建筑工程逆作法施工技術(shù)的應(yīng)用

杜曰武

近些年來,我國(guó)一些城市的高層建筑越來越多,對(duì)深基坑的開挖支護(hù)技術(shù)也提出了一些新的要求。逆作法是施工高層建筑多層地下室和其他多層地下結(jié)構(gòu)的有效方法。在進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工時(shí),使地下結(jié)構(gòu)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合。通過建筑施工實(shí)踐證明,利用逆作法施工開挖深度大的多層地下結(jié)構(gòu)是十分有效的。高層建筑應(yīng)用逆作法,可以提高地下工程的安全性,節(jié)約工程造價(jià),隨著逆作法在全國(guó)范圍內(nèi)迅速發(fā)展和大量應(yīng)用,將會(huì)有更大的發(fā)展空間。

1 工程概況

廣州洪都購(gòu)物廣場(chǎng)項(xiàng)目占地近9 380m2,總建筑面積94 800 m2,其中地下總建筑面積19 700 m2。該建筑物平面布局呈L形,由一棟28層99.9 m高及屋頂5 m高寫字樓(框架—剪力墻結(jié)構(gòu))、兩棟38層131.4 m高(剪力墻結(jié)構(gòu))及6層30.3 m高的綜合酒店式商業(yè)配套裙樓(框架結(jié)構(gòu))組成。

整個(gè)工程均為樁基礎(chǔ),主樓和裙樓地下3層為大型停車場(chǎng),地下3層地面設(shè)計(jì)標(biāo)高為-12.200 m,基礎(chǔ)梁板厚度為1.50 m,其基底設(shè)計(jì)標(biāo)高為-13.800 m,室內(nèi)外高差按0.30 m考慮,坑深為13.50 m。建筑物地上部分北、東兩側(cè)退線較大,考慮地下室外擴(kuò)因素,距地界距離除東北角外基本大于5.0 m;兩側(cè)毗鄰順馳上谷商業(yè)街工地,距地界最小處約為2.46 m;南側(cè)退地界距離約為8.40 m;西南角局部相鄰5層居民樓,最小距離約為13.80 m,距違章平房為12.3 m。

2 工程方案

2.1 部分逆作與順作結(jié)合施工方案

從-1層分界線向下施工,而不向上進(jìn)行施工。適合行人或堆場(chǎng)要求的工程,滿足本工程場(chǎng)地小無作業(yè)操作面的特點(diǎn)。順逆結(jié)合可以充分利用逆作法和順作法的各自優(yōu)勢(shì)。當(dāng)場(chǎng)地足夠大時(shí),可以解決挖土和運(yùn)土的問題,目前應(yīng)用于本工程條件已取得較好的結(jié)果。1)一順一逆方案采用了主樓順作、裙房逆作的方案,裙房的逆作過程為主樓的挖土提供支撐,而主樓位置又為逆作的出土提供方便,取得一舉兩得的效果。在該方案中有順作、有逆作、有二明一暗的施工,其優(yōu)點(diǎn)是既可以有效解決基坑的支護(hù)問題,又可以解決土體的外運(yùn)問題,使順逆的優(yōu)點(diǎn)得到充分的體現(xiàn)。2)逆作法的挖土與總體方案,挖土及運(yùn)土方案主要有各種大小挖土機(jī)械、挖運(yùn)結(jié)合的方案,配大小機(jī)械挖土、運(yùn)土方案,人工挖土及運(yùn)土方案。專門挖土運(yùn)行的逆施法運(yùn)土方案。中心島及機(jī)械結(jié)合的挖、運(yùn)土方案是逆作法最為理想的挖運(yùn)土方案,它使得逆作法施工挖運(yùn)可以達(dá)到與順作法施工相同的出土速度。

