高層建筑深基坑順逆作法綜合施工技術(shù)研究應(yīng)用

盧爭艷

摘 要：新的時期，隨著我國現(xiàn)代化建筑的大力推動，城市飛速發(fā)展，很多大中型城市地上建筑空間日趨減少，高層和超高層建筑以及地下空間的利用顯得尤為重要。規(guī)模都在不斷擴大，那些深基坑工程的深度也在不斷增加，其中包括了高層和超高層建筑地下部分的工程、地鐵工程等在內(nèi)的深基坑工程逐漸成為建筑施工的主要組成部分。文中主要探討了深基坑的順作法施工技術(shù)和逆作法施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：高層建筑；深基坑；逆作法施工；順作法施工

1 前言

針對目前高層建筑的特點，為加快塔樓施工進度，解決施工場地狹小的難題，同時合理安排資金投入，本文提出了順逆作法綜合施工的設(shè)計方法。即塔樓基坑先行順作法施工，此時裙樓暫時作為施工場地，塔樓基坑順作法面積較小可加快施工的速度。在塔樓進入上部結(jié)構(gòu)施工后裙樓基坑采用逆作法施工，裙樓逆作法施工不占用絕對工期，并且會最大可能減少工程量，資金也可以減緩投入。此設(shè)計方法在一定程度上解決了施工場地狹小、操作困難的問題，縮短了總工期，延緩了前期投資，更加快了塔樓的施工速度。結(jié)構(gòu)剛度大，裙樓基坑施工采用結(jié)構(gòu)梁板作為水平支撐，還能夠有效地控制基坑的變形，并且也省去了常規(guī)做法的支撐支出，在日益密集的城市建筑群中該設(shè)計施工方法有著非常好的前景。

2 深基坑工程項目設(shè)計特點

2.1 深基坑施工技術(shù)的特點分析

我國城市化進度不斷加快，城市建筑中出現(xiàn)大量的高層建筑。在城市環(huán)境中，由于有建筑密集存在，建筑物的深度也逐漸加深，建筑物施工環(huán)境日益復雜，深基坑施工技術(shù)的應(yīng)用得到了廣泛的注意，我國建筑界中，深基坑的開挖與支護問題成為一個研究熱點。

2.2 基坑深度大

高層建筑的數(shù)量以及規(guī)模增大，基坑深度也逐漸提升。高層建筑所需要實現(xiàn)的功能很多，涉及到的空間范圍比較大，結(jié)構(gòu)相對復雜，需要使用高超的施工技術(shù)。在建筑施工中，需要通過向下擴展來實現(xiàn)空間的擴展，因此，高層建筑一般擁有的地下室也增多。在此背景下，高超建筑基坑的深度逐漸提升，最終使得深基坑施工技術(shù)的施工難度提升了較大的檔次。

2.3 施工環(huán)境復雜

深基坑施工技術(shù)的周期逐漸加長，施工的場地多狹窄，難度比較大，容易受到當?shù)氐慕涤暌约暗孛娴闹匚锒逊诺纫蛩氐挠绊?，對基坑穩(wěn)定性造成負面影響。相鄰場地的施工，容易造成相互之間的影響，進而影響到施工的進度，提高施工協(xié)調(diào)的難度。深基坑施工的環(huán)境比較復雜，主要體現(xiàn)在深基坑的開挖需要在保證基坑穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，保護周圍的建筑物。基坑的開挖面積、寬度以及長度等都變大，使得深基坑的支護問題難度大幅度提高。在具體的深基坑施工技術(shù)的開挖階段，地基的地下水位容易產(chǎn)生變化，影響到應(yīng)力場，最終造成周圍基土體的變形，最終影響到地下管網(wǎng)的安全性。另外，在高水位等復雜地形處展開深基坑施工技術(shù)，容易發(fā)生土體劃移等問題，同時容易有樁體變形等嚴重后果，進而影響到建筑物的安全性能。

2.4 支護方法多

深基坑施工技術(shù)可采用的支護形式比較多樣化，目的是為了應(yīng)對多樣化的施工環(huán)境，同時施工技藝也逐漸豐富。針對不同的施工環(huán)境，由工程設(shè)計人員來具體分析，判斷采用何種的施工工藝，需要結(jié)合實際的地形以及環(huán)境進行具體考慮。

2.5 支護病害影響大

由于高層建筑的結(jié)構(gòu)比較復雜，深基坑施工技術(shù)中支護占據(jù)重要的地位，起到了良好的防護作用。因此，深基坑中支護的病害具有比較大的破壞力，容易影響到作為建筑物、管線等的安全，甚至容易出現(xiàn)安全事故，影響到建筑功能的發(fā)揮，進而會影響到市政設(shè)施以及管線，具有較大的影響力與威脅力。在高層建筑深基坑施工技術(shù)的具體應(yīng)用中，必須要重點探究支護病害的危害程度，做好相應(yīng)的防護措施，提高工程設(shè)計人員設(shè)計的合理性以及科學性，應(yīng)用可靠性高的施工工藝。

