逆筑法施工工艺及控制措施

1、逆筑法施工工艺及控制措施摘要:“逆筑法”施工技术的工艺流程、特点及工程中使用“逆筑法”施工工艺过程中应考虑的因素,针对这些因素提出了具体的分析方法和控制措施。关键词:逆筑法工艺流程考虑因素控制措施引言随着城市建设规模的扩大,地下结构的加深,对地下结构的围护要求越来越高,而工期要求也越来越紧,而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,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,施工占地面积大,施工费用增高。而采用封闭式和由上而下分层施

2、工的特殊工艺“逆筑法”,则可缩短工期,少占施工用地,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,显示其工艺的优越性。“逆筑法”是施工高层和超高层建筑物多层地下室和其它多层地下结构（地下遂道、地铁车站等）的有效方法。在国际上应用逆筑法施工的工程项目很多,如:美国芝加哥水塔广场大厦的4层地下室，即用18m深的地下连续墙和144根大直径钻孔灌注桩做中间支撑柱，以逆筑法进行施工的。在我国有高116m的上海电信大楼的3层地下室,上海延安东路隧道一号风塔,上海地铁一号线车站的深基坑施工等,均采用逆筑法施工。“逆筑

3、法”的工艺流程“逆筑法”的施工程序与传统的施工方法相反。其工艺原理是:先沿建筑物周围施工地下连续墙,在建筑物内部按住网轴线施工少量中间制成柱,然后进行地下首层的梁扳楼面结构施工。完成后同时施工地下、地上结构。待地下室大底板完成后,再进行复合柱、复合墙的施工,但在地下室浇筑钢筋混凝土底板之前,地面上的上部结构允许施工的层数要经计算确定。“逆筑法”施工,分为“封闭式逆筑法”和“明暗结合是逆筑法”。前者可以地面上、下结构同时进行施工;后者上部结构不能与地下结构同时进行施工。“逆筑法”施工的主要特点利用地下连续墙及中间支撑柱作为“逆筑法”施工期间承受地上、地下结构荷载的构件,利用地下室楼板作为地下连续

4、墙支护的支撑。其中地下连续墙的深度、厚度和中间支撑柱的深度和柱径需经过设计计算确定。“逆筑法”挖土采用地下室首层楼板结构完成后，然后挖楼板地下的土，挖至下一层楼板标高后,浇筑该层楼板结构,然后再挖该层楼板下的土,再浇筑楼板,如此直至地下室大底板完成。“逆筑法”开挖土方采用人力开挖、坑低水平云图,然后有设置在基坑两端的取土口专用设备,将挖出的土方提升、装车、外运。地下室楼板采用土模（或者用模板浇筑）,用土模时挖土至标高后作出混凝土垫层,在梁模的阁支点上用沙浆找平,直接将梁模搁置在沙浆找平层上,挖土、混凝土垫层,沙浆找平层,必须严格按要求控制误差。采用“逆筑法”施工,由于地下与地上结构同时施工,因

5、此,可使工程的总工期缩短。由于利用地下室的梁扳楼面结构作为地下连续墙的内部支撑,因而基坑变形小,乡邻建筑物的沉降小。与传统方法比较,“逆筑法”施工基础底板较易满足抗浮要求,使底板设计趋向合理,由于节省了支护结构的支撑,还降低了施工费用。“逆筑法”施工的缺陷是由于自上而下施工,上面已覆盖,使下面的施工作业条件较差,须采用一些特殊的施工技术,对施工质量的要求也更加严格。“逆筑法”适用于高层建筑和多层地下构筑物结构施工,如地铁车站、地下停车场、地下车库等。该技术20世纪70年代后被一些发达国家采用,我国于20世纪80年代进行实验研究,90年代在广州、上海等地陆续推广应用,并取得了显著的经济和社会效益

6、。4“逆筑法”施工影响因素分析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

7、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3m时，相当于基坑开挖深度增加34m这是非常危险的。实际工程中偶有因临

8、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

9、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

10、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。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

