全逆作設(shè)計(jì)方案在工程中的應(yīng)用

□文/陳海濤 高海彥 高金銀 甄宗 張兆吉 張洪波

全逆作設(shè)計(jì)方案在工程中的應(yīng)用

□文/陳海濤 高海彥 高金銀 甄宗 張兆吉 張洪波

基于中信城市廣場(chǎng)項(xiàng)目的特殊開(kāi)發(fā)背景環(huán)境，介紹了逆作方案選擇的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容，包括逆作樁基設(shè)計(jì)、逆作結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)、逆作梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、逆作結(jié)構(gòu)外墻設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)等。

全逆作；樁基；結(jié)構(gòu)柱；梁柱節(jié)點(diǎn)；結(jié)構(gòu)外墻；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

為實(shí)現(xiàn)特殊的工期節(jié)點(diǎn)要求，房建項(xiàng)目中出現(xiàn)了地上工程完成后逆做地下工程的全新開(kāi)發(fā)建設(shè)方式。

1　工程概況

該工程位于天津市海河沿岸，建筑面積約18萬(wàn)m2，其中地上6層、建筑面積6萬(wàn)m2，地下3層，建筑面積12萬(wàn)m2，框支剪力墻結(jié)構(gòu)，首層為商鋪，以上為住宅，地下室為車(chē)庫(kù)。

工程要求盡快實(shí)現(xiàn)沿海河建筑外檐效果。若采取傳統(tǒng)的明挖順作方式施工，工期要求無(wú)法實(shí)現(xiàn)，故采取了地上工程完成后逆做地下工程的設(shè)計(jì)及施工方式。

總體施工順序：地下連續(xù)墻、樁基及地下室結(jié)構(gòu)鋼柱施工、降水井施工及預(yù)降水→基坑第一步土方開(kāi)挖→地下室頂板（逆作面）結(jié)構(gòu)施工→主樓零層板及主體結(jié)構(gòu)施工→外墻砌筑及幕墻施工→完成預(yù)定工期節(jié)點(diǎn)。

在幕墻施工的同時(shí)，插入地下土方及結(jié)構(gòu)施工，施工順序：基坑第二步土方開(kāi)挖→負(fù)一層結(jié)構(gòu)施工→基坑第三步土方開(kāi)挖→負(fù)二層結(jié)構(gòu)施工→基坑第四步土方開(kāi)挖→基礎(chǔ)底板施工→負(fù)三層墻柱施工→負(fù)二層墻柱施工→負(fù)一層墻柱施工→地上內(nèi)墻砌筑及裝飾裝修施工。

2　全逆作設(shè)計(jì)方案

2.1逆作樁基及地下室結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)方案

2.1.1工程樁及逆作鋼柱布置

地下室單層建筑面積約為4萬(wàn)m2，逆作面以下基坑土方開(kāi)挖總量達(dá)45萬(wàn)m2，為充分保證逆作土方開(kāi)挖所需的大空間，設(shè)計(jì)采用了單樁單柱模式。柱網(wǎng)間距8 400 mm×8 400 mm，共設(shè)計(jì)有675根工程樁及633根逆作結(jié)構(gòu)鋼柱。其中地下車(chē)庫(kù)范圍設(shè)計(jì)工程樁168根，每根樁內(nèi)插入一根φ560 mm鋼管柱，作為逆作階段豎向承載構(gòu)件；主樓范圍共設(shè)計(jì)有507根工程樁，其中465根插入500 mm×500 mm箱型鋼管柱，承受逆作階段主樓荷載，剩余42根樁為樓梯間剪力墻范圍布樁，待基礎(chǔ)底板完成后開(kāi)始受力，見(jiàn)圖1。

圖1　工程樁及鋼柱局部布置

2.1.2工程樁直徑確定

因地下結(jié)構(gòu)開(kāi)始施工時(shí)地上結(jié)構(gòu)及外幕墻已經(jīng)完成，上部荷載全部通過(guò)逆作鋼柱傳至工程樁受力，為保證結(jié)構(gòu)安全，鋼柱插入施工采用日本HPE工法完成。該工法施工的鋼柱可確保鋼柱垂直度偏差≯1/500。在綜合考慮鋼筋籠直徑、檢測(cè)管安裝位置、鋼柱抗剪環(huán)外徑、工程樁允許偏位、插柱施工偏差等不利因素的前提下，為確保鋼柱外皮與鋼筋籠之間150 mm的插柱施工凈距要求，確定工程樁直徑為1 500 mm。

結(jié)合本工程樁柱斷面（圖2），說(shuō)明插柱工程樁直徑確定過(guò)程。

圖2　工程樁柱斷面

工程樁直徑=鋼管柱外徑+2×抗剪環(huán)寬度+2×保護(hù)層厚度+2×檢測(cè)管外徑+2×插柱施工凈距+樁位允許偏差+H/500（H取20 m）+鋼筋籠直徑允許偏差=1 430（mm），故本工程取工程樁設(shè)計(jì)直徑為1 500 mm。

