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        逆作法在深基坑施工中的應(yīng)用

        2012-11-30 02:41:22王志成
        關(guān)鍵詞:挖土作法樓板

        王 偉,王志成

        (長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,武漢 430212)

        1 引 言

        隨著城市的發(fā)展,建筑物向多層及高層發(fā)展已然成為一種趨勢(shì),同時(shí),對(duì)于地下空間的利用也是越來(lái)越普遍,程度也是越來(lái)越大。對(duì)于一些深基坑就出現(xiàn)了開挖深、工期緊張、外界干擾大等問(wèn)題,深基坑如何施工就成為了關(guān)鍵問(wèn)題。

        傳統(tǒng)的施工在設(shè)置合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)圍護(hù)基坑后垂直開挖,從上自下挖土至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,設(shè)置底板模板,澆筑混凝土,然后再由下而上逐層進(jìn)行施工,最后再進(jìn)行地上結(jié)構(gòu)的施工。

        這種施工方法比較簡(jiǎn)單,容易操作,是常規(guī)的施工方法。

        然而,對(duì)于深度大的地下結(jié)構(gòu),用上述傳統(tǒng)施工方法進(jìn)行施工,存在一系列的問(wèn)題。首先是材料費(fèi)用急劇增加,由于基坑深,支護(hù)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度很大,需要大量的鋼材、混凝土,導(dǎo)致成本提高;第二是工期較長(zhǎng),深基坑需要的支撐材料多,混凝土的養(yǎng)護(hù)也需要較長(zhǎng)時(shí)間;第三是要有一定的施工場(chǎng)地,對(duì)相鄰建筑物影響較大,在建筑物密集區(qū)容易受到限制。

        2 逆作法的優(yōu)勢(shì)和施工條件

        與傳統(tǒng)方法相比,逆作法在深基坑支護(hù)上存在著一系列的優(yōu)勢(shì)。

        (1)建筑物上、下部結(jié)構(gòu)可同時(shí)進(jìn)行施工,對(duì)于有多層地下室結(jié)構(gòu)的建筑物,大約可節(jié)省工時(shí)1/3。

        (2)整體性好,變形量小,對(duì)鄰近建筑的影響亦小,適用于建筑物密集區(qū)。

        (3)支撐和工作平臺(tái)等大型臨時(shí)設(shè)施可大幅削減,減少了材料費(fèi)用。

        鑒于逆作法的這些優(yōu)勢(shì),其適合于那些要求將建筑物下部提前交付使用、邊施工邊營(yíng)業(yè)的工程。但實(shí)施“逆作法”施工,必須具備相應(yīng)的條件:

        (1)高水平的施工團(tuán)隊(duì);(2)先進(jìn)合理而可靠的施工技術(shù);(3)設(shè)計(jì)人員施工人員的協(xié)調(diào)配合;(4)必要的機(jī)械設(shè)備和工、器具等。

        3 逆作法原理

        逆作法的工作過(guò)程不同于傳統(tǒng)施工法,它是先沿建筑物地下結(jié)構(gòu)或周圍施工地下連續(xù)墻,同時(shí)在建筑物內(nèi)部的有關(guān)位置澆筑或打下中間支撐柱,作為施工期間于地下結(jié)構(gòu)底板封底之前,承受上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的支撐,然后挖土至地下結(jié)構(gòu)一層頂板底標(biāo)高或地下結(jié)構(gòu)二層頂板定標(biāo)高,澆筑地下一層頂板,作為地下連續(xù)墻剛度很大的水平支撐,隨后按上述方法逐層向下挖土和澆筑地下室各層的頂板,同時(shí)各層結(jié)構(gòu)中的中柱或隔墻也逐層向下施工,直至地下結(jié)構(gòu)底板封底,完成地下結(jié)構(gòu)的施工。

        逆作法的施工程序是(見圖1):

