建筑工程逆作法施工技术的应用

2010-08-15杜曰武

山西建筑 2010年13期

杜曰武

近些年来,我国一些城市的高层建筑越来越多,对深基坑的开挖支护技术也提出了一些新的要求。逆作法是施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的有效方法。在进行设计和施工时,使地下结构与围护结构相结合。通过建筑施工实践证明,利用逆作法施工开挖深度大的多层地下结构是十分有效的。高层建筑应用逆作法,可以提高地下工程的安全性,节约工程造价,随着逆作法在全国范围内迅速发展和大量应用,将会有更大的发展空间。

1 工程概况

广州洪都购物广场项目占地近9 380m2,总建筑面积94 800 m2,其中地下总建筑面积19 700 m2。该建筑物平面布局呈L形,由一栋28层99.9 m高及屋顶5 m高写字楼(框架—剪力墙结构)、两栋38层131.4 m高(剪力墙结构)及6层30.3 m高的综合酒店式商业配套裙楼(框架结构)组成。

整个工程均为桩基础,主楼和裙楼地下3层为大型停车场,地下3层地面设计标高为-12.200 m,基础梁板厚度为1.50 m,其基底设计标高为-13.800 m,室内外高差按0.30 m考虑,坑深为13.50 m。建筑物地上部分北、东两侧退线较大,考虑地下室外扩因素,距地界距离除东北角外基本大于5.0 m;两侧毗邻顺驰上谷商业街工地,距地界最小处约为2.46 m;南侧退地界距离约为8.40 m;西南角局部相邻5层居民楼,最小距离约为13.80 m,距违章平房为12.3 m。

2 工程方案

2.1 部分逆作与顺作结合施工方案

从-1层分界线向下施工,而不向上进行施工。适合行人或堆场要求的工程,满足本工程场地小无作业操作面的特点。顺逆结合可以充分利用逆作法和顺作法的各自优势。当场地足够大时,可以解决挖土和运土的问题,目前应用于本工程条件已取得较好的结果。1)一顺一逆方案采用了主楼顺作、裙房逆作的方案,裙房的逆作过程为主楼的挖土提供支撑,而主楼位置又为逆作的出土提供方便,取得一举两得的效果。在该方案中有顺作、有逆作、有二明一暗的施工,其优点是既可以有效解决基坑的支护问题,又可以解决土体的外运问题,使顺逆的优点得到充分的体现。2)逆作法的挖土与总体方案,挖土及运土方案主要有各种大小挖土机械、挖运结合的方案,配大小机械挖土、运土方案,人工挖土及运土方案。专门挖土运行的逆施法运土方案。中心岛及机械结合的挖、运土方案是逆作法最为理想的挖运土方案,它使得逆作法施工挖运可以达到与顺作法施工相同的出土速度。

2.2 水平支撑体系形成

为了满足以上条件和考虑各种因素,选择逆施法正施法相结合。利用-1层、-2层结构平面作为水平支撑体系,裙房部分逆施、主楼及写字楼正施,自然形成大出土口,便于挖土工程水平及垂直运输需求。1)平面形成两个“窗口区”,便于挖土作业。2)减短钢筋混凝土梁支撑长度,将大基坑划分成若干基坑作业面,减少基坑的早期变形。

2.3 围护支撑体系特点

地下室范围几乎占满建筑红线全部范围,围护桩和工程桩相距0.2 m,这就要求围护桩和工程桩垂直水平精度能够有效控制。在基坑西侧部分为车道斜坡,板宽窄刚度较弱,是整个支撑体系中的薄弱环节：1)采用临时平板支撑形成封闭支撑围护体系。2)基坑内侧进行水泥压密注浆(宽度为5.5 m,深度20 m,面积110 m2)对被动区土体进行加固。3)设置水平斜支撑增加水平刚度。

3 施工工艺流程

连体排桩→支撑桩和工程桩两桩合一→压顶帽梁→开挖第一层土到-1层梁板底(-5.1 m)→完成-1层裙房梁板结构支撑并开挖到-2层梁板底(-9.10 m)→完成-2层裙房梁板结构支撑,同时盆式开挖→完成公寓底板浇筑→正施核心主楼同时开挖裙房底板土方→施工裙房底板。

