摘要: 本文提出了運(yùn)用逆作法進(jìn)行地下連續(xù)墻施工的關(guān)鍵問題是控制接頭構(gòu)造質(zhì)量、中間柱連接質(zhì)量及控制沉降量，在詳細(xì)分析質(zhì)量隱患產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了通過相關(guān)理論驗(yàn)算與施工質(zhì)量控制措施相結(jié)合的地下連續(xù)墻施工關(guān)鍵問題控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞: 逆作法;地下連續(xù)墻施工;施工驗(yàn)算;關(guān)鍵技術(shù)

1.引言

高層建筑推廣應(yīng)用逆作法，能夠提高地下工程的安全性，可以大大節(jié)約工程造價(jià)，縮短施工工期，防止周圍地基出現(xiàn)下沉采用逆作法施工，并得到了廣泛的應(yīng)用。為保證工程施工質(zhì)量，進(jìn)行必要的施工驗(yàn)算和施工控制，進(jìn)行全過程的質(zhì)量控制是地下連續(xù)墻成敗的關(guān)鍵，因此，有必要對關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，提出可靠的質(zhì)量保證技術(shù)。

2. 地下連續(xù)墻的理論計(jì)算

2.1荷載計(jì)算

作用于地下連續(xù)墻主動側(cè)的土壓力值，與墻體剛度、支撐情況及加設(shè)方式、土方開挖方法等有關(guān)。所以，當(dāng)?shù)叵逻B續(xù)墻的變形較大時(shí)，用其計(jì)算主動土壓力基本能反映實(shí)際情況。

(l)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按當(dāng)?shù)乜煽拷?jīng)驗(yàn)確定，無經(jīng)驗(yàn)時(shí)可按下列規(guī)定計(jì)算。

l)對于碎石土和砂土，當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以上時(shí):

(式2.1)

式中第j層的主動土壓力系數(shù);

(式2.2)

當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以下時(shí):

式中-計(jì)算點(diǎn)深度;-計(jì)算參數(shù)，zj

2)對于粉土及粘性土

(式2.4)

(2)基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算。

(式2.5)

1)計(jì)算點(diǎn)深度Zj處的自重豎向應(yīng)力

①計(jì)算點(diǎn)位于基坑開挖面以上時(shí):， (式2.6)，式中-深度以上土的加權(quán)平均天然重度。

②計(jì)算點(diǎn)位于基坑開挖面以下時(shí): (式2.7)，開挖面以上土的加權(quán)平均天然重度。

2)當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)地面滿布附加荷載度附加豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式確定:。(式2.8)

3)上述基坑外側(cè)附加荷載作用于地表以下一定深度時(shí)，將計(jì)算點(diǎn)深度相應(yīng)下移，其豎向應(yīng)力也可按上述計(jì)算確定。

2.2內(nèi)力計(jì)算

根據(jù)我國的情況，對設(shè)有支撐的地下連續(xù)墻，可采用豎向彈性地畢梁(或板) 的基床系數(shù)法(m法)和彈性線法。應(yīng)優(yōu)先采用前者，對一般性工程或墻體剛度不大時(shí)，亦可采用彈性線法。此外有限元法，亦可用于地下連續(xù)墻的內(nèi)力計(jì)算。

地下連續(xù)墻視為埋入地基土中的彈性桿件，假定其基床系數(shù)在坑底處為零，隨深度成正比增加。當(dāng)a2h≤2.5時(shí)，假定墻體剛度為無限大，按剛性基礎(chǔ)計(jì)算;當(dāng)a2h>2.5時(shí)，按彈性基礎(chǔ)計(jì)算，其中變形系數(shù):。(式2.9)

式中m—地基土的比例系數(shù)，有表可查，參閱有關(guān)地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)與施工規(guī)程;E—地下連續(xù)墻混凝土的彈性模量;J—地下連續(xù)墻的截面慣性矩;b—地下連續(xù)墻的計(jì)算寬度(一般取b=lm)。

根據(jù)彈性梁的撓曲微分方程，可得坑底以下墻體的表達(dá)式為:

