目前 肯定的是 城市用地不断紧缩 施工场地局促 开挖深度 增加 环境要求严格 大城市深基坑施工 出现逆作法施工趋势十 分明显 作为基础施工工作者 应该及早 主动掌握逆作法施工技作为基础施工工作者 应该及早 主动掌握逆作法施工技 术 为今后逆作法施工工作打好基础 看来十分必要 术 为今后逆作法施工工作打好基础 看来十分必要 逆作法施工早在 70 多年前 发达国家已经有了应用 1935 年日 本就提出了 逆作法工艺 并在高层 超高层建筑的多层地下室 地下商场 地下车库 地铁车站等建筑构筑物中应用 如日本东京 八重洲地下商业街 莫斯科切尔坦沃住宅区地下商业街 芬兰伐利 桑地下娱乐中心 挪威奥斯陆地下体育中心 地下六层的德国慕尼 黑卡尔斯广场综合体 美国芝加哥水塔广场大厦 地下四层 法国 巴黎拉弗埃特百货大楼 地下六层 上述工程都采用了逆作法施工 技术 均取得很好效果 我国的台湾和香港地区也有很多应用 我国从 1955 年哈尔滨地下人防工程中首次采用了逆作法施工 4 1985 年上海基础公司科研楼偿试了逆作法施工 上海第二建筑公司 在 1993 年上海地铁 1 号线陕西南路站完成了较大规模逆作法施工 以后上海长途电信大楼 1987 年 恒积大厦 1995 年 明天广场 1999 年 长峰商城 2004 年 人民广场地下变电站 2007 年 等也采用了逆作法施工 并在此基础上 对逆作法信息化施工技术 柱墙沉降控制技术 逆作挖土技术 逆作柱梁板与柱墙连接技术等 奠定了技术基础 逆作法施工技术被人们接受 不断获得发展 2000 年 2013 年 除了上海以外 在广州 北京 天津 杭州 厦 门 深圳 海口 福州 南京 昆明 珠海等大中城市获得应用与 发展 在此基础上 上海 广洲 天津制定了逆作法工法 广州市 地下室逆作法施工工法 YJGF07 98 上海市高层建筑多层地下室结 构逆作法施工工法 2011 年 建设部发布了 地下建筑工程逆作法 技术规程 JGJ165 2010 上海市经过十余年以来逆作法基坑工 程的实践经验 2012 年上海市制订了 逆作法施工技术规程 DG TJ08 2113 2012 逆作法施工得到了进一步规范 经过多年的实践和研究 逆作法施工所面临的主要施工技术为 基坑的围护方式 竖向支承桩的施工 基坑降水 水平结构施工 基坑的围护方式 竖向支承桩的施工 基坑降水 水平结构施工 出土口 土方逆作开挖施工 竖向结构施工 地下地上同步施工 出土口 土方逆作开挖施工 竖向结构施工 地下地上同步施工 基坑监测 安全施工及作业环境等内容 基坑监测 安全施工及作业环境等内容 以下作有重点的介绍 二 逆作法施工的程序 二 逆作法施工的程序 按图 2 1 所示逆作法施工程序如下 1 按基础外围面积 先施工四周的支护结构 支护体系采用地下 5 连续墙或排桩支护 排桩采用钻孔桩或挖孔桩 2 按设计图施工中间支承柱和基础桩 中间支承柱大都采用钢管 柱或型钢柱支承 挖土完成后再作外包钢筋混凝土 3 利用地下室一层的土方夯实修正后作地模 浇灌地下室 0 00 层的顶层钢筋混凝土梁板 并在此层预留挖土方的出土洞若干个 4 进行地下室一层土方的挖土 移到出土口 提升到室外卸土 5 重复程序 3 进行地下室二层梁板混凝土的浇筑 同样在楼板中 留出出土洞 6 重复程序 4 进行地下二层土方外运 7 重复程序 3 5 作地下三层梁板混凝土的浇筑 同样在楼板 中留出出土洞 8 重复程序 4 6 进行地下三层土方外运 9 重复程序 3 5 7 进行地下室底板混凝土的浇筑 6 逆作法施工工艺流程框图如下 7 三 逆作法施工的围护方法 三 逆作法施工的围护方法 目前 逆作法施工围护结构主要形式是 两墙合一 地下连 续墙 钻孔灌注桩排桩 型钢水泥土搅拌墙和咬合桩等形式 以地 下连续墙为首选 地下连续墙施工 必须制定与逆作法施工相关的详细施工方案 由于围护结构作为地下室结构一部分 地下连续墙施工有一定要求 1 地下连续墙槽段间连接方式有园型锁口管接头 十字钢钣接头 工字钢接头 钢筋混凝土预制接头等多种形式 2 在地下连续墙槽段接头外侧 根据地质条件及防渗要求采取高 8 压喷射注浆等加强措施 3 应根据设计要求 在地下墙内正确预埋钢筋 钢筋接驳器 设 置剪力槽及其他埋件 并对止水等方面要有针对性措施 地下室底 板处 4 地下连续墙的墙底必须进行墙底注浆 5 地下连续墙的垂直度 1 300 四 竖向支承桩柱施工 四 竖向支承桩柱施工 逆作法地下结构的竖向桩 柱作为地下室结构的一部分 将上部 结构的荷载传给地下室底板 施工过程中 竖向中间支承桩 柱还 需承受地上和地下各层结构的自重和施工荷载 因此 逆作法工程 的竖向支承桩 柱需在结构施工前完成 无法与楼板结构同步施工 尤其是逆作范围 地下室结构 支承柱的施工与桩基施工相结合 即在工程桩施工的同时安装支承柱 又由于其为地下结构柱的一部 分与地下梁板连成整体 所以对垂直度要求特别严格 往往要求桩 位的定位偏差 5mm 桩的垂直度偏差要满足设计要求 常提出 1 500H 