4 关键技术的控制

4.1 咬合桩列式墙地连墙

采用φ 920@920桩列式连排钻孔灌注桩外加高压旋喷法止水帷幕支护体系,采用咬合桩列式墙地连墙去止水挡土,使围护与主体分离。在基坑南侧围护桩的外侧,用高压旋喷法止水帷幕二道止水,并与围护桩立体咬合整体体系。

4.2 一柱双桩承载

本工程采用“一柱双桩承载”承受上部结构重量,地下3层结构自重以及施工荷载总和。地下室柱断面几何尺寸不能满足包容格构柱几何尺寸,采用两根桩共同承担由一柱承担荷载,削弱变形产生差异,使载荷均匀分配各桩,使逆作法施工的安全性大大提高。该格构支承柱在逆作法施工完成后拆除由永久混凝土柱替换。

4.3 正、逆作法施工中的挖土控制

1)挖土和运土、出土等土方工程是逆作施工的重要环节,本工程总土方量为8.58万 m3,采用-1层正施开挖,出土量为3.11万m3,占总出土量的36.3%,写字楼部分正施作为大出土口,设计为车道,土方运行车直接驶入基坑运土,以提高功效。2)中间公寓部分采用盆式开挖,大开挖加快了土方的施工功效。3)周围逆作施工部位有梁板顶盖的部分,挖土难度大,周期长,是本工程工期进度控制的关键因素,同时也是施工安全变形产生的主要因素,挖土时采用0.15 m3,0.4 m3小型挖土机与人工开挖相结合施工,地下水平运输采用以运行车运输为主,人力拖车为辅直接运出工地。4)写字楼部分作为最后挖土收头部分,采用钢管支撑和混凝土支撑相结合的混合体系,正施施工先撑后挖,撑一步挖一步,共设两道施工体系。5)挖土工艺设计作业由信息化施工,统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围内操作。

4.4 楼板沉降差异控制和围护监测

本工程逆作法是先施工裙房地下室梁板体系,后施工基础大底板,所以工程桩在施工前期部分受力。部分受力的工程桩由土方开挖引起基坑内土体的向上回弹,因此各根主楼桩会有沉降差,会对浇筑的梁板体系产生裂缝,危及主体结构,因此一定要控制沉降差值,设定设计工况计算沉降,逆作法施工顺序,在挖土各个阶段立桩围护墙梁板体系可以正确计算,根据荷载与地基地质指标进行沉降估算,其观测差一般结构可以允许为10 mm～20 mm,本工程沉降差控制在不大于10 mm。

施工现场的监测,反馈信息是控制变形,指导施工工序,复核岩土力学的计算模型与实际情况相关性,保证结构安全。信息化施工非常重要。对围护桩、立柱桩、垂直与水平、地下水位、挖土工艺等全面进行动态信息化监测。围护桩墙体沉降深度变形观测埋设测斜管,东西两侧各3个点,南北两侧各2个点,共计10个。-1,-2层板内应力板10个,约合388 m设置一个点。梁内应力点15个。

支承柱沉降上浮观测;周围居民楼沉降及位移监测;观测井兼作回灌井、抽水井。

4.5 坑内外降水和观测

1)微承压水井。微承压水主要在埋深16 m～25 m粉质黏土层,用泵直接进入微承压水层,降低水压水头防止坑底出现管涌和隆起,使抽水井抽水不抽泥、降压不减水。

2)作潜水降水的大口井。基坑内设大口井作潜水降水,需提前做成并进行10 d以上的降水过程,才可进行基坑开挖,采用φ 500 mm无砂水泥管,外围等粒径碎石,透水直径不小于700 mm,井深为20.0 m,共计17口。深井降水要动态控制,水位定时观测,应始终让水位控制在作业面以下1.0 m～2.0 m左右。

3)观测井(兼作回灌井)。在西南居民楼设3个观测井(兼作回灌井),在其南侧设观测井(兼作抽水井),观测施工过程中周围环境水文变化,必要时采取北灌南抽等措施达到较为均匀沉降。