(式2.10)，解上述微分方程，可得各截面處的彎矩和剪力。

2.3沉降計(jì)算

作為支護(hù)結(jié)構(gòu)使用的地下連續(xù)墻，一般不需進(jìn)行沉降計(jì)算。如果要計(jì)算，則可按下述方法進(jìn)行。地下連續(xù)墻的底端為承受荷載的作用面，假定該作用面內(nèi)的荷載為均布。在此均布荷載q作用下產(chǎn)生的土中應(yīng)力的豎向分量，按下式計(jì)算:

(式2.11)

式中σ， z—墻底端長方形荷載面角點(diǎn)下離荷載面深Z(m)處的豎向應(yīng)力(kN/m2);

m， n—墻底端長方形荷載面的兩個(gè)邊長與Z之比;沉降量按下式計(jì)算:

(式2.12)

式中s—沉降量(cm);z一荷載作用的深度(cm) ; e1—應(yīng)力等于σ1z時(shí)土的孔隙比; e2—應(yīng)力等于σ2z時(shí)土的孔隙比;σ1z—計(jì)算的地下連續(xù)墻修建前z處的有效應(yīng)力(kN/m2);σ2z—計(jì)算的地下連續(xù)墻修建后z處的有效應(yīng)力(kN/m2)

3. 逆作法工程地下連續(xù)墻施工的關(guān)鍵

3.1地下連續(xù)墻的接頭構(gòu)造施工技術(shù)要求

(1)鎖口管接頭，施工時(shí)，待一個(gè)單元槽段土方挖好后，于槽段端部用吊車放入接頭管，然后吊放鋼筋籠并澆筑混凝土，待澆筑的混凝土強(qiáng)度達(dá)到0.05-0.20MPa時(shí)，開始用吊車或液壓頂升架提拔接頭管，上拔速度應(yīng)與混凝土澆筑速度、混凝土強(qiáng)度增長速度相適應(yīng)，一般為2-4米每小時(shí)，應(yīng)在混凝土澆筑結(jié)束后8小時(shí)以內(nèi)將接頭管全部拔出。接頭管拔出后，單元槽段的端部形成半圓形，繼續(xù)施工即形成兩相鄰單元槽段的接頭，增強(qiáng)整體性和防水能力。

(2)隔板式接頭。由于隔板與槽壁之間難免有縫隙，為防止新澆筑的混凝土滲入，要在鋼筋籠的兩邊鋪貼纖維尼龍等化纖布?；w布可把單元槽段鋼筋籠全部罩住，也可以只有2-3m寬。要注意吊入鋼筋籠時(shí)不要損壞化纖布。帶有接頭鋼筋的榫形隔板式接頭，能使各單元墻段形成一個(gè)整體，是一種較好的接頭方式。但插入鋼筋籠較困難，且接頭處混凝土的流動亦受到阻礙，施工時(shí)要特別加以注意。

(3)銑接頭。由于采用液壓銑槽機(jī)施工，銑輪在旋轉(zhuǎn)的過程中不斷的將I期槽的混凝土切割成鋸齒狀，這相當(dāng)于在原有的混凝土表面打毛;澆筑II期槽的混凝土?xí)r可以很好地與I期槽混凝土結(jié)合，是一種較為理想的連續(xù)墻接頭形式;同時(shí)該接頭形式施工的工藝簡單。

3.2中間支承柱立柱連接施工

在逆作法施工中，中間支承柱是重要的豎向支撐構(gòu)件，施工期間中間支承柱需承受的荷載很大。

(1)插入柱腳長度的計(jì)算

鋼立柱的柱腳插入部分和混凝土之間的內(nèi)力傳遞，主要靠粘結(jié)力，這部分鋼柱與混凝土之間的內(nèi)力傳遞可按式(2.10)與式(3.1)結(jié)合計(jì)算，并取其中的小值。

取前兩式相等，即可求出柱腳根部的插入長度。

(式3.2)