最高要求甚至达到 1 1000H 因此采用普通的立柱按装方 法肯定不能满足要求 另一方面 结构设计时 桩基的混凝土标号 C30 C40 与钢管内灌注的混凝土标号 C50 C60 不一样 浇 灌时要求解决低 高标号混凝土的含接问题 多年来 各地根据当地土质 地下水情况和施工经验 创造了许 多行之有效的施工方法 这里在介绍支承钢管柱之前 首先说明一个共性问题是关于钢管 柱制作问题 钢管柱的直径 壁厚 长度是根据工程要求而确定的 常用规格尺寸 直径 500mm 2000mm 壁厚 16mm 25mm 长度 16m 37m 由于加工精度高 钢管柱均在钢结构厂厂内分段加工制 作 对接的接口平面用车床整平剖口 再运到施工现场拼装 为保 证现场拼装的钢管柱平直度满足设计要求 施工场地必须硬化处理 9 以便在上面搭设拼装胎架 也称支承架 分段制作的钢管柱现场对 接 对接面平直 采用剖口 二氧化碳气体保焊同步对称施焊 焊 接前接口两端 30cm 内还要进行预热 防止变形 焊接完成后即进 行探伤和平直度检验 钢管柱的设计柱顶标高常在一层地面层以下 为按放钢管柱需要常将钢管柱顶接长处理 接长钢管长度不一 称 为工具管 工具管与钢管柱的连接一般用法兰盘连接 以便拆卸重 复利用 图 4 1 为钢管柱现场拼接示意 图 4 1 钢管柱拼接示意 其次 钢管柱由平卧转为吊直均使用两台起重机同时起吊 空中 竖直方法 钢管柱在吊入桩孔时要求垂直向下慢慢插入 常在工具 管的上口留有左右对称的耳环 主机的吊钩吊住比钢管稍宽的铁扁 担 铁扁担下钢丝绳平衡吊住二个耳环 使直立钢管柱处于垂直状 态下插入桩孔内 以下介绍一些钢管柱的常见施工法 1 钢管柱后安装施工法 天津轨道换乘中心 地下四层 开挖深 32m 逆作施工 钢 管柱下钻孔桩直径 2200mm 钻孔深 85m 桩顶距地面 27 5m 有 效桩长 48m 56m C30 混凝土 钢管柱 1000mm 长 25 8 29 8m 钢管内灌 C50 混凝土 钢管柱根部要求锚入桩内 2 5m 第一步 钻孔桩采用旋挖钻机带管钻进 外套管到地面下 32 5m 后不再跟进 为控制垂直度 采用桅杆有自动调垂装置的旋挖钻机 为保证地面以下 30m 内垂直精度达 1 1000 要求 旋挖期间采用超声 10 波不断检验 过程纠偏等 14 项操作工艺 第二步 钻孔桩成孔完成后灌入 C30 水下混凝土 水下混凝土面 浇灌到地面下 30 8m 即停止 超灌 0 8m 即混凝土面高出跟进套 管底 2 5m 距离 第三步 在水下混凝土浇灌结束后 8 10 小时 混凝土初凝后抽 去套管内泥浆 工人下入桩孔内 凿去 0 8m 浮浆 暴露 C30 新鲜混 凝土面 用 7 10kg 吊锤 将地面上放出的桩位中心引到地下 30m 处桩顶上 用钢尺将地面标高引到安装定位板标高以上 50cm 的套管 壁上 第四步 在地面下 30m 桩顶处安装由引渡板 定位板 托架组成 的钢管柱安装定位器 见图 4 2 在中心及标高定位好后再用早强 高标号混凝土固定 垫平 图 4 2 定位器 第五步 3 天后 将制作好的钢管柱吊入桩孔内 由于定位器中 引渡板斜面作用 将桩管底部安放到设计位置 其定位器安放误差 为 5mm 定位器与桩管内壁间隙 5mm 其最后最大误差仅 10mm 高 于设计要求平面位移误差 20mm 要求 桩管上部通过十字交叉校正 器 校正到正确位置后固定在护筒上 第六步 向桩管外套管之间四周均匀浇灌 C50 混凝土 5 小时后 再向桩管柱内灌入 C50 高强混凝土 浇灌的办法采用串桶式自落式 11 浇灌密实法 要求串桶底距浇筑面高度在 2 5m 左右 既能冲击密实 又不使混凝土离析 桩管顶以下 4 0m 范围的混凝土振捣密实 第七步 桩管柱与套管之间垫进黄砂后拔除外套管 本工程经开挖后复测 无论桩柱垂直度和定位偏差均满足设计要 求 北京地铁 4 号线菜市口车站与 7 号线换乘站 7 号线为明挖 施工 4 号线在 7 号线下 采用盖挖逆作法 工程共设 800 16mm 钢管柱 30 根 钢管柱长 19 55m 施工技术要求为钢管柱定位偏差 5mm 垂直度 1 1000H 并 15mm 钢管柱下采用挖孔桩支承 施 工步骤如下 第一步 挖孔桩成孔后灌注混凝土 第二步 灌注后 12h 清除桩顶以上 1 8m 高浮浆 第三步 下通风管 低压照明 下人清理整平安装定位器 并浇 筑 C40 早强混凝土 固定定位器 2h 后混凝土强度可达 20Mpa 20h 达到 C25 第四步 吊装钢管柱入桩孔内 可以认为钢管柱下口定位正确 上口定位用十字交叉花兰螺丝校正后固定在上口护筒上 见图 4 3 图 4 3 钢管柱顶部定位 12 第五步 浇灌钢管柱下口外与挖孔桩壁四周杯口混凝土 高度宜 超出底板底以上 20cm 开挖到底板底面时凿除 第六步 用串桶法浇灌钢管柱内混凝土直至柱顶 第七步 钢管柱与挖孔桩内壁之间填上黄砂 本工程经开挖后复测检验均满足设计要求 工程是成功的 点评 采用钢管柱后安装施工法的技术特点 是要在桩孔中下 人先清理 