人工成孔分層分段噴射混凝土護壁地下建筑逆作法流水施工技術(shù)

■王孟立 ■平頂山市園林科學(xué)研究所，河南 平頂山 467000

近年來，我國許多城市地下空間的開發(fā)利用發(fā)展迅速，為了最大程度地開發(fā)利用城市地下空間，許多新建以及在建工程的基坑面積和開挖深度越來越大，地下建筑面積超過數(shù)萬平方米并且?guī)в袔讓拥叵率业墓こ桃苍絹碓狡毡?。深基坑工程很多時候卻存在面積大、開挖深、施工場地狹小、建筑物密集、地質(zhì)條件復(fù)雜、城市地下管線縱橫交錯等問題。據(jù)統(tǒng)計，我國建成的超過100m 的超高層建筑已超過200 幢，最深的地下室基坑為6 層，深度-26.2m，國外已達13 層。建筑中的基坑工程是整個建筑工程的重要組成部分，隨著基坑的開挖越來越深、面積越來越大，可利用周圍空間越發(fā)狹窄，基坑圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工越來越復(fù)雜，所需要的理論和技術(shù)越來越高;深基坑支護倒塌事故，越來越頻繁，不僅給工程造成重大經(jīng)濟損失，還對周圍環(huán)境造成不良影響。逆作法施工原理是先沿建筑物地下室軸線或周圍施工地下連續(xù)墻或其他支護結(jié)構(gòu)，同時建筑物內(nèi)部的有關(guān)位置澆筑或打下中間支承樁和柱，作為施工期間于底板封底之前承受上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的支撐。然后施工地面一層的梁板樓面結(jié)構(gòu)，作為地下連續(xù)墻剛度很大的支撐，隨后逐層向下開挖土方和澆筑各層地下結(jié)構(gòu)，直至底板封底。同時，由于地面一層的樓面結(jié)構(gòu)已完成，為上部結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造了條件，所以可以同時向上逐層進行地上結(jié)構(gòu)的施工。如此地面上、下同時進行施工，直至工程結(jié)束。逆作法是一項近幾年發(fā)展起來新興的基坑支護技術(shù)，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。雖然逆作法的施工工藝和相關(guān)理論有了進一步發(fā)展和完善，已在諸多建筑施工中成功應(yīng)用，但仍存在許多先天不足，普及仍有難度。

1 現(xiàn)行逆作法施工存在問題

(1)地下連續(xù)墻存在接頭漏水、露筋問題，如鎖口管接頭施工簡單，但連接強度較低，易滲水，十字板剛性接頭連接強度較高，抗?jié)B水效果較好，但施工難度大，不易保證施工質(zhì)量，易出現(xiàn)露筋現(xiàn)象。(2)地連墻與主體結(jié)構(gòu)主要采用預(yù)埋鋼筋或“鋼筋接駁器”的方式，混凝土分開澆注，連接強度不牢。(.3)地下連續(xù)墻施工要用專門挖掘設(shè)備，需要用泥漿護壁，易污染施工現(xiàn)場;泥漿滑動層存在易造成周圍土層移動，引起地表沉降，影響周圍建筑安全。(4)在軟土環(huán)境中施工，連續(xù)墻、基坑的開挖過程中會出現(xiàn)較大的沉降與位移，對周圍的市政設(shè)施與地下管線以及各種建筑物及構(gòu)筑物會帶來嚴重的威脅。(5)連續(xù)墻墻體厚，材料消耗量大，墻面平整度差，防水性差，另做防水困難。