若l>lb，應(yīng)按式(3.1a)，即由抗剪與支承來決定插入長度; 若l

因此，為了保證鋼柱和核心混凝土的整體性，避免因柱腳處樁身混凝土產(chǎn)生剪切應(yīng)保證柱腳插入深度大于幾，工程實(shí)踐中通常將其取為3m。允許粘結(jié)強(qiáng)度是計(jì)算粘結(jié)力的一個(gè)重要參數(shù)。我國規(guī)范并未規(guī)定粘結(jié)強(qiáng)度的計(jì)算公式，而是規(guī)定了最小錨固長度等構(gòu)造措施。國內(nèi)外試驗(yàn)表明，型鋼與混凝土的粘結(jié)力大約只相當(dāng)于光面鋼筋粘結(jié)力的45%，極限粘結(jié)強(qiáng)度約與混凝土的抗拉強(qiáng)度成正。考慮到施工柱僅是輔助結(jié)構(gòu)體，參照日本SRC構(gòu)件的粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，允許粘結(jié)強(qiáng)度可取，式中fc為混凝土抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

(2)中間支承柱垂直度控制

地下室每層鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)支柱的偏差，如在允許范圍內(nèi)，只要不改變垂直受力性能，待施該層柱的鋼筋工程前，可以做調(diào)整。但是如在地下較深處的垂直精度己超過允許值時(shí)，則必須調(diào)整。

中間支承柱的垂直精度可通過調(diào)整臺架進(jìn)行調(diào)整，為了確保鋼柱的平面安裝精度，在己成為框架的水平桿件上插入滑動件，裝上可水平移動的桿件。利用推拉手柄調(diào)整水平位置，進(jìn)而再用嵌入內(nèi)部的液壓千斤頂進(jìn)行微調(diào)后再加以固定。也可在套管內(nèi)部布置液壓千斤頂用于止振，必要時(shí)可以用其調(diào)整任意部位的水平設(shè)置。

(3) 中間支承柱混凝土的澆筑與質(zhì)量控制

鋼管柱安裝結(jié)束后，應(yīng)盡快進(jìn)行砼的澆筑。對用潛水電鉆成孔的情況，一般采用導(dǎo)管法進(jìn)行砼的澆筑，因此鋼管的內(nèi)徑要求比導(dǎo)管接頭處的直徑大50-100mm。

同時(shí)砼柱的頂端，一般應(yīng)高出底板底面標(biāo)高300mm左右，高出底板部分的砼，在構(gòu)筑底板時(shí)將其鑿除，以保證底板與中間支承柱連成一體。

對采用套管成孔或人工挖孔的情況，則常采用串筒澆筑砼，但也可采用導(dǎo)管法。對鋼管內(nèi)埰的澆筑，則可采用立式手工澆搗法、泵送頂升法或高位拋落無振搗法。采用第一種方法時(shí)，對管內(nèi)砼應(yīng)分層搗實(shí)，可以采用電動鉸鏈提升的振動器進(jìn)行振搗，每次提升的高度為500mm，砼的澆灌速度也不大于500mm，以確保砼振搗密實(shí)。后兩種方法則無需振搗。無論采用何種澆注方式，施工中嚴(yán)禁碰撞鋼柱及其支撐，并確保砼連續(xù)澆筑。

3.3逆作法施工中差異沉降的產(chǎn)生及控制

立柱樁之間及立柱樁與地下連續(xù)墻之間的差異沉降是客觀存在的，控制結(jié)構(gòu)的不均勻沉降是逆作法施工的關(guān)鍵技術(shù)之一，是關(guān)系到基坑工程逆作法施工的成敗。施工中應(yīng)通過各種措施控制差異沉降，否則已澆筑的樓板與梁系就會產(chǎn)生裂縫，引起滲漏問題，甚至危及永久結(jié)構(gòu)的安全。