再定位 桩中心 桩标高 后安装定位器这一工序 所 以首先要满足下人这一必须条件 当地下水位低于施工作业面 可 采用挖孔桩作为支承拄的桩基 当地下水位很高情况下就要使用钢 套管 来制造一个下人操作的条件 当大面积施工时 为了保证工 程进度 将使用大量的钢套管 一个桩柱从成孔 下钢筋笼 浇混 凝土 初凝养护 抽浆清理 定位安装 定位器固定养护 吊放钢 管柱 校正固定 钢管柱内外灌混凝土灌砂 拔出套管等一个工作 循环约 6 7 天 工期不能保证 相对工程成本增加 因此 采用钢管柱后安装施工法 虽然施工质量能满足设计要求 但一定要有环境条件 低地下水位 就不能大面积推广 2 钢管柱与桩一体化成型施工法 一体化成型施工法说的是 当钻孔桩成孔下放钢筋笼后马上吊放 钢管柱 有的施工法钢筋笼下放到孔口 钢管柱与钢筋笼在孔口连 接后再一起下放就位 再下导管二次清底后 钻孔桩水下混凝土和 钢管柱管内高标号混凝土连续浇灌一次成型的施工法 上海世博 500KV 地下变电站一柱一桩的施工技术 钻孔桩成孔深 90m 直径 950mm 桩身混凝土 C35 有效桩长 55 8m 钻孔桩上插入的钢管柱 550mm 16mm 管内混凝土 C60 钢管柱中心定位偏差 10mm 垂直度为 1 600 第一步 为保证钢管柱垂直度要求必须先保证钻孔桩的垂直度 选用 GPS 20A 型钻机 钻头上加装配重块 以提高钻头稳定性和垂 13 直精度 并采用减压钻进 钻孔垂直精度达 1 500 第二步 钢管柱长 33 045m 加 4 0m 工具管 37 045m 钢管柱 顶设吊耳 用铁扁担起吊以确保钢管柱在自由状态下的垂直度 图 4 4 图 4 4 铁扁担 图 4 5 地面调节装置 第三步 地面设置由定位架 千斤顶 校正杆组成的地面调节系 统 可对钢管柱垂直度进行调整并固定 见图 4 5 采用双向经纬 仪校正 图 4 6 下放完成后采用井径测斜议进行垂直度检测 第四步 钢管柱和钢筋笼的连接 采用了钢丝绳把钢筋笼连接起 来的铰接方法 保证了钢筋笼和钢管柱在重力悬吊状态之下的垂直 度 见图 4 7 第五步 桩和柱在不同标号混凝土换浇施工 具体为 水下低标 号混凝土至标高 37 7m 时改灌高标号混凝土 桩顶标高 36 5m 直至 30 0m 时暂停高标号混凝土浇灌 确保钢管柱插入桩身深度 柱底标高为 33 7m 再在钢管柱与钻孔桩孔壁之间回填碎石黄 砂 阻止管外混凝土面上升 继续浇灌管内高标号混凝土直至钢管 柱顶 14 图 4 6 双向经纬仪校正 图 4 7 钢管柱与钢筋笼连接 南京青奥中心逆作法钢管柱施工 南京青奥中心为双塔楼加裙房 面积 35 万 m2 采用逆作法施工 逆作钢管柱下钻孔灌注桩为变截面设计 桩长 95m 上口 2 7m 插入直径为 2 0m 23m 钢管柱 以下为 1 2m 钻孔桩 钢管柱的 定位偏差 5mm 垂直度 1 500 施工步骤如下 第一步 变截面钻孔桩的施工采用先用 1 2m 钻头钻 3 0m 深 后换 2 7m 钻头扩孔钻 3 0m 再换 1 2m 钻头钻 3 0m 如此循环 直至变截面标高下再用 1 2m 钻头钻到底后成孔 第二步 长 23 0m 2 0m 直径钢管柱在工厂预制 现场拼接 完成后在管外装上长 10 0m 的测斜管 用专用抱箍与钢管固定 第三步 完成变截面钻孔桩吊放钢筋笼及拼接钢管柱之后 即 在孔口吊放上钢支架 以校正和固定钢管柱 钢支架分为两部分 15 下部支架横梁用于支撑钢管柱 调整标高 上部支架横梁高 2 1m 用于调节钢管柱垂直度 钢支架四肢用 M16 膨胀螺栓固定在硬地坪 上 先调钢管柱定位轴线和标高 并用下部横梁上的千斤顶和定位 螺杆固定好 以作为调垂的支点 用测斜仪测定倾斜度方向后再调 上横梁的千斤顶 直至满足 1 500 要求后再固定在上横梁上 见图 4 8 图 4 8 钢管柱调节支架 第四步 在第二次清底后浇灌混凝土 先在调节钢支架上方架上 浇筑平台 平台与钢支架不接触 以免浇灌混凝土时冲撞钢管柱 当混凝土浇灌到 17 0m 承台底标高 17 5 时 在管内浇灌混凝土 同时同步向管外与桩壁之间四周均匀灌入碎石 直至管内混凝土从 溢浆口溢出混凝土 第五步 微调 当混凝土浇灌至钢管柱底前和柱外碎石反压及混 凝土浇灌完成时 均应根据监控数据通过上横梁千斤顶或螺杆对钢 管柱进行微调 以使钢管柱满足垂直度要求 南京德基广场逆作法超深支撑桩柱的施工 南京德基广场挖深 23 7 27 9m 有钢管柱 136 根 长 26 0m 以 16 上 直径 700 1100mm 不等 钢管柱分三节工厂预制现场硬地 坪搭设胎架现场拼接 二台吊车起吊 其步骤如下 第一步 旋挖钻机成孔 32 36m 冲击钻机终孔 入岩 2 0m 所有桩孔垂直度用超声波检测议进行 100 检测 垂直度均在 1 400 以内 第二步 钢筋笼整体制作 包括注浆管 超声波管 桩体预埋件 六点起吊安放 吊筋及悬挂器均固定于护筒上 钢筋笼底悬于桩底 50 100mm 确保钢筋笼垂直 钢柱易于进入钢筋笼 第三步 安放钢管柱支撑架 