2 人工成孔分層分段噴射混凝土護壁高層建筑逆作法流水施工工藝原理

主樁施工采用人工成孔，分段開挖，用速凝鋼筋混凝土噴射護壁，在確保施工安全的前提下，樁籠定位后，分段澆筑混凝土，準確定位、預(yù)埋地下各層梁板鋼筋;0 層樓板、梁施工完成后，可同時進行上下樓層施工;主樁基各層地下室施工，遵從先外后內(nèi)順序進行，可有效組織流水施工;地下室土方開挖及外運采用當?shù)匾蛎旱V整頓閑置的綜采設(shè)備，割煤機、皮帶運輸機、垂直提升設(shè)備完成土方開挖外運;有外向內(nèi)由上而下分層分段開挖土方，采用掛網(wǎng)噴射鋼筋混凝土護壁，可有效阻止周圍地表沉降;結(jié)合運用小導(dǎo)管技術(shù)，可穿越軟基、流沙地層;混凝土自防水結(jié)合天衣無縫的卷材防水，可以確保地下室無滲漏;整體大框架，結(jié)合適量后加柱，可實現(xiàn)空間任意分割;噴射混凝土與周圍土體牢固粘結(jié)、地下室圍護及墻體合二為一，地下室圍護及墻體與主體上下層間鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)牢固搭接，使建筑整體性、抗震性能進一步加強。

3 人工成孔分層分段噴射混凝土護壁高層建筑逆作法流水施工工藝

3.1 樁柱基礎(chǔ)施工

樁孔定位—護筒安裝—人工分段挖孔—孔壁修整—分段綁扎護壁鋼筋籠，掛篩噴射速凝細石混凝土—頂板梁位超挖—噴射速凝細石混凝土封閉—樁底擴大頭施工—柱鋼筋籠制作安裝—澆筑基礎(chǔ)樁底擴大頭段柱混凝土—頂板梁位鋼筋預(yù)埋及接口處理—澆筑凝土—樁柱基礎(chǔ)澆至設(shè)計標高上50 -80 cm—及時鑿除樁頭—外露鋼筋保護。

(1)樁孔定位以8 -10m 為宜，與上層建筑主結(jié)構(gòu)柱相對應(yīng)。樁孔宜100 -120 cm，方便人工操作，樁孔開挖順序為先外后內(nèi)。(2)定樁位后，設(shè)安全護筒，開挖第一節(jié)，護筒高出地面300 -500 mm，護筒內(nèi)徑等于結(jié)構(gòu)樁外徑，挖深約1 -1.2 米，開挖筒徑視深度、土層結(jié)構(gòu)而定，筒徑小于結(jié)構(gòu)樁直徑1 -2cm。用Φ12 -16 mm@10 -20cm 鋼筋，長0.8 -1.5 米，靠豎洞直立，作為立筋，立筋兩端加彎鉤，彎鉤與壁平行放置，用Φ6 -10 mm@10 -20cm，作為盤筋，用扎絲綁扎，再用5* 5cm 鋼絲網(wǎng)満掛，用鉛絲綁扎在鋼筋上，用摻加速凝劑細石混凝土噴壁，厚度5cm。下留高度約20 -30cm，為搭接鋼筋預(yù)留長度。(3)樁身分段開挖，分段長度以土質(zhì)為準，硬土地自穩(wěn)性強，可加長挖段，軟弱破碎段可縮短，每段約0.6 -1.2M。