3. 3. 1立柱樁之間

(1)產(chǎn)生機(jī)理。在逆作法施工期間，樁身所承受的荷載包括樁身自重、上部外荷載、正摩阻力、負(fù)摩阻力、樁端阻力等，這些力共同作用的結(jié)果，使樁發(fā)生沉降與抬升的變形。地下室及上部結(jié)構(gòu)施工后，由于上部結(jié)構(gòu)的不斷加荷，樁身承擔(dān)的向下荷載增加，立柱就會沉降;而基坑土方的開挖，其卸載作用又會引起坑底土體的回彈，帶動立柱上移?？刂撇缓镁蜁a(chǎn)生過大的不均勻沉降。

(2)控制措施。目前要事先精確計(jì)算立柱樁在底板封底之前的沉降抬升量還有一定的困難，因此完全消除沉降差也是不可能的，施工前應(yīng)根據(jù)(式2.11)進(jìn)行驗(yàn)算，進(jìn)行事前控制。同時(shí)可以通過采取措施，減小沉降差。

1)在樁身表面涂布瀝青質(zhì)材料，這樣雖然對樁的承載力有一定影響，但對減小相鄰立柱樁的沉降差十分有效;2)基坑內(nèi)增設(shè)支撐，增加支撐剛度，合理確定地下連續(xù)墻的剛度和入土深度，坑內(nèi)外進(jìn)行地基土加固等，設(shè)計(jì)合理的樁徑、樁型、樁長，減少開挖的暴露時(shí)間;這些都有利于減少坑底隆起，從而減少坑底隆起對立柱樁的抬升影響;3)樁底注漿、增大樁徑及樁長、選定高承載力的樁端持力層等，增大立柱樁的承載力，從而減小立柱樁的沉降及不均勻沉降;4)使立柱之間形成剛性較大的整體，共同協(xié)調(diào)不均勻變形。

3.3.2立柱樁與地下連續(xù)墻之間

(1)產(chǎn)生機(jī)理。地下連續(xù)墻墻體和立柱樁的差異沉降產(chǎn)生原因主要在于墻體自重較大，同時(shí)墻體空間整體連成一體，自身剛度較大;相對而言，立柱樁的自身抗上浮剛度很小，一般地下室柱距都在8m以上，柱網(wǎng)-樓板的共同剛度也十分有限。此外樓板荷載的不均勻分布以及車輛在樓板上的行走也是造成這些差異沉降的原因之一。

(2)控制措施。1)逆作法施工順序是事先設(shè)定的，在挖土各個(gè)階段，立柱樁與地下連續(xù)墻受力可以正確計(jì)算，按荷載與地基樁的地質(zhì)指標(biāo)對各施工工況對立柱樁及地下連續(xù)墻進(jìn)行沉降估算，協(xié)調(diào)基坑開挖與在樁上施加荷載，使立柱樁與地下連續(xù)墻沉降差滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求;2)使立柱樁與地下連續(xù)墻處在相同的持力層上，減小二者之間的差異沉降;3)斜撐方案。采用該方案來控制地下連續(xù)墻與立柱樁的差異沉降。由于增加了臨時(shí)鋼支撐，增大了地下結(jié)構(gòu)的整體剛度，能有效抑制地下連續(xù)墻與立柱樁之間的差異沉降;4)邊柱方案。在靠近地下連續(xù)墻的位置再加設(shè)立柱，通過有效減小邊柱與地下連續(xù)墻的距離，使地下連續(xù)墻與立柱樁的差異沉降減小。

4.結(jié)語

隨著高層和超高層建筑的發(fā)展以及人們對地下空間的開發(fā)和利用日益增多，基坑工程不僅數(shù)量增多，推廣應(yīng)用逆作法，可以大大節(jié)約工程造價(jià)，縮短施工工期。本文詳細(xì)討論了逆作法施工中地下連續(xù)墻施工中接頭構(gòu)造、中間支撐柱施工及施工沉降控制等關(guān)鍵問題，提出了相應(yīng)的分析和應(yīng)用方法，為工程建設(shè)中選用適宜的施工方法奠定了基礎(chǔ)。

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作者簡介:

姓名:龐萬凱性別:男出生年月:1971年04月籍貫:河北省唐山市

單位:唐山開灤勘察設(shè)計(jì)有限公司職稱:高級工程師 研究方向:建筑工程技術(shù)