        中間支承柱和地下連續(xù)墻施工→地下室-1層挖土和其頂板、內(nèi)部結(jié)構(gòu)→從地下室-2層開始地下室結(jié)構(gòu)和地上結(jié)構(gòu)同時(shí)施工(地下室地板澆筑之前,地上結(jié)構(gòu)允許施工的高度根據(jù)地下連續(xù)墻和中間支承柱的承載能力確定)→地下室地板封底并養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度→繼續(xù)進(jìn)行地上結(jié)構(gòu)施工直至工程結(jié)束。

        圖1 “逆作法”的工藝原理

        4 工程實(shí)例

        武漢市某大廈,位于市中心,地上20層,地下4層,采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。工程的基坑面積為38.8m×22.6m,深9.0m。東臨馬路,西面是民用7層住宅,南靠人行道,北側(cè)是商業(yè)街。

        該地區(qū)地表為雜填土厚2.0m,黏土層厚約0.8m,下部為粗砂層厚為1.0m,最下層為基巖,地下水位埋深5.0m。工程場(chǎng)地狹小,無(wú)法滿足主樓與地下室同時(shí)施工要求。若先施工主樓再施工地下室,工期則遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求,因此地下室必須采用逆作法施工,先施工其結(jié)構(gòu)頂板,待頂板結(jié)構(gòu)完成后即施工地下室上部建筑。在上部工程施工的同時(shí),進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)施工,以確保在工期內(nèi)完成施工。

        逆作法施工可使建筑物上部結(jié)構(gòu)的施工和地下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工平行立體作業(yè),縮短工期,對(duì)周圍也無(wú)影響,因而選用了此種施工方法。

        4.1 圍護(hù)方案

        本工程采用圍護(hù)地下連續(xù)墻、圍護(hù)支撐體系與主體結(jié)構(gòu)地下室外墻和地下室梁板相結(jié)合的方法,并采用逆作法施工。即采用地下連續(xù)墻作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu),結(jié)合逆作施工的原設(shè)計(jì)地一、地二、地三、地四共4層樓板作為4道內(nèi)支撐。經(jīng)計(jì)算分析,在基坑開挖全過(guò)程中,圍護(hù)和支撐體系受力良好,最大變形36.8mm,對(duì)周邊環(huán)境影響頗小,完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求,所以逆作施工及圍護(hù)方案可行。坑內(nèi)加固剖面見圖2。

        4.2 逆作法施工

        基礎(chǔ)灌注樁采用一柱一樁,上部接Ф550×16鋼管做上部樓板支撐,隨后進(jìn)行土方的開挖,這是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

        在本方案中:第一層開挖,采用盆式開挖,盆邊挖至頂板模板底,盆底挖至地下一層樓板模板底,盆邊留土10m,邊坡坡度1∶1.5。然后進(jìn)行盆中排架支撐搭設(shè),頂板模板施工,頂板混凝土澆筑;頂板混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束,排架模板拆除,進(jìn)行盆邊抽條,抽條寬度按10m控制;進(jìn)行第二次盆式開挖,盆邊保持地下一層樓板模板底標(biāo)高,盆底降落1.8m,盆邊留土10m,放坡坡度1∶1.5。盆式開挖結(jié)束,進(jìn)行盆中排架支撐搭設(shè),盆邊、盆中模板施工及地下一層樓板的結(jié)構(gòu)施工;待地下一層結(jié)構(gòu)混凝土養(yǎng)護(hù)完后,拆除排架模板,進(jìn)行盆邊抽條挖土;進(jìn)行第三次盆式開挖,盆邊保持地下一層樓板模板底再低落1.8m標(biāo)高,盆底挖至基坑底板墊層底。盆邊留土10m,放坡坡度1∶1.5。進(jìn)行盆邊抽條挖土;進(jìn)行第四次盆式開挖,盆邊保持地下一層樓板模板底再低落1.8m標(biāo)高,盆底挖至基坑底板墊層底。盆邊留土10m,放坡坡度1∶1.5。盆式開挖結(jié)束,進(jìn)行盆中排架支撐搭設(shè),盆邊、盆中模板施工及混凝土的澆筑并養(yǎng)護(hù)到一定強(qiáng)度。在進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)施工時(shí),可以同時(shí)進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的施工。本工程考慮用各層地下室的梁板體系兼作基坑挖土?xí)r的臨時(shí)支撐體系。此支撐體系結(jié)構(gòu)剛度較大,能夠承擔(dān)基坑挖土?xí)r通過(guò)地下連續(xù)墻傳遞來(lái)的水平向水土壓力。同時(shí),在地下各層樓板空缺處設(shè)了鋼支撐、混凝土支撐等臨時(shí)支撐。