樁身分段支護，硬土地自穩(wěn)性強，用Φ12 -16 鋼筋，0.8 -1.5 米，靠豎洞直立，間距Φ10 -20 mm@10 -20cm，作為立筋，立筋兩端加彎鉤，彎鉤與壁平行，用Φ8 -12 mm@10 -20cm，作為盤筋，用鉛絲綁扎:盤筋系入量以3 -5 圈為宜，根據(jù)孔徑大小可一次性吊入，也可拉伸用繩系依次邊綁邊送。用5* 5cm 鋼絲網(wǎng)満掛，用鉛絲綁扎在鋼筋上，鋼筋搭接、綁扎應(yīng)符合有關(guān)國家現(xiàn)行規(guī)范的要求;每平方米壁面至少應(yīng)有一個固定點(地下室段除外)。用摻加速凝劑細石混凝土噴壁，厚度5 -10cm。若孔深度大，可以用同樣方法，加固成雙層壁。每段預(yù)留長度20 -30cm 為宜。(4)流沙層、軟土層處理:流沙層、軟土層自穩(wěn)性差，可用扦探辦法探明深度后，沿壁四周以小角度向外鉆孔，孔距20cm，灌摻速凝劑沙漿后插入鋼筋，待穩(wěn)定后開挖。為防止塌方流沙，可用厚無紡布、防水毯，也可用稻草柵加稻草繩嵌入所插筋內(nèi)，并隨即支好護壁模板，噴澆護壁砼。以上兩種措施均無效時，采用固定護壁鋼筒，用沉井法掏挖孔內(nèi)流砂，使鋼套圈均勻下沉，并逐輪焊接接長，直至穿過流砂層為止。軟土層也可斜插木板控制軟泥流動，用風(fēng)錘將規(guī)格化的長90cm、寬8cm、厚1.9cm 的木板條沿45 度下斜方向一根挨一根打入孔壁處的砂層中，這樣既加固了土體，又防止木條上方的淤泥或砂土往下坍塌，能起到了一定的阻水作用。流沙層、軟土層調(diào)整掘進深度，每節(jié)護壁的高度可減小到30 -50cm。(5)積水處理:開挖過程中少量地下水滲出，采取隨挖隨用吊桶將泥水一起吊出;如遇孔底積水量大，在每段開挖或結(jié)束前先挖集水坑，采用污水泵排出地面。如遇上層滯水，可先用快凝砼堵塞，留導(dǎo)流孔;導(dǎo)流孔只排水，不流沙。(6)樁底支護處理:樁身接近施工完畢，超挖20 -30cm，用鉆向斜下方打孔，灌漿、插入鋼筋，立壁鋼筋變?yōu)長 型，增加鋼筋用量，噴混凝土后形成圈梁。向下開挖到柱底標高后，為了增加樁底持力面積，樁底擴大開挖成錐形。同樣操作完成錐形面鋼筋綁及噴混凝土。(7)各層梁、樓板位置超挖處理:頂板梁位超挖30 -50cm，噴射速凝細石混凝土封閉，摸隔離砂漿。(8)柱鋼筋籠安裝及分段澆筑混凝土:通長基礎(chǔ)下鋼筋籠，分段澆筑混凝土，先澆至基礎(chǔ)樁底擴大頭段柱混凝土至梁板下口下20 -50cm，有強度后，安裝下層底板、梁預(yù)埋鋼筋，底板、梁位填塞，深入柱內(nèi)15 -20cm;澆混凝土至上層梁板下口下20 -50cm，有強度后，安裝該層底板、梁預(yù)埋鋼筋，底板、梁位填塞，深入柱內(nèi)15 -20cm;依次至設(shè)計0 層標高上50 -80 cm，及時鑿除樁頭，外露鋼筋保護。