高 长 宽 2 2 2 0 2 0m 用 膨胀螺拴固定在硬地坪上 精度 2mm 支撑架上部四角设有调节螺 杆 第四步 起吊钢管柱 向孔口慢慢插入 并用双向经纬仪调直 直至钢管柱工具管上预装的四个耳板搁置在支撑架上口横梁上 并 立即调整钢管柱标高 达到初调目的 当钢柱标高 中心位移与垂 直度均调整到位后 采用精密超声波检测仪 精度为 0 1mm 对钢 柱垂直度进行复测 钢柱上口固定后澈去起重机 第五步 在钢柱支撑架外再放置一个混凝土浇筑平台支撑架 二 架之间不接触 开始浇灌混凝土 当混凝土浇灌到桩顶标高以下 4 0m 时开始置换高标号混凝土 当混凝土面上升到桩顶以上 2 0m 时 开始同步向钢柱外四周灌入碎石 直至钢管内混凝土面上升 管外碎石面不再上升时停止碎石回填 钢管内混凝土浇灌到地面溢 出为止 17 第六步 自主开发了一套逆作法钢柱实时调垂系统 调垂议 工 作原理为利用先进的监测技术 人机交互技术以及液压传动装置等 对钢柱混凝土浇筑过程中钢拄垂直度实时监测并实时纠偏调垂 整 个系统由液压油缸 液压泵站 倾斜传感器 控制器等组成 见下 图 倾斜传感器监测到钢柱倾斜的实时变化 通过数据线传输到人机交 互界面 控制器 并通过该界面的自动或手动状态进行钢柱实时调 垂 从而保证了钢管柱在混凝土浇筑过程中 导管提升 碎石回填 对钢管柱侧向推移引起垂直度变化得到及时纠正 基坑土方开挖后 136 根钢管柱垂直度均满足 1 600 设计要求 本项目为国家自然科学资金资助项目 中国科学院地质与地球物 理研究所项目 18 杭州环北丝绸服装城 采用逆作法施工 625mm 25mm 钢管柱 126 根 定位偏差 20mm 垂直度 1 500 施工步聚如下 第一步 降低地下水位到地面以下 4 5m 在一柱一桩位置上挖一 个 3 5m 3 5m 深 3 2m 工作坑 并在工作坑内吊放进 2 5m 直经 高 3 0m 护筒 四周土方回填压实 面上铺设路基板 第二步 在工作井内按正常工艺进行钻孔灌注桩施工 终孔后进行 一次清孔 然后提钻 移机 下钢筋笼 第三步 安装型钢校正支架 采取先下后上的程序 通过全站仪使 校正支架中心与桩位中心重合 分别与钢护筒及路基板点焊连接固定 型钢支架由井字形布置的 H 型钢及 4 根穿过型钢可从各个方向调节 行程的螺杆组成 型钢校正支架布置如下图所示 第四步 钢管柱起吊自然垂直后入孔 通过水准仪调整钢管柱的 水平标高 通过上下两套型钢校正支架上的螺杆行程进行微调 校正 钢管柱垂直度 使其中心和桩位中心重合后焊接固定 第五步 设计要求桩身内钢管柱下 3m 即标高 22 400m 处为两 种不同强度混凝土的交界面 交界面以下混凝土强度等级 C35 以上 19 则为 C60 灌注钻孔桩 C35 混凝土至标高 19 400m 同时保证导管埋 入深度不小于 3m 后 开始灌注 C60 混凝土 当 C60 混凝土将 C35 混 凝土全部置换出桩顶标高后 沿钢管外圈四周回填级配砂石至工作井 底标高 继续灌注 C60 混凝土直至混凝土从钢管立柱溢浆口排出 待 混凝土终凝后 约 24h 拆除上下型钢支架 移走钢护筒 3 钢管柱后插施工法 钢管柱后插施工法与前二种施工法不同点是 先施工钻孔灌注桩 桩内灌入缓凝混凝土 然后将钢管柱垂直插入桩内一定锚固深度 再在钢管柱内灌入高标号混凝土的施工法 其主要关键点是 缓凝 混凝土 HPE 或 HDC 液压垂直插入机 测斜议等 武汉地铁中南路站为 2 号线 4 号线换乘站 采用逆作法施工 桩为 1800mm 全液压可视可控扩底灌注桩 扩大盘 3 6m 钢管 柱 800mm 共 147 根 采用 HPE 液压垂直插入机施作钢管柱工 艺 其工艺流程如下 20 工艺的关键点有 为保证钢管柱插入垂直度满足设计要求 旋挖钻成孔精度 必须控制在 1 300 以内 当用超声波检测仪检测到垂直度不 能满足要求时 必须进行修正 钢筋笼安放必须保证在桩孔中心 最好在钢筋笼顶部做成喇 叭口 以确保钢管柱插入顺利 钻孔桩内灌入的混凝土要用缓凝混凝土 一般要求缓凝时间 不小于 36h 因为混凝土运输 浇灌 HPE 液压垂直插入机 就位对中调平 钢管柱起吊就位插入纠偏等均需要时间 保 证钢管柱顺利插入混凝土中 钢管柱开始插入时能以靠自重自由插入 插入一定深度时 21 当浮力大于钢管柱自重时 最好在钢管内灌入清水加重 确 保插入过程顺利 当钢管柱柱底刚好插入混凝土面时 应停止插入操作 立即 检测钢管柱的垂直度 地面以上钢管用经纬仪 地面以下用 垂直仪 根据检测数据来调整钢管柱垂直度 直至满足要求 后再下插到位 由于钢管柱的柱顶标高常在地面以下 为方便钢管柱插入操 作 钢管柱顶必须附加一节工具管 工具管要求与钢管柱等 直径 连接可靠 可重复利用 武汉地铁中南路站采用 HPE 液压垂直插入机施工的 147 根钢管 柱经超声波检测 桩身完整性良好 开挖后垂直度全部满足设 计要求 天津滨海国际机场交通中心工程 采用逆作法施工 共有钢管柱 106 根 1100mm 和 1200mm 