11、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;土体位移监测;孔隙水压力监测;邻近建筑物沉降观测。逆筑施工结构沉降控制信息施工方法。利用信息施工技术对施工过程的动态控制,掌握桩基及墙基绝对沉降值和相对沉降差,能够保证沉降差在一定范围之内。信息施工对差异沉降控制的一般步骤:根据工程桩的静载试验PS曲线及地质报告等数据,暂定一个地基垂直刚度,然后按实际施工的各工况荷载由计算机模拟沉降量计算,得出在极限沉降差内(极限沉降差由设计决定，一般为2cm)上部结构能够施工

12、至几层。在结构的平面柱网线上和周边地下墙轴线上设置沉降观察点。一般情况下每二天观察一次,当上部结构施工浇捣一个楼层混凝土后一周内每天观察一次,各点的高程均采用二次闭合测量,得到的观察数据先进行三阶多阶式平滑计算以提高精度。根据计算机处理后的沉降观察数据和观察沉降时的上部荷载进行荷载(P)、沉降(S)的N次多项式曲线拟合。依据得到的PS荷载沉降拟合曲线来预测施工下一层楼板和上一层楼板结构后的沉降差,利用控制措施使整个结构沉降差控制在设计范围内。目前,完全消除沉降差还不可能,但可以采取措施减小沉降差:协调地下、地上结构施工进度,控制沉降差;局部放慢或加速挖土、改变开挖顺序及开挖方向等;采用柱底及墙

13、底注浆,通过提高承载力来减小沉降;采用柱身表面涂沥青材料降低柱上部摩阻力来减小开挖对中柱桩抬升的影响;在柱间及柱与墙之间增设临时剪力撑使结构形成刚性较大的整体,共同协调不均匀变形。结构强度的控制在常温条件下促进混凝土硬化,提高早期强度,施工中常采取的措施有:选用快硬性的或高强性的水泥;掺用促硬性外加剂,目前广泛多采用早强剂、促硬减水剂及高效减水剂（超塑化剂）等;选用优质砂石及其适宜级配;采用较低的水灰比;在施工中力求灌筑均匀密实并充分利用好混凝土的自热升温。混凝土在硬化过程中,其养护温度、湿度条件对混凝土强度的增长速度有很大关系,当湿度合适时,温度愈高,强度增长愈快,如325号水泥拌制的混凝土

14、在7天龄期15条件下养护其强度能够增长到50%,而在25条件下可达64%。因此施工中也常采用热养护以加快混凝土凝结硬化。在热养护条件下,仍然可以考虑掺加外加剂,降低水灰比和降低稠度等措施。总之,为提高混凝土早期强度,视具体工程不同情况,解决处理的方法不尽相同但结合现实条件,进行全面分析,总可以安排好适当的工程措施从而获取相应的早强效果。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

15、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

16、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。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。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

17、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。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。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。基坑开挖及围护基坑开挖及围

18、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”)。“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,将集中到通道口的土方作垂直提升,然后水平输送到基坑边上,由专门的运土车辆拉到场外。而各楼层间的土方主要靠人力开挖,挖出的土方用小车运到各层通道口处。从外到里,逐步开挖,工艺简单,操作方便,对基坑没有大的扰动,便于地下楼层的施工。基坑围护:逆筑法施工时,楼层也是由上往下施工的,每施工完一层楼板,即可作为地下连续墙的支承体系,省去了原有的支撑体系,不但降低了费用,而且楼层结构的刚度比原有支撑要大,与地下连续墙、中间支承柱形成一个整体后,大大减少了基坑的变形,使围护结构更加合理。6结束语设计与施工的关系。施工以设计为蓝本,是设计的体现,而设计要以施工技术为基础,以工程实现为目的。它表明逆筑法施工的主体结构设计,围护结构设计,不仅能满足工程施工要求和使用要求,而且对环境的保护也是有利的;无疑逆筑法施工实践所积累的经验将有助于今后类似地下工程的设计和施工。效益分析。采用逆筑法施工,将施工占地面积减