3 順作法施工

3.1 順作法施工特點

基坑順作法施工工藝成熟，支護結(jié)構(gòu)體系與主體結(jié)構(gòu)相對獨立，設(shè)計、施工均比較便捷；對施工單位管理水平和技術(shù)水平要求較低，施工單位選擇面廣；基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計和主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計關(guān)聯(lián)度較低，受主體設(shè)計進度約束小，基坑工程有條件盡早開工。順作法除了以上優(yōu)點以外也存在著一些缺陷，明挖順法基坑開挖過程中及開挖后均對周邊環(huán)境影響較大。基坑開挖時設(shè)置的支護結(jié)構(gòu)體系均為臨時支撐，在結(jié)構(gòu)體系完成后還需將其拆除。

3.2 順作法關(guān)鍵技術(shù)

順作法在一次性開挖基坑的過程中主要存在的危險問題有基坑坍塌滑坡、坑底隆起、支護側(cè)向位移、涌砂涌水等。因此，順作法在土方開挖的施工過程中關(guān)鍵技術(shù)有以下幾點：①在地質(zhì)條件及周邊環(huán)境不允許放坡的情況下，基坑開挖支護與其水平支撐的設(shè)置成為基坑開挖過程中的關(guān)鍵技術(shù)之一，因為該關(guān)鍵技術(shù)可以預防基坑坍塌滑坡事故的發(fā)生。②順作法深基坑開挖過程中僅僅做好基坑支護和水平支撐是遠遠不夠的，因為在深基坑開挖過程中會遇到地下水的影響，該因素對基坑影響較大，不容忽視，故基坑開挖過程中必須做好降水、排水工作。③水平支撐的拆除。對于水平支撐的拆除需由專業(yè)的設(shè)計單位提供拆除順序及專項方案，不能隨意拆除以免引起坑塌方事故。

4 逆作法施工

4.1 逆作法施工特點

①社會資源消耗少：特別是可利用施工場地狹小時，逆作法的效果更加明顯。②減少施工支出：外墻、地下室每一層梁板都可以采用土模；為了能夠減少土方開挖量和運輸量，只開挖有效范圍內(nèi)的土方；外墻是可以同時起擋土截水作用的。③對周圍環(huán)境影響?。毫己煤侠淼氖芰Γ噜彽慕ㄖ锍两敌?，圍護結(jié)構(gòu)變形量小，當場地為軟土地基時效果更加明顯。④縮短施工日期：當上下結(jié)構(gòu)同時進行時是可以極大縮短日期的。⑤提高施工安全性：避免基坑長時間暴露導致的邊坡風化，不會因為基坑換撐而引起內(nèi)重力分布。憑借逆作法的這些優(yōu)點，既可以獲得可觀的經(jīng)濟效益，又可以加快業(yè)主的銷售和資金周轉(zhuǎn)速度。

4.2 逆作法—地下連續(xù)墻施工方法

地下連續(xù)墻剛度大、強度高，可作為永久或臨時地下結(jié)構(gòu)，得到了廣泛的應(yīng)用。施工步驟一般為：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)已經(jīng)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。

4.3 逆作法—中間支撐柱和立樁柱

沉降、變形觀測逆作法施工中，作為臨時的支護結(jié)構(gòu)和地下結(jié)構(gòu)一部分的地下墻、板、柱，應(yīng)按照永久結(jié)構(gòu)的要求嚴格控制其沉降和變形，因承擔新澆混凝土的重量，坑底地基土在必要時必須進行變形控制。觀測點的布置一定要依據(jù)設(shè)計圖紙，還要結(jié)合施工現(xiàn)場的環(huán)境而定。由于觀測環(huán)境的不同觀測對象也需要選用相應(yīng)的觀測儀器，以便觀測地足夠清楚，比如觀測時發(fā)現(xiàn)所使用的儀器不能夠清晰地觀察裂縫，就應(yīng)該換用帶度數(shù)的顯微鏡觀察其中的變化情況。觀測技術(shù)的主要發(fā)展方向是保護措施以及觀測測儀器的改進，觀測點十分重要而且一般設(shè)置于墻柱邊處，所以一定要做好保護措施，以確保后續(xù)觀測工作不受影響。

4.4 逆作法—施工洞口及垂直運輸

由于是在地下封閉的環(huán)境下進行結(jié)構(gòu)施工，垂直運輸挖出的土方以及施工材料設(shè)備的過程中也成了逆作法施工的重要一環(huán)，所以需設(shè)計用于地面直達地下結(jié)構(gòu)底層的垂直運輸，且尺寸大小符合施工要求的預留孔道。一般的發(fā)展方向是：設(shè)計合理的挖土方案和出土路線，滿足“先柱后墻，間隔開挖，流水作業(yè)，嚴禁超挖”的逆作法施工原則，留施工口要盡量減少，從而減少加固預留施工口所需要施工量以及施工的費用。