2.2 水平支撐體系形成

為了滿足以上條件和考慮各種因素,選擇逆施法正施法相結(jié)合。利用-1層、-2層結(jié)構(gòu)平面作為水平支撐體系,裙房部分逆施、主樓及寫字樓正施,自然形成大出土口,便于挖土工程水平及垂直運(yùn)輸需求。1)平面形成兩個(gè)“窗口區(qū)”,便于挖土作業(yè)。2)減短鋼筋混凝土梁支撐長(zhǎng)度,將大基坑劃分成若干基坑作業(yè)面,減少基坑的早期變形。

2.3 圍護(hù)支撐體系特點(diǎn)

地下室范圍幾乎占滿建筑紅線全部范圍,圍護(hù)樁和工程樁相距0.2 m,這就要求圍護(hù)樁和工程樁垂直水平精度能夠有效控制。在基坑西側(cè)部分為車道斜坡,板寬窄剛度較弱,是整個(gè)支撐體系中的薄弱環(huán)節(jié)：1)采用臨時(shí)平板支撐形成封閉支撐圍護(hù)體系。2)基坑內(nèi)側(cè)進(jìn)行水泥壓密注漿(寬度為5.5 m,深度20 m,面積110 m2)對(duì)被動(dòng)區(qū)土體進(jìn)行加固。3)設(shè)置水平斜支撐增加水平剛度。

3 施工工藝流程

連體排樁→支撐樁和工程樁兩樁合一→壓頂帽梁→開挖第一層土到-1層梁板底(-5.1 m)→完成-1層裙房梁板結(jié)構(gòu)支撐并開挖到-2層梁板底(-9.10 m)→完成-2層裙房梁板結(jié)構(gòu)支撐,同時(shí)盆式開挖→完成公寓底板澆筑→正施核心主樓同時(shí)開挖裙房底板土方→施工裙房底板。

4 關(guān)鍵技術(shù)的控制

4.1 咬合樁列式墻地連墻

采用φ 920@920樁列式連排鉆孔灌注樁外加高壓旋噴法止水帷幕支護(hù)體系,采用咬合樁列式墻地連墻去止水擋土,使圍護(hù)與主體分離。在基坑南側(cè)圍護(hù)樁的外側(cè),用高壓旋噴法止水帷幕二道止水,并與圍護(hù)樁立體咬合整體體系。

4.2 一柱雙樁承載

本工程采用“一柱雙樁承載”承受上部結(jié)構(gòu)重量,地下3層結(jié)構(gòu)自重以及施工荷載總和。地下室柱斷面幾何尺寸不能滿足包容格構(gòu)柱幾何尺寸,采用兩根樁共同承擔(dān)由一柱承擔(dān)荷載,削弱變形產(chǎn)生差異,使載荷均勻分配各樁,使逆作法施工的安全性大大提高。該格構(gòu)支承柱在逆作法施工完成后拆除由永久混凝土柱替換。

4.3 正、逆作法施工中的挖土控制

1)挖土和運(yùn)土、出土等土方工程是逆作施工的重要環(huán)節(jié),本工程總土方量為8.58萬 m3,采用-1層正施開挖,出土量為3.11萬m3,占總出土量的36.3%,寫字樓部分正施作為大出土口,設(shè)計(jì)為車道,土方運(yùn)行車直接駛?cè)牖舆\(yùn)土,以提高功效。2)中間公寓部分采用盆式開挖,大開挖加快了土方的施工功效。3)周圍逆作施工部位有梁板頂蓋的部分,挖土難度大,周期長(zhǎng),是本工程工期進(jìn)度控制的關(guān)鍵因素,同時(shí)也是施工安全變形產(chǎn)生的主要因素,挖土?xí)r采用0.15 m3,0.4 m3小型挖土機(jī)與人工開挖相結(jié)合施工,地下水平運(yùn)輸采用以運(yùn)行車運(yùn)輸為主,人力拖車為輔直接運(yùn)出工地。4)寫字樓部分作為最后挖土收頭部分,采用鋼管支撐和混凝土支撐相結(jié)合的混合體系,正施施工先撐后挖,撐一步挖一步,共設(shè)兩道施工體系。5)挖土工藝設(shè)計(jì)作業(yè)由信息化施工,統(tǒng)一控制挖土的位置和速度,以提高挖土的流程和效率,使土方工程在可控的范圍內(nèi)操作。