直径 采用 AM 扩孔 灌注桩 2200mm 扩底直径 3200mm 钻孔垂直度 1 300 钢管柱长 23 53m 加上工具管长达 32 0m 垂直度要求 1 500 采用 HPE 全液压垂直插入机插入钢管柱 AM 桩的施工流程如下 施工现场准备 AM 旋挖钻机定位 埋设钢护筒 等径桩成孔至 设计深度 测量孔深 扩底成孔开始 扩底成孔结束 测量孔深 利用扩孔钻头第一次清孔 安装钢筋笼 安装导管 检测沉渣 如 沉渣超标进行二次清孔 灌注混凝土 混凝土灌注完毕 拔除钢护 22 筒 回填桩孔 HPE 全液压垂直插入机插入钢管柱 钻孔灌注桩或 AM 扩底灌注桩 浇筑至基坑底标高后 在混凝土初凝前 将底端封闭 的永久性钢管柱垂直插入支承桩混凝土中 直到插入至设计标高的 施工方法 其工艺流程如下 HPE 垂直插入机就位 调整 HPE 垂 直插入机水平度 吊装钢管柱 HPE 插入机垂直插入钢管柱 钢管 柱四周回填碎石并排浆 钢管柱内浇筑钢筋混凝土 拆除工具柱并 回填孔口 HPE 插入机移位 回填孔口 拔除钢护筒 钢管柱插入过程如下 钢管柱吊放至 HPE 垂直插入机内 根据自重下入孔内一定深度后 安装定位抱紧装置 由 HPE 垂直 插入 机抱紧钢管柱 采用 2 台经纬仪双向复测钢管柱垂直度 满足设计 要求后 为绝对保证钢管柱的垂直度偏差 1 500 在钢管柱上再安 装一个垂直传感器 双重监测钢管柱垂直插入精度 钢管柱下部安 装的垂直仪传感器反映到电脑上的信号来检测钢管柱的垂直度 保 证插入钢管柱的垂直度符合要求 垂直度偏差可达 1 500 1 1 200 保证了施工质量 钢管柱内混凝土的浇筑 钢管柱四周回填碎石 排浆完成即 可进行钢管柱内下放钢筋笼浇筑混凝土 此时需由 HPE 液压垂直 插入机抱紧钢管柱 防止钢管柱灌注混凝土后下沉 为便于割除工 具柱 钢管柱内的混凝土不易灌注过高 至钢管柱顶标高以下 200 300 mm 即停止灌注 钢管柱内的混凝土采用水下混凝土灌注 23 关于钢管柱插入时的浮力 钢管混凝土柱底部是封闭的 当 钢管柱下至一定深度后泥浆的浮力大于钢管柱自重时无法继续下沉 必须采取措施增加钢管柱内的自重 确保重力下放使钢管柱垂直插 入桩顶以下混凝土一定深度 泥浆密度应按灌注后最大密度 1500kg m3计算浮力 但需考虑 HPE 垂直插入机抱紧钢管柱继续下 压插入混凝土时产生浮力过大 产生水平位移时 需在钢管柱插入 至桩顶混凝土前向钢管柱内加入配重 配重加入重量为超过最大浮 力 3 5 吨 采取的措施为向钢管柱内注水 AM 工法和 HPE 工法在软土地质地区施工效果良好 AM 工 法和 HPE 工法的产生和推广应用 必将使盖挖逆作中间桩柱的施 工速度和施工质量得到很大的提高 具有广阔的实用价值和应用前 景 以下是 HPE 全液压垂直插入机的全貌和插入示意 24 25 上海国际金融中心 上海国际金融中心工程位于浦东新区 逆作法施工 一柱一桩 198 根 钻孔桩直径 1200mm 孔深 61 5m 钢管柱 550mm 16mm 插入桩身 5 0m 钻孔桩垂直度 1 300 钢管柱 垂直度 1 500 采用后插法施工 后插法施工利用特制的 HDC 液压调直架 对钢管柱的中心位置 垂直度及深度进行调控 从而达到设计要求 其施工步骤如下 a 桩身混凝土浇注完成移走钻机 清理孔口 b 在护筒内安装导向纠偏装置 c 安设 HDC 液压调直设备 定位 调平 对中 d 吊运钢管柱 于调直架孔口位置对中 e 通过导向纠偏装置限位 利用 2 层抱箍将钢管柱下放至下部混 凝土面 26 f 调整钢管柱垂直度 g 将钢管柱下放至设计深度 h 再次测量钢管柱垂直度 i 钢管柱孔口固定 移走调直架 j 割除工具管 下导管 浇灌钢管柱混凝土至设计高度 k 桩孔回填 注浆 其步聚和方法与 HPE 工法基本相同 在此不再傲述 五 降低地下水位 五 降低地下水位 逆作法施工与顺筑施工一样 存在着基坑开挖时地下水水位必 须低于开挖面以下 1 0m 这一原则 为此 逆作法施工方案中降低地 下水位是施工方案中不能少的重要部分 按上海市的逆作法施工规程 疏干井和降压井均要求用 4 6mm 钢钣卷成的筒身来做降水井 以保证施工期间降水的可靠 性 地下连续墙围护的基坑可视为不漏水的封闭状态 坑内抽水 量可参照 W AH 式估算 为含水层的给水系数 经验值为 0 1 0 15 A 为基坑开挖面积 H 为降水深度 常为基坑下 1 0m 降水井数量可按经验公式每 130m2 200m2一口井来设置 井的布置应避开坑底搅拌桩加强区 避开工程桩 围护支撑 立柱及主体结构梁部位 管井和抽水管路要有保护措施 要布置一定数量的观察井 掌握基坑降水实况 27 渗透系数较差的土层 如粘性土 要用真空辅助降水 坑外降水应视周围环境决定与否 土质差周围环境恶劣可不 降少降 土质好周围环境好可多降 以减小围护结构的土压力 六 土方开挖 六 土方开挖 逆作法施工的土方开挖涉及到 土方从支撑楼板预留洞口中从 下垂直提升到地面的方法 从二个预留洞口中间挖出的土方在地下 