4.5 逆作法—中間支撐柱和立樁柱

中間支撐柱和立樁柱是逆作法施工的重要一環(huán)，開挖時是支撐柱，施工完成后可以作為永久的地下結(jié)構(gòu)受力柱，因此必須精確控制其軸線位置，垂直度也是重要指標，一般需控制在立柱長度的1/600以內(nèi)。在實際施工中，利用鋼管或型鋼將立柱引至地面上，然后選用精密儀器測量并調(diào)節(jié)，或是成孔之后經(jīng)過全方位測量配合垂直單位，然后下放立柱樁的鋼筋籠至設(shè)計位置，與此同時調(diào)節(jié)垂直度，并借助支架臨時固定以后，才能進行混凝土的澆筑。對于大口徑鋼管樁，為了其能夠達到測量和控制垂直度的目的，可在孔內(nèi)埋設(shè)定位錨板。

5 高層建筑順逆作法施工的關(guān)鍵要點

5.1 地下連續(xù)墻施工

地下墻的連續(xù)施工，為確保工程按照正確方向進行，應(yīng)首先選取地下室的墻面作為水平和垂直的基準，即導墻。地下連續(xù)墻是建造深基礎(chǔ)工程和地下構(gòu)建物的一項新技術(shù)，該技術(shù)是在地面采用挖槽機械，沿著深開挖工程的周邊軸線，在泥漿護壁的條件下，開挖出一條狹長的深槽，在槽內(nèi)放入鋼筋籠，然后用導管法澆筑水下混凝土，筑成一個單元槽段，如此逐段進行，以特殊接頭方式，在地下筑成一段連續(xù)的鋼筋混凝土墻壁。

5.2 逆作法中間支承柱施工

在逆作法的高層建筑施工過程中，中間支承柱至關(guān)重要，在地下室底板澆注前，其主要承受地上和地下各層的自重和荷載，待地下底板澆注后，其與底板連接，可將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳給地下底板。在逆作法的施工過程中，為了提高其承載能力，底板以上的中間支撐柱大多采用H型鋼或鋼管混凝土上柱。

5.3 節(jié)點構(gòu)造的設(shè)計

與常規(guī)施工方法相比，逆作法施工順序不同，其地下室結(jié)構(gòu)節(jié)點的構(gòu)造設(shè)計也應(yīng)有所不同。在實踐中，地下室結(jié)構(gòu)節(jié)點的設(shè)計需滿足多種要求，如結(jié)構(gòu)永久受荷狀態(tài)下的要求，一定的抗?jié)B防水要求及現(xiàn)有工藝手段與能力的要求等。

5.4 加強設(shè)計與施工的協(xié)調(diào)

我國目前的工程建設(shè)體制，決定了施工組織的設(shè)計工作與設(shè)計院的設(shè)計工作是分離的，而建筑基坑施工中逆作法施工的地下結(jié)構(gòu)和支護設(shè)計都是要求統(tǒng)一的，這樣就導致了設(shè)計與施工缺乏協(xié)調(diào)性，在實際工作中經(jīng)常造成一些本來就可以采用逆作法進行施工的工程由于設(shè)計和施工不協(xié)調(diào)而無法進行。這個方面也是建筑基坑施工中逆作法施工需要改進的，逆作法的發(fā)展同時也不能離開設(shè)計施工一體化。在施工還沒有開始的時候，如果由施工總承包單位來進行相關(guān)設(shè)計的施工，在保證和尊重原創(chuàng)作的受力的條件下，應(yīng)該保證施工與設(shè)計的協(xié)調(diào)，并且允許施工單位在實際施工應(yīng)用逆作法對工藝實施進一步的優(yōu)化設(shè)計。

6 結(jié)束語

工程建設(shè)迅速發(fā)展的過程中，高層和超高層建筑深基礎(chǔ)順作法技術(shù)會被不斷創(chuàng)新，逆作法這種相對新穎的施工技術(shù)在現(xiàn)實生活中也會被不斷推廣應(yīng)用，二者綜合在一起，可以利用其中的優(yōu)點共同發(fā)展。雖然逆作法施工中仍有差異沉降施工控制、導柱垂直度控制、土方開挖方法改進等問題解決，但是其總體的發(fā)展趨勢仍需關(guān)注綠色、環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展?？茖W技術(shù)的大力發(fā)展以及大量全自動檢測設(shè)備的應(yīng)用，大大降低了逆作法施工的成本和風險，且為信息化提供了必要的依據(jù)。隨著不斷完善的逆作法施工理論，相信以后會有更多處于特殊地質(zhì)條件或密集區(qū)的地下工程將選擇逆作法進行施工。

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