3.2 層樓地面板梁施工

按設(shè)計標高平整場地至設(shè)計板底標高或墊土至設(shè)計板底標高-2cm，開挖梁位，用低標號水泥砂漿摸面，平整度符合模板要求—，塑料薄膜或隔離劑，綁扎梁板鋼筋籠，預(yù)留增加柱及筒體墻位上下搭接鋼筋，并預(yù)留下層增加柱、筒體墻混凝土澆注孔、溢漿孔，分區(qū)澆0 層頂板梁混凝土，先澆外圍樓板、梁混凝土，后內(nèi)區(qū)樓板、梁混凝土，養(yǎng)護。

(1)原地面標高按低于0 層頂板梁，土方回填量大，適當開挖后按正常樓層施工。(2)層頂板梁施工應(yīng)先外后內(nèi)，為下層外圍土方開挖，為組織流水施工提供工作面。

3.3 一層樓地面板梁施工:按正常樓層施工

3.4 負一層施工

(1)層頂板、梁養(yǎng)護到期，在0 層頂板、梁下逆地下水方向適當位置開取土口(寬4 -6 米為宜)，取土口位置、數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場需要而定。應(yīng)先沿建筑物外墻線吃土，分層分段進尺，控制外墻外邊線開挖量，及時鋪掛綁扎鋼筋網(wǎng)片，適當位置可增設(shè)錨桿、附墻柱，用噴射混凝土護壁，噴射混凝土厚度及鋪掛綁扎鋼筋規(guī)格依土層狀況而定，噴射混凝土完成后表面用同標號水泥砂漿抹平，做防水層。(2)邊墻位置開挖護壁深度超下層頂板梁底50 -60cm 為宜，寬度滿足鋼筋綁扎及卷材施工，以50 -60cm 為宜;防水卷材超梁板下20 -30cm 為宜，護壁鋼筋網(wǎng)片預(yù)留20 -30cm 搭接頭;防水卷材與噴射混凝土下口留5 -10cm 為宜。(3)卷材施工后及時回填土至頂板梁底下平，做梁板土模，留與下層墻板搭接筋孔，綁扎梁板墻鋼筋，留下層澆筑孔，澆筑混凝土;養(yǎng)護至承人重后，綁扎墻筋，支墻模板，澆筑墻體混凝土。(4)土方開挖面相對另一側(cè)可適當放坡?？刂魄謇碡撘粚拥装逵嗤林恋装宓酌鏄烁?，用6%水泥沙土壓實找平板底、梁底，用低標號水泥砂漿摸面，平整度符合模板要求平整度符合模板要求—鋪塑料薄膜或隔離劑—綁扎梁板鋼筋籠—預(yù)留增加柱筋、筒體墻位上下搭接鋼筋(預(yù)留下層增加柱、筒體墻混凝土澆注孔、溢漿孔)—澆底板、梁混凝土—養(yǎng)護。(5)芯土開挖外運可靈活多樣，人工配合小型施工機械、割煤機輔以皮帶運輸機、小型挖掘機輔以小鏟.車等;芯土開挖可分區(qū)進行，最佳時機是在下層周邊防水施工完畢后進行，這樣可以保證土方開挖干作業(yè)施工。(6)增加柱、筒體墻上下搭接應(yīng)在下層底板、梁施工完成后及時完成，澆筑混凝土應(yīng)從上層預(yù)留孔進行，振實，確保無空隙、無浮漿。

3.5 負二、三層施工:方法如上。土方外運需增加提升設(shè)備

(1)最下層底板下設(shè)防水層，底板防水與圍護墻防水需密接，與柱交接處應(yīng)特別處理。(2)土方外運需增加提升設(shè)備，出土口設(shè)置合理，盡可能用皮帶運輸機直接上車，減少二次裝運，降低成本。

4 人工成孔噴射混凝土護壁高層建筑逆作法流水施工工藝特點

(1)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)，在建筑規(guī)模大、上下層次多時，大約可節(jié)省工時1/3。(2)受力良好合理，無需降水、排水量小，不受場地限制，無需大開挖大回填，圍護結(jié)構(gòu)變形量小，工程量小，對鄰近建筑的幾乎不造成影響。(3)施工可少受風(fēng)雨影響，且土方開挖較少，無回填工程量。土方開挖可用中小煤礦整頓停產(chǎn)閑置不用的割煤機、運煤機、綜采設(shè)備。(4)地下室外墻體量小，整齊美觀，與周圍土體結(jié)合緊密，與主體剛接性強，防水性好，同時能最大限度利用地下空間，擴大地下室建筑面積。(5)一層結(jié)構(gòu)平面可作為工作平臺，地下部分樓板、梁施工均用土模，無需腳手架、模板，能大幅減少了施工費用。(6)由于土方開挖、圍護、墻板、樓板(底板)施工的交錯進行，逆作結(jié)構(gòu)的自身荷載由立柱直接承擔并傳遞至地基，減少了大開挖時卸載對持力層的影響，降低了基坑內(nèi)地基回彈量?？捎行ЫM織流水施工，合理安排各類資源，大幅度節(jié)約成本，縮短工期。

5 人工成孔分層分段噴射混凝土護壁高層建筑逆作法流水施工技術(shù)特點

(1)縮短工程施工的總工期。(2)基坑變形小，相鄰建筑物的沉降。(3)可節(jié)省地下室外墻及外墻下工程費用，節(jié)省支護費用。(4)可節(jié)省土方挖填方費用。(5)可最大限度利用城市規(guī)劃紅線內(nèi)地下空間，擴大地下室建筑面積。(6)有利于結(jié)構(gòu)抵抗水平風(fēng)力和地震作用。