2.1.3樁柱連接設(shè)計(jì)

鋼柱插入工程樁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為4 m，初步設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)采用底部開(kāi)口，插入段焊接栓釘及抗剪環(huán)筋（或抗剪環(huán)板）的方式，但是考慮實(shí)際傳力效果及插柱難度，后將鋼管柱底部設(shè)計(jì)為閉口錐形，鋼柱插入段與樁身混凝土之間通過(guò)10φ19 mm栓釘結(jié)合，栓釘縱向間距200 mm。樁身采用36 h超緩凝混凝土，確保鋼柱順利插入樁身，鋼管柱內(nèi)設(shè)計(jì)為C45混凝土，采用高拋?zhàn)悦軐?shí)方法施工。見(jiàn)圖3。

圖3　樁與柱連接

2.2逆作結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案

本工程逆作階段豎向傳力構(gòu)件為樁內(nèi)插入的結(jié)構(gòu)鋼柱，主樓范圍鋼柱號(hào)為500 mm×500 mm×25 mm，地下室范圍鋼柱為φ560 mm×16 mm，鋼材材質(zhì)均為Q345B。根據(jù)鋼柱截面形狀（圓柱和方柱），鋼筋混凝土框架梁與鋼柱連接方式分兩種。

2.2.1圓鋼管柱與框架梁連接

框架梁將荷載傳給圓鋼管柱外包的環(huán)形鋼筋混凝土梁，環(huán)形梁通過(guò)抗剪鋼筋、栓釘將荷載有效傳遞給圓鋼管柱。對(duì)樓面荷載較大的部位（如有上覆土的車(chē)庫(kù)頂板），可將抗剪鋼筋改為上下設(shè)置的80 mm寬抗剪環(huán)板，上下環(huán)板之間設(shè)置加勁肋，從而保證傳力可靠性，見(jiàn)圖4。

圖4　圓鋼柱與框架梁連接節(jié)點(diǎn)

2.2.2箱型方鋼管柱與框架梁連接

框架梁主筋與箱型鋼柱上后焊接的鋼牛腿焊接連接，鋼牛腿上下翼緣上根據(jù)柱縱筋位置預(yù)開(kāi)孔，腹板上根據(jù)柱箍筋間距預(yù)開(kāi)孔，見(jiàn)圖5。

圖5　箱型鋼柱與框架梁連接節(jié)點(diǎn)

該節(jié)點(diǎn)在實(shí)際操作時(shí)，受鋼柱角度偏轉(zhuǎn)、位置偏移的影響，工廠內(nèi)預(yù)開(kāi)孔的鋼牛腿安裝后，難以保證柱縱筋通過(guò)。為此，需在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置一個(gè)臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)加工區(qū)，根據(jù)實(shí)測(cè)得到的鋼柱位置及角度偏差數(shù)值，在牛腿上放樣后開(kāi)孔，以確保柱縱筋順利通過(guò)鋼牛腿上下翼緣，從而保證梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)施工質(zhì)量。

2.3逆作結(jié)構(gòu)外墻設(shè)計(jì)方案

本工程設(shè)計(jì)采用“二墻合一”的地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻既是地下室結(jié)構(gòu)外墻，又是逆作階段基坑圍護(hù)墻。墻厚800 mm，墻深31 m，基坑深度15.4 m。

該地下連續(xù)墻作為地下室結(jié)構(gòu)外墻，承擔(dān)結(jié)構(gòu)邊跨部分荷載。設(shè)計(jì)傳力形式：邊跨梁板結(jié)構(gòu)荷載傳給邊梁，邊梁荷載通過(guò)地下連續(xù)墻內(nèi)預(yù)埋的抗剪鋼筋，傳給地下連續(xù)墻。逆作水平結(jié)構(gòu)施工完畢后，地下連續(xù)墻內(nèi)側(cè)從下至上施工鋼筋混凝土內(nèi)襯墻，襯墻內(nèi)每跨設(shè)計(jì)有扶壁柱，待地下水平及豎向結(jié)構(gòu)全部施工完畢后，由地下連續(xù)墻、內(nèi)襯墻及扶壁柱共同分擔(dān)邊跨荷載。

地下室結(jié)構(gòu)邊跨與地下連續(xù)墻連接節(jié)點(diǎn)見(jiàn)圖6。

圖6　結(jié)構(gòu)與地下連續(xù)墻連接節(jié)點(diǎn)