4.4 樓板沉降差異控制和圍護(hù)監(jiān)測(cè)

本工程逆作法是先施工裙房地下室梁板體系,后施工基礎(chǔ)大底板,所以工程樁在施工前期部分受力。部分受力的工程樁由土方開挖引起基坑內(nèi)土體的向上回彈,因此各根主樓樁會(huì)有沉降差,會(huì)對(duì)澆筑的梁板體系產(chǎn)生裂縫,危及主體結(jié)構(gòu),因此一定要控制沉降差值,設(shè)定設(shè)計(jì)工況計(jì)算沉降,逆作法施工順序,在挖土各個(gè)階段立樁圍護(hù)墻梁板體系可以正確計(jì)算,根據(jù)荷載與地基地質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行沉降估算,其觀測(cè)差一般結(jié)構(gòu)可以允許為10 mm～20 mm,本工程沉降差控制在不大于10 mm。

施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè),反饋信息是控制變形,指導(dǎo)施工工序,復(fù)核巖土力學(xué)的計(jì)算模型與實(shí)際情況相關(guān)性,保證結(jié)構(gòu)安全。信息化施工非常重要。對(duì)圍護(hù)樁、立柱樁、垂直與水平、地下水位、挖土工藝等全面進(jìn)行動(dòng)態(tài)信息化監(jiān)測(cè)。圍護(hù)樁墻體沉降深度變形觀測(cè)埋設(shè)測(cè)斜管,東西兩側(cè)各3個(gè)點(diǎn),南北兩側(cè)各2個(gè)點(diǎn),共計(jì)10個(gè)。-1,-2層板內(nèi)應(yīng)力板10個(gè),約合388 m設(shè)置一個(gè)點(diǎn)。梁內(nèi)應(yīng)力點(diǎn)15個(gè)。

支承柱沉降上浮觀測(cè);周圍居民樓沉降及位移監(jiān)測(cè);觀測(cè)井兼作回灌井、抽水井。

4.5 坑內(nèi)外降水和觀測(cè)

1)微承壓水井。微承壓水主要在埋深16 m～25 m粉質(zhì)黏土層,用泵直接進(jìn)入微承壓水層,降低水壓水頭防止坑底出現(xiàn)管涌和隆起,使抽水井抽水不抽泥、降壓不減水。

2)作潛水降水的大口井。基坑內(nèi)設(shè)大口井作潛水降水,需提前做成并進(jìn)行10 d以上的降水過程,才可進(jìn)行基坑開挖,采用φ 500 mm無砂水泥管,外圍等粒徑碎石,透水直徑不小于700 mm,井深為20.0 m,共計(jì)17口。深井降水要?jiǎng)討B(tài)控制,水位定時(shí)觀測(cè),應(yīng)始終讓水位控制在作業(yè)面以下1.0 m～2.0 m左右。

3)觀測(cè)井(兼作回灌井)。在西南居民樓設(shè)3個(gè)觀測(cè)井(兼作回灌井),在其南側(cè)設(shè)觀測(cè)井(兼作抽水井),觀測(cè)施工過程中周圍環(huán)境水文變化,必要時(shí)采取北灌南抽等措施達(dá)到較為均勻沉降。

5 結(jié)語

高層建筑應(yīng)用逆作法,能夠提高地下工程的安全性,可以縮短施工工期,節(jié)約工程造價(jià),防止周圍地基出現(xiàn)下沉,當(dāng)然也存在一些問題,如基坑連續(xù)墻和水平支撐的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)土方開挖的影響、連續(xù)墻槽段間的滲漏等,需要在工程實(shí)踐中不斷改進(jìn)。

[1]將曙杰.逆作法化解高層建筑施工難題[N].中國(guó)建設(shè)報(bào),2006-03-02.

[2]常士驃,張?zhí)K民.簡(jiǎn)明工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑出版社,1998.