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高层建筑逆作法施工技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-05-31  
摘要:高层建筑在基坑开挖时,对周围建筑物的影响就必须充分考虑,逆作法为新兴的基坑支护技术,利用逆作法施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的具有良好的经济效益和社会效益。文章探讨了逆作法的设计方法,就工程实践研究了逆作法施工中的关键性技术。
 关键词:逆作法;施工技术;基坑稳定;地下结构;沉降差异  
在几十年时间里,我国在高层建筑及地下工程的设计方法、计算理论、施工技术、施工设备、施工管理等各方面均有了长足的进步,不仅已能应用各种新技术成功地处理高层建筑和深基础复杂的设计施工难题,从而满足了工程建设需要,并且更有向世界发达国家急起直追之势。随着国民经济的发展,我国一些城市高层建筑越来越多,建筑物基础也越建越深,对深基坑的开挖支护技术也提出新的要求。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。高层建筑多采用补偿性基础,有较深的多层地下室,它一方面利用补偿原理能有效地利用地基承载力,另一方面亦可充分利用地下空间作为地下停车场、设备层用房等,增加使用面积。这也为利用逆作法提供了条件。实践证明,利用逆作法施工开挖深度大的多层地下结构是十分有效的。随着经济的发展,高层建筑越来越多,基坑深度越来越大,逆作法施工技术作为一种十分有效的深基坑支护技术必将得到越来越广泛的应用。  
一、逆作法理论概述  
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。
与传统顺作施工方法比较,用逆作法施工高层建筑多层地下室或地下结构有下述技术特点:(1)缩短工程施工的总工期;(2)基坑变形小,相邻建筑物的沉降少;(3)可节省地下室外墙及外墙下工程桩费用;(4)使底板设计趋向合理;(5)可节省支护结构的支撑;(6)可节省土方挖填方费用;(7)简化基坑的施工工序,有明显的经济效益;(8)可节省地下室外墙建筑防水层费用;(9)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;(10)有利于结构抵抗水平风力和地震作用;(11)施工方案与工程设计密切配合,使逆作施工方案更趋合理。  
 二、地下结构承载体系技术分析  
(一)地下连续墙的设计与施工
逆作法施工中,地下结构是支护结构与主体结构的结合与统一,其设计除按正常结构设计外,还要考虑到逆作施工的要求。作为基坑支护结构的设计,包括支护结构的选型、支护结构的内力及变形计算、截面强度计算等内容。这与对基坑内外体的变形要求,地下水的降水方式,挖土方法及施工要求等有关。基坑工程中,当地下水位较高,且场地周边不允许降水或基坑安全等级为一、二级时,通常采用地下连续墙作为维护结构。在逆作法施工中,地下连续墙既要作为施工时基坑开挖的临时支护,承担水土等荷载产生的水平力,又要兼作地下室的外墙或作为基础的一部分,承担施工阶段和使用阶段的一部分竖向荷载,因此逆作法中底下连续墙的设计和施工是重要的环节。
当采用地下连续墙与主体地下结构外墙相结合时,其设计方法因地下连续墙布置方式即与主体结构的结合方式不同而有差别。地下连续墙作为主体结构的布置方式主要有四种单一墙、分离墙、重合墙和复合墙。两墙合一的设计与计算需考虑地下连续墙在施工期、竣工期和使用期不同的荷载作用状况和结构状态,应同时满足各种情况下承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计要求。地下连续墙是通过专用的挖冲槽设备,沿着地下建筑物或构筑物的周边,按预定的位置,开挖出或冲钻出具有一定宽度与深度的沟槽,用泥浆护壁,并在槽内设置具有一定刚度的钢筋笼结构,然后用导管浇灌水下混凝土,分段施工,用特殊方法接头,使之连成地下连续的钢筋混凝土墙体。
(二)竖向支撑体系