傳統(tǒng)“二墻合一”，往往采用地下連續(xù)墻內(nèi)預(yù)埋框架梁主筋接駁器或者框架梁，施工時(shí)在地下連續(xù)墻上植筋的方法。實(shí)際應(yīng)用中，預(yù)埋接駁器的方法因預(yù)埋精度難以保證，已很少應(yīng)用，而采用植筋的方法，考慮地下連續(xù)墻混凝土為水下灌注，存在混泥情況，植筋可能引起墻面滲漏水或植筋拉拔強(qiáng)度不足等問(wèn)題，應(yīng)用也逐漸減少。采用上述設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，較兩種傳統(tǒng)方式，傳力形式更加合理，結(jié)構(gòu)可靠性及安全性顯著提高。

2.4結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)方案

逆作面為地下室頂板（-2.65 m），主樓夾層（-2.65 m）及首層（-0.05 m）為框架剪力墻結(jié)構(gòu)（樓梯間、電梯井道、變形縫兩側(cè)為剪力墻），二層及以上為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，首層框架結(jié)構(gòu)在其頂板位置通過(guò)轉(zhuǎn)換梁轉(zhuǎn)換為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。

為方便描述，將地上結(jié)構(gòu)已完成，但地下結(jié)構(gòu)未完成期間，稱(chēng)之為“逆作階段”，地下結(jié)構(gòu)全部完成后，稱(chēng)之為“正常階段”。正常階段，樓梯間、電梯井道、變形縫兩側(cè)的剪力墻均連續(xù)貫通至基礎(chǔ)底板，但在逆作階段，逆作面以上剪力墻必須通過(guò)臨時(shí)轉(zhuǎn)換，將墻體自重荷載通過(guò)轉(zhuǎn)換梁傳給樁基階段預(yù)插的箱型鋼柱。本工程轉(zhuǎn)換梁設(shè)置在主樓首層樓面，轉(zhuǎn)換梁的梁高、梁寬及配筋均遠(yuǎn)大于正常階段梁，見(jiàn)圖7。因轉(zhuǎn)換梁的梁高影響了夾層使用凈空，在方案設(shè)計(jì)時(shí)，要求正常梁與逆作轉(zhuǎn)換梁疊加施工（即按照逆作階段梁配筋圖及正常階段梁配筋圖分別綁扎鋼筋籠，并整體澆筑混凝土），待地下室后施工墻柱與地上墻柱連成整體并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，保留主樓首層（-0.05 m）正常梁截面，切除多余的逆作轉(zhuǎn)換梁截面，從而完成了逆作結(jié)構(gòu)施工。逆作梁與正常梁疊加設(shè)計(jì)方法見(jiàn)圖8。

圖7　逆作轉(zhuǎn)換梁與正常階段梁設(shè)計(jì)截面尺寸對(duì)比

圖8　逆作梁與正常梁疊加設(shè)計(jì)方法

復(fù)合梁在施工時(shí)，必須確保逆作及正常梁各自的箍筋及主筋位置準(zhǔn)確，避免逆作梁拆除后留下結(jié)構(gòu)安全隱患。逆作梁拆除應(yīng)優(yōu)先選用振動(dòng)小、噪音小的拆除方法，如繩鋸切割、水鉆銑孔等。

在地下結(jié)構(gòu)逆作未完成施工前，為有效減小逆作梁截面及配筋，地上工程應(yīng)根據(jù)工程需要限制荷載。本工程地上提前施工的主要目的是保證外檐展示，地上僅允許主體結(jié)構(gòu)、外墻砌筑、幕墻、屋面工程施工，其他荷載不得提前施加，以節(jié)約工程成本及保證逆作階段結(jié)構(gòu)安全。

3　結(jié)語(yǔ)

逆作法出現(xiàn)之初，主要應(yīng)用于工期緊、場(chǎng)地狹小、周邊環(huán)境復(fù)雜的工程，常見(jiàn)逆作方式有“地下逆作完成后開(kāi)始地上施工”、“地上地下同步施工”等，這類(lèi)工程數(shù)量較多，施工技術(shù)趨于成熟。而類(lèi)似本工程“地上完成后再逆作地下”的工程施工案例較少錄。本文根據(jù)已經(jīng)實(shí)施完成的工程實(shí)例，總結(jié)了“地上工程完成后逆作地下工程”的主要設(shè)計(jì)方法及思路，供類(lèi)似逆作工程參考借鑒。

［1］高振鋒，葉可明，王允恭，等.逆作法施工的設(shè)計(jì)方法［J］.施工技術(shù)，2001，30（1）：16-18.

［2］葉浩.某工程逆作法技術(shù)的應(yīng)用分析［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2011.

□高海彥、高金銀、甄宗、張兆吉、張洪波/中國(guó)建筑第八工程局有限公司天津分公司。

TU753

C

1008-3197（2016）02-13-04

2015-10-10

陳海濤/男，1977年出生，高級(jí)工程師，天津?yàn)I海新區(qū)軌道交通投資發(fā)展有限公司，從事軌道交通工程技術(shù)管理工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.02.004