水平运输问题 地面层为地下土方开挖所必须的预留洞口大小 位 置 数量如何设置问题 洞口出土后的装土外运方法 地下挖土的 施工方法 地下土方开挖的注意事项和大型基坑的盆式开挖 盆边 土 抽条开挖等问题 以下分别叙述 1 逆作法施工土方的垂直提升 逆作法施工地下土方的出土常在楼板上预留出土洞 垂直提升 设备在洞口把地下土方提升到地面 再装车外运 常采用的垂直提 升方法有 垂直取土架 见图 6 1 抓斗 长臂挖掘机 伸缩臂抓 斗 皮带输送机等方法 选用那一种垂直提升设备取决于现场环境 层高限制 地下土方性质 要求施工工期 出土成本 出土效率等 因素决定的 以伸缩臂抓斗法为最常用 28 附图一 地下室土方调运示意图 图 6 1 取土架 图 6 2 长臂挖机 杭州环北丝绸服装城逆作法施工挖土的垂直提升采用了皮带 输送机的方法也获得成功 为粉土与粉砂这一条件 见图 6 3 图 6 3 皮带输送机提升土方 2 出土洞口的预留 逆作法施工首层楼板要预留一定数量的出土洞口 出土洞口原 则上应该避开围护墙边 宜在挖土区域的中间部分 可以减少位移 先挖中间后挖边上 减少土方开挖的水平驳运距离 以提高挖土 29 效率 出土洞口的水平距离不宜大于 30m 以减少土方开挖的水平驳 运距离 提高挖土效率 出土洞口应结合结构予留洞口 如楼梯口 电梯井 各层楼板 洞口要上下对应 出土洞留出的面积 150m2 600m2 其长度不小于 9 0m 以便 钢筋模板挖土设备等送到地下 出土洞口预留位置还应该考虑运土车辆进出方便 尽量便于土 方运出基坑 每个挖土分区至少要有一个出土口 通常一个出土口可承担的 挖土范围为 500m2 图 6 3 图 6 5 为某些逆作法施工工程出土口设置情况 图 6 4 出土口设置之一 30 图 6 3 出土口设置之二 图 6 5 出土口设置之三 3 地下土方开挖方法 31 逆作法施工地下土方开挖的原则与顺作法施工一样 挖土施工必 须严格执行 分层 分段 分块留土护壁 限时 对称 平衡开挖 的原则 减少围护结构的无支撑暴露时间 以减少围护结构的变形 分区分块的原则是按结构的后浇带 变形缝来设置分区的大小 应优先施工边角区域 以便发挥围护在边角上的刚度 减少施工中 的变形 而边角范围的结构一旦形成 也就形成了类似于角支撑的 形式 使后续施工中围护变形相对减少 出土洞口的土可以用长臂挖机直接挖取 二个出土洞口之间的土 方常用 0 5m3小挖机下洞 在二层楼板之间的高度内挖土 洞口与 洞口之间挖出的土向出土洞口集中 再由长臂挖掘机提升到地面装 车外运 当然有许多死角小挖机是挖不到的 此时常配备人工辅助 挖土 地铁车站逆作法施工的出土洞口只能在车站边旁出土 不影 响马路上车辆通形 出土口较少 地下土方的水平运输可采用楼板 底预埋钢钣 安装规道电动葫芦进行土方水平运输 也有使用手扶 推车或小型推土机进行 总之 地下土方的开挖 应以地下结构状 况 以现有挖土设备 以效率最高 成本最少的办法进行 当前逆 作法施工应用越来越多 许多单位呼吁有关单位研究开发适合地下 土方开挖的专用设备 4 土方的装车外运 逆作法施工的工程往往集中在市区人口密集区 交通条件差 对 土方装车外运必须事前设计好 即出土口设置与土方装车外运路线 32 路线宽度等要根据现场和地下室结构预先设计好 对结构楼板按施 工运输机械通行要求进行专门设计 施工时不得更改 见图 6 5 5 关于盆式开挖和盆边土及盆边土的抽条开挖 关于盆式挖土 当基坑面积较大且长宽比合适时 为了加块土 方开挖速度 常在地下一层土方采用敞开式盆式开挖 基坑中间部 分挖至地下一层楼面 四周挖去地下一层层高的 1 2 土层高度 挖 取土层高度应由周围环境和土质好坏决定 在围护边留出 8 10m 盆边土后再按 1 1 1 2 5 坡放到盆底 盆底部分整平并浇筑垫层 在盆中位置支模 浇筑盆中位置的地面楼板结构层 盆边土的抽条开挖 当盆中地面楼板结构达设计要求强度时即 对盆边土进行对称抽条开挖 抽条开挖土方的宽度视结构和土质情 况常为 2 5m 6 0m 要求中间向围护边开挖 并立即浇筑垫层 有 些工程浇筑配筋垫层 使围护墙通过垫层与中间结构连接 垫层混 凝土要加早强剂 这种开挖方式其目的就是为了减少围护的变形 典型的盆式开挖见图 6 7 6 8 33 图 6 7 盆式开挖之一 34 图 6 8 盆式开挖之二 6 土方开挖时注意点 挖土时 支承柱二边的土方高差不要超过 1 5m 边挖土边清理结构楼板的模板和支撑 挖土时要保护好支承柱 降水井 监测元件和预留钢筋 七 水平结构和竖向结构的施工 七 水平结构和竖向结构的施工 水平结构施工即地下室梁板结构的施工 目前根据现场条件及地 下结构情况有二种施工法 35 1 利用地基土直接立模浇筑法 地下室土方挖到标高后 在主次 梁位置上人工开挖沟槽 槽的底标高为梁底标高加模板厚度加 C20 混凝土垫层高度 常为 100mm 再加砂石找平层厚度 常为 30 50mm 槽的宽度以能立侧模即可 同样板面挖土深度为板底 标高 