6 人工成孔噴射混凝土護壁高層建筑逆作法流水施工經(jīng)濟效益

(1)采用人工成孔逆作法流水施工，防水卷材施工簡便，墻板、底板防水搭接順暢，結(jié)構(gòu)簡單，整體性能好，成本低。(2)摒棄傳統(tǒng)基坑大開挖、大回填施工，地下樓層采用無模板、無支架施工，不挖基坑，無基坑防護，節(jié)約工程施工成本。(3)地下室外墻與基坑護壁采用兩墻合一的形式，防水層夾在其中，無需對防水層進行專門保護，節(jié)省費用。另一方面可在工程用地范圍內(nèi)最大限度擴大地下室面積，增加有效使用面積，增加的面積可創(chuàng)造經(jīng)濟效益。(4)能大幅度縮短工期，減少管理費用，節(jié)約成本。

7 人工成孔分層分段噴射混凝土護壁高層建筑逆作法流水施工環(huán)境效益

(1)揚塵方面:通常的地基處理采取敞開挖的方式，產(chǎn)生了大量的建筑灰塵，從而影響了城市的形象;而采用逆作法施工，由于其施工作業(yè)在封閉條件下進行，最大限度的減少揚塵。(2)噪音方面:由于采用人工開挖基礎(chǔ)樁，不產(chǎn)生大量噪聲，0 層施工整體澆筑完成后，下層土方開挖施工在地下封閉進行，施工噪音因0 層樓板的阻隔而大大降低，可夜間施工，提前工期。(3)污水處理方面:由于不采用地下連續(xù)墻泥漿護壁施工，不產(chǎn)生施工泥漿，無污水橫流、泥漿外運。

8 人工成孔分層分段噴射混凝土護壁高層建筑逆作法流水施工社會效益

(1)人工成孔噴射混凝土護壁樁基施工與分層開挖、分段噴射混凝土圍護，及時完成地下室外墻防水、及外墻施工，確保整個基坑的安全，阻止周圍地基下沉，同時也確保周邊道路和鄰近居民建筑物的安全。(2)地下室外墻防水整體性能好，外墻施工與外墻圍護合二為一，外墻與上下層底板、梁牢固結(jié)合，確保建筑穩(wěn)定、工程質(zhì)量。(3)層施工完成后，上下結(jié)構(gòu)可同時施工，地下施工噪音小，可實現(xiàn)晝夜施工，大幅度縮短工期。(4)交通方面:人工成孔噴射混凝土護壁逆作法流水施工由于采取表層支撐，底部施工的作業(yè)方法，故在城市交通土建中大有用武之地。(5)抗震方面:采用該法施工，地下墻體與周圍土層粘結(jié)力和摩擦力不僅可利用來承受垂直荷載，而且還可充分利用它承受水平風(fēng)力和地震作用所產(chǎn)生建筑物底部巨大水平剪力和傾覆力矩。在地震多發(fā)區(qū)，使用該工法可將地震帶來的危害降低到最小，具有廣泛的社會效益。

9 應(yīng)用前景

人工成孔分層分段噴射混凝土護壁高層建筑逆作法流水施工，無需增加大型施工機械、專用設(shè)備，利用常規(guī)設(shè)備、常見材料就能完成整個工程施工，并能夠提高地下室工程的安全性，大大節(jié)約工程造價，縮短施工工期，是一種很有發(fā)展前途和推廣價值的深基坑支護技術(shù)?？蓮V泛應(yīng)用于地下停車場、大型地鐵車站、地下變電站、大型排水及污水處理系統(tǒng)等的施工，特別適用于舊城改造，施工場地狹小、建筑物密集、地質(zhì)條件復(fù)雜、城市地下管線縱橫交錯等施工環(huán)境。它把地下室外墻與基坑圍護墻采用兩墻合一的形式，最大限度擴大地下室面積，增加有效使用面積，同時圍護墻與地下室樓蓋結(jié)構(gòu)牢固結(jié)合，受力更加合理，加上總工期的縮短，因而在軟土地區(qū)對于具有多層地下室的高層建筑，采用該法施工具有明顯的經(jīng)濟效益。