        圖2 坑內(nèi)加固剖面

        4.3 地下室中間支承柱連桿

        在“逆作法”施工中,中間支承柱的穩(wěn)定非常重要。有兩個(gè)方面的作用,第一,在施工期間,中間支承柱與地下連續(xù)墻一起承擔(dān)自上而下的結(jié)構(gòu)自重和施工荷載;第二,起到傳遞荷載的作用,將上部結(jié)構(gòu)及承受的荷載傳遞給地基。期間中間支承柱需承受的荷載很大。本基坑工程中,為確保中間支承柱的穩(wěn)定性,采用H482×300×11×15(Q235B)連桿在支承柱中間位置將其與周邊支承柱或地下連續(xù)墻固定,連桿雙向設(shè)置,隨挖土及時(shí)施工。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行連桿前,應(yīng)保證每根連桿位置準(zhǔn)確,對(duì)連桿的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度進(jìn)行合理的調(diào)整,確保中間支承柱在施工過(guò)程中的整體穩(wěn)定。

        5 結(jié) 論

        本工程采用地下連續(xù)墻和逆作法施工方法,與傳統(tǒng)施工方法對(duì)比,逆作法在工期、經(jīng)濟(jì)等方面都取得了很好的效果,并減小了施工難度,優(yōu)勢(shì)明顯,說(shuō)明對(duì)于工期緊張的深基坑工程,利用地下連續(xù)墻和“逆作法”施工是十分有效的。

        但逆作法的施工 在具體工程應(yīng)用上仍有差異,在技術(shù)上還需不斷改進(jìn),主要存在以下一些不足:

        (1)挖土效率不高。由于挖土是在頂部封閉狀態(tài)下進(jìn)行,在沒(méi)有小型挖土設(shè)備的情況下,只能采用人工挖土,挖土效率不高。

        (2)施工材料運(yùn)輸問(wèn)題。由于是封閉式逆作法施工,必須給地下結(jié)構(gòu)的各層樓板預(yù)留施工洞口,以方便土方與材料運(yùn)輸,洞口的留設(shè)需要認(rèn)真考慮。

        (3)人員協(xié)調(diào)和配合問(wèn)題:由于施工單位獨(dú)立進(jìn)行研究分析設(shè)計(jì)圖紙和文件,設(shè)計(jì)單位不直接參與到施工過(guò)程中,而施工單位往往缺乏足夠結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)人員,因此在單獨(dú)進(jìn)行逆作法的分析和設(shè)計(jì)時(shí),靠著經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工,施工單位常常因?yàn)樵O(shè)計(jì)思路和施工進(jìn)程與設(shè)計(jì)單位發(fā)生矛盾。

        逆作法施工技術(shù)是一項(xiàng)全新的施工工藝,現(xiàn)階段,個(gè)別工程雖采用了這種方法,但由于土方開挖、施工組織等方面的難度,至今仍未普遍采用。逆作法自身存在著很多優(yōu)點(diǎn),其節(jié)約施工場(chǎng)地、縮短施工工期、降低工程成本,并且該技術(shù)對(duì)基坑以外的周邊環(huán)境影響甚小,引起很多工作者的注意。隨著土木工程技術(shù)的發(fā)展,隨著新的機(jī)械設(shè)備和儀器的廣泛應(yīng)用,必然推動(dòng)逆作法施工能力和精度及施工組織協(xié)調(diào)能力大大提高,使逆作法施工技術(shù)日益走向成熟并得以大力推廣。

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