模板厚 混凝土垫层厚 找平层厚 挖土完成后立即找平打 垫层 过 24 36h 后即可放线立模扎筋浇筑混凝土 见下图所示 36 2 立模浇筑法 适用于盆式开挖的逆作法施工 由于立摸浇筑要 求 其盆式挖土的标高要求在支模高度不小于 1 8m 来决定盆底挖土 标高 当然也包括支模垫层厚度 第二种状况是盆式开挖 楼板一 次性浇筑 其中间盆底常为地下一层高度 盆边土下挖高度则至少 保持梁底下 1 2m 1 8m 支模高度 对于坡面要求做成台阶 以利支 模需要 3 无论是利用地基土浇筑还是立模浇筑水平结构 有一个事都要 做好 就是在浇筑混凝土时 在柱子位置的对角线两边用塑料管预 留 120mm 200mm 直径的预留孔 用于竖向构件由下而上浇灌 需要 同理 对楼板下有墙体位置上 置中或墙边每隔 1 2m 2 0m 预留 120mm 浇灌孔 用于墙体回筑浇捣 4 柱子的浇筑 在钢管柱的四周楼板面和楼板底在浇筑水平结构 时已预埋了钢筋 在此基础上扎好柱身钢筋 用对拉螺杆立好柱身 模板 柱身模板的上口近上层楼板底约 30cm 40cm 做成喇叭口 混凝土浇灌即从喇叭口灌入 喇叭口的下口正好是柱子与顶梁接触 处 当混凝土浇灌时保证喇叭口把柱梁接触处包围起来 使混凝土 浇筑不留空隙 柱身模板两边一定高度应该留出插入振动器的振捣 口 保证柱身混凝土的密实 待 2 3d 后混凝土有一定强度后再拆 除模板 凿除喇叭口多余混凝土 见下图所示 37 5 墙身的浇筑 墙身混凝土的浇筑与柱子浇筑是一样的 就是由 于墙身薄上部留出的喇叭口仅为单向即可 6 施工缝的处理方法 柱身 墙身与顶梁 楼板之间由于顶梁楼 板先浇 柱身 墙身后浇而形成了施工缝 会出现少许空隙 空隙 存在将影响到上部结构荷载的传递 先浇和后浇混凝土之间其处理 方法如下 直接法 漏斗口压注法 称再振法 即浇筑结束后等上 0 5h 1h 在上层楼板上预留的浇灌孔内插入振动棒再振一次 充填法 下部柱身 墙身浇筑到距柱底 板底约 5 10cm 时停 止浇灌 立即处理上部浮浆 再填入膨胀混凝土 这种处理方法效 果尚可 38 注浆法 柱身 墙身浇筑结束 在新老混凝土面预埋注浆管 拆除模板混凝土强度到后 在新老混凝土面有裂缝处用环氧树脂封 闭后 预留注浆管内注入超细水泥浆或环氧树脂填充缝隙 此方法 应用较多 就是成本较高 八 柱梁 板墙的节点处理 八 柱梁 板墙的节点处理 指的是支承柱与水平结构纵横梁的连接 水平结构与外墙 二墙 合一 的连接 这二种连接在逆作法施工设计的一个重点 有许多 连接方法 现介绍常用方法 1 支承柱与梁的连接 双梁法和环梁法 双梁法即楼板梁一分为二 梁上钢筋在钢管 柱边上穿过 不发生交叉 而环梁是梁的钢筋通过柱顶环梁再传递 过去 见图 8 1 图 8 1 双梁节点和环梁节点 接点加腋法 当梁钢筋经过支承钢管柱时将钢筋扩大通过 柱 顶梁身截面放大 见图 8 2 39 图 8 2 加腋法 园弧形环板连接法 主次梁通过钢管柱时 钢管柱本身用弧 形钢板加强 钢管柱在主次梁钢筋标高处焊接园弧形环板 主次梁 钢筋与环板焊接 钢筋应力通过环板钢管柱传到对面 见图 8 3 8 4 图 8 3 园弧形环板连接法之一 40 图 8 4 加劲环板连接法之二 2 水平结构与外墙的连接 梁板与地下墙的连接 地下连续墙预先埋设钢筋 待基坑开挖 后 将地下连续墙剥皮 钢筋掰直 地下连续墙上做宽 250mm 深 100mm 的预留剪力槽 清理干净 确保有效连接 见图 8 5 图 8 5 地下墙与梁板连接 41 底板与地下墙的连接 地下连续墙预先按设计要求及标高埋设 接驳器 土方开挖后 地下连续墙先剥皮 取出剪力槽内的木丝板 用高压水枪清理干净 找出接驳器 位置误差太大的 要经设计同 意 采用植筋与底板钢筋连接 剪力槽内放置遇水膨胀止水条 保 证底板不出现渗漏现象 见图 8 6 图 8 3 地下墙与底板连接 地下墙与上部墙体的连接 主要是防止墙外渗水 地下连续墙 施工完毕后 将上部浮碴凿除 按设计要求施工压顶梁 压顶梁上 埋设外墙柱插筋和上部柱钢筋 并在压顶梁上做 300 500mm 高外 墙 中间安放 300mm 宽的钢板止水板和遇水膨胀止水条 也可用 企口缝达到防水要求 见 图 8 7 图 8 7 地下墙与上部墙体连接 42 九 逆作法施工的照明与通风 九 逆作法施工的照明与通风 逆作法施工由于顶层板先施工 地下土方后开挖 土方开挖出 的空间除洞口区域外其他区域阳光不能直接照射 光线暗影响挖土 操作及后续的结构施工 同样 地下土方开挖 新鲜空气进不去 挖掘机产生废气排不出 人员无法工作 通风 照明和用电安全是 逆作法施工措施中重要的组成部分 这方面稍有不慎将会酿成事故 给工程施工带来严重影响 必须予以充分注意 由此逆作法施工必须 对地下空间的照明和通风预先做好施工设计 1 照明方法与要求 逆作法施工地下室的照明有一般照明 局部照明和混合照明 在一个工作场地内不能只设局部照明 探照灯 采用防爆 防潮 亮度大的灯具 照明线路采用防水线路 也有采用低压 36V 