在逆作法施工中,立柱及立柱桩构成了地下结构的竖向支撑体系。其作用是在逆作法施工期间,在地下室底板未浇注之前与地下连续墙一起承受地下和地上各层的结构自重和施工荷载在地下室底板浇注后,与底板连接成整体,作为地下室结构的一部分将上部结构及承受的荷载传递给地基。立柱和立柱桩的位置和数量,要根据地下室的结构布置和制定的施工方案经计算确定,其承受的最大荷载,是地下室已修筑至最下层,而地面上已修筑至规定的最高层数时的荷载。一般地,立柱的平面布置,首先选择在地下室结构柱的位置上,如现有柱子数量不能满足承载要求,应再选取地下室纵横墙交接处、剪力墙暗柱处的适当位置。逆作法中,立柱和立柱桩可采取不同的形式。立柱有时仅作为临时立柱,在逆作施工过程中起临时支撑作用,当逆作施工完成后,利用主体结构柱托换临时立柱有时立柱与主体结构柱相结合,此时,立柱可采用角钢格构柱、H型钢柱、钢管柱或钢管混凝土柱等。采用角钢格构柱、H型钢柱时,通常在基础底板施工完成后再外包混凝土形成结构柱。立柱桩通常与主体结构工程桩相结合,有时也设置一些临时立柱桩。竖向支撑体系的设计计算原则:(1)竖向支撑体系的设计和布置,应按照主体工程地下结构的布置,以及gc5.com地下结构施工时地上结构的建设要求和受荷大小等综合考虑;(2)当临时立柱和立柱桩结合地下结构柱和工程桩布置时,临时立柱和立柱桩的轴线定位和承载能力应与主体工程地下结构的柱和工程桩的轴线定位和承载能力相一致;(3)临时立柱应在结构柱完成并达到设计要求后,方能拆除;(4)地下结构梁板兼作施工用临时平台或栈桥时,其临时立柱与立柱桩设计均应考虑承受施工荷载的作用。
(三)沉降差异控制
在顺作施工中,结构墙体、楼板和立柱,是在钢筋混凝土底板完成后进行施工的,此时,围护结构在基坑开挖中的变形均已结束,施工是在围护结构创造好的空间内进行的。而在逆作法施工中,墙体、楼板和柱既是临时支护结构,又是主体地下结构的一部分,其变形和沉降必须按永久结构的要求来控制。严格控制变形和沉降值,尤其是控制地下连续墙与结构柱的不均匀沉降,防止由于不均匀沉降产生对楼板的拉裂。
逆作法施工期间,基坑开挖土体应力释放,坑内土体回弹,带动立柱桩上移地下室及上部结构施工后,桩身承担的向下荷载增加。整个过程中,桩身所承受的荷载包括桩身自重、上部外荷载、正摩阻力、负摩阻力、桩端阻力,这些力共同作用的结果,使桩发生沉降或抬升的变形。上述变形过程是一个复杂的受力过程,为分析方便,可将桩身受力分成两部分,即不考虑桩身自重及上部外荷载的作用与只考虑桩身自重及上部外荷载的作用,然后运用叠加原理求得基坑开挖对立柱桩竖向位移的影响结果。逆作法是先施工地下室楼板与上部结构,后施工基础大底板,所以工程桩在施工前期部分受力部分不受力,因此,各根立柱桩gc5.com会有沉降产生,如果各根立柱之间或立柱与地下墙之间有较大的沉降差,已浇筑的楼板与梁系就会产生裂缝,危及正式结构的安全。这些都是值得注意的问题。
立柱桩在上部荷载及基坑开挖土体应力释放的作用下,发生沉降与抬升,同时立柱桩承载的不均匀,增加了立柱桩间及立柱桩与地下墙之间产生较大沉降差的可能,若差异沉降过大,将影响结构安全。因此,控制整个结构的不均匀沉降是逆作法施工的关键技术之一。目前事先精确计算立柱桩在底板封底前的沉降抬升量还有一定困难,完全消除沉降差也是不可能的,但可以通过采取措施,减小沉降差。
(四)节点构造设计
逆作法施工与常规施工方法有较大区别,其施工时是在地下自上而下进行。工作环境与施工条件有很大变化,所以各种地下室的结构节点与常规施工也有较大的变化。逆作法施工由于工作环境与施工条件的变化,各种地下室的结构节点与常规施工也有较大的变化。逆作法施工的结构节点设计,根据工程实践需满足下述要求:(1)要求既满足结构永久受荷gc5.com状态下的设计要求,又要满足施工状态下的受荷要求;(2)节点形式和构造必须在工艺上满足现有的工艺手段与施工能力;(3)节点构造必须满足抗渗防水要求,不要因为节点施工降低了抗渗,造成永久性的渗漏;(4)不要影响建筑物的使用功能,如不能占用过大空间等。  
 三、结语  
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。  
  参考文献
[1]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).
[2]徐静.浅谈建筑工程中逆作法施工技术[J].民营科技,2008,(11).
 
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