绝缘线路 照明线路预先设计好 在上一层楼板浇筑时已经预埋好 随着 挖土方向前进 灯具安装及时跟进 一般 20m2设一盏照明灯 应该设置单独线路的应急照明通道 以便于施工人员在发生意 外事故导致停电时从现场撤离 地下照明注意点 照明线路预先设置好 严禁将线路架设在脚 架 钢支承柱及其他设施上 临时增加的照明要有灯架并固定在支 承柱上部或楼板底部 严禁乱拉乱放 2 地下室的通风 逆作法工程废气的来源有施工机械排出的废气 施工人员的呼吸 43 换气 有机土壤与淤泥质土壤释出沼气 焊接或热切割作业产生不 利人体健康的烟气 以及其他施工作业产生的粉尘 煤烟和废气等 逆作法工程通风排气设计流程 计算地下室容积 确定换气量 合 并通风排气 选择通风设备 确定数量并合理配置 采用轴流式鼓风机向下强制送风 出土口排风 在浇筑地下室 各层楼板时 按挖土行进路线应预先留设通风口 通风口的间距 8 10m 随着下挖土工作面的推进 当露出通风口后即应及时安装大 功率涡流风机 并启动风机向地下施工操作面送风 清新空气向各送风 口流入 经地下施工操作面再从取土孔中流出 形成空气流通循环 保 证了施工作业面的安全 图 9 1 轴流风机送风 采用离心风机将室内废气抽排出来 即出土口进风 现介绍 上海某逆作法施工通风方法 本工程基坑面积 22600m2 采用以下 通风方式 将风机布置在顶板上 竖向通风管道为 800mm 800mm 白铁皮方管 在每个挖土阶段标高设 2 个 300mm 风口 接出内配 44 螺旋筋的塑料软管 该软管可人工移动和接长 采用抽吸的方式直 接抽出废气排放集中区的污浊空气 尽快在废弃扩散前排除 可以 大大降低对风机通风量的要求 当挖土到下一个标高时 上面的风 口封闭 塑料软管移至该标高 当上面施工区域也有大量电焊机工 作时 可打开该标高风口 做临时通风 该通风系统不能直接作用 的上部施工区域 可布置水平向小功率通风机 根据以往施工经验 现场布置 7 8 台 T4 726A 型离心式风机 十 逆作法施工的监测 十 逆作法施工的监测 逆作法基坑监测应按基坑安全等级为一级 相应的环境保护等 级和设计施工技术要求等条件编制监测方案 监测方案应包括以下 内容 工程概况 监测项目 测点布置和监测方法 监测元件和仪器 监测频率和警戒值 资料整理方法及监测成果形式等 逆作法施工监测包含以下内容 45 逆作法施工监测项目表 当同步施工时 地下 地上 必须监测支承桩和支承柱的内力 柱间的差异沉降 1 400 柱距并 20mm 关于支承柱的沉降观测 在逆作施工阶段 支承柱的竖向变形主要包括两个方面 一方面为 基坑开挖卸荷引起的支承柱向上的回弹隆起 另一方面为在已施工 46 完成的水平结构和施工荷载等竖向荷重加载作用下发生的沉降 支 承柱竖向位移的不均匀会引起水平结构梁板或支承体系的次生应力 若支承柱间或支承柱与围护墙间有较大的沉降差 会使支承体系偏 心受压 从而引发工程事故 因此支承柱竖向位移的监测特别重要 监测点应布置在支承柱受力 变形较大和容易发生差异沉降的部位 逆作法基坑的支承柱差异沉降或者支承柱与围护墙差异沉降过大 会导致结构梁板产生裂缝 甚至结构破坏 因此对于支承柱沉降监 测点总数量的要求更高一些 关于远程监控管理 远程监控系统是通过对计算机技术的运用 能够同时把正在施工 的所有工地信息联系在一起 实现了分散工程集中管理 提高了工 程管理的水平 远程监控系统宜在基坑围护结构施工之前完成远程监控系统的安 装 调试工作 具备远程监控系统正常运行条件 监测单位应在每 次 现场监测数据量测完成后 2 h 内把监测数据上传至远程监控系统 上传监测数据时 必须有工况信息 远程监控系统对上传的监测数 据自动分析 生成历时曲线 预报警 当发生预报警事件时 工程 处于预报警状态时 远程监控管理系统应自动向相关各方人员发出 预报警信息 并且在远程监控管理平台上及时发布预报警事件的最 新信息 从而使相关各方人员能共享信息 及时协调处理和闭合预报 警事件 47 十一 逆作法施工展望 十一 逆作法施工展望 随着施工机械设备 工艺以及施工管理的不断更新与进步 高层 建筑深基坑逆作法总体水平大幅度提高 同时 逆作法施工技术的 发展进一步有效延伸和宽泛了地下工程的施工理论与工程实践 随着国内各大城市建设发展初具规模 城市建筑格局基本成型 城市中心区见缝插针式用地的建筑以及老城区改造必将成为城市建 筑的新特点 场地狭小 周边建构筑物复杂且沉降变形要求高 而 逆作 法具备施工占用场地小 基坑开挖对四周建 构 筑物 道路和地 下管线及市政设施影响小等特点将越来越引起人们进一步地关心和 重视 逆作法技术的理论和实践也将得到进一步发展和提高 在设 计理论和施工技术上应着重研究以下几点 逆作法中地下室竖向支承结构 外墙等均提前施作 底板水 平结构与竖向结构防水节点的处理难度大 地下连续墙作为结构外 墙 其槽段接缝的防水控制难度大 底板大体积混凝土浇筑可能产 生的裂缝等易渗水 因此 应从防水理论 防水材料以及细部节点 设计等方面进行着重研究 施工