论文部分内容阅读
摘要：本文介绍了“逆作法”工法的特点和工艺原理，并对地下室逆作法施工技术进行了探讨，供大家参考。
关键词：逆作法；基坑；施工技术
1 前言
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。逆作法是相对于建筑物施工的常规顺序而言的，建筑物施工的常规顺序是先开挖基坑，然后从基础开始。逐层向上施工。基坑开挖所需的支护，属于施工的措施，与建筑物的地下结构各不相干。而地下结构逆作法施工是利用地下结构的楼盖、梁、板、柱和外墙作为基坑围护结构和基础施工的支撑结构。在坑内的水平支撑体系和围护体系由上而下进行地下结构的施工。与此同时可进行上部结构的施工，其施工顺序是自上而下进行的。
2 “逆作法”工法的特点
(1)利用柱下桩及基坑周边地下连续墙(以下简称地下墙)作为逆作法施工期间承受地上、地下结构荷载及其施工荷载的构件；利用地下室楼板，作为基坑施工的支撑。其中柱桩的深度、柱径与地下墙的深度、厚度需经过计算确定。
(2)地下多层逆作法挖土采用地下室首层楼板结构完成后，由专用取土设备与人力相结合在楼板底下挖土，挖至下一层楼板标高后，浇筑该层楼板结构，再用相同方法挖土，浇筑楼板，如此直至地下室大底板完成。
(3)“逆作法”施工土方，采用人力开挖与坑底水平运土，然后由设置在基坑两端的取土口专用取土设备，半挖出的土方提升装车外运。
(4)地下室楼板模采用土模承重，当挖土至标高后做出混凝土垫层，并在模板搁支点上用砂浆找平，直接将模板搁置在砂浆找平层上，挖土、混凝土垫层、砂浆找平，必须按要求严格控制标高误差。
3 工艺原理
多层地下室的传统施工方法是“敞开式”，而“逆作法”是一种“封闭式”施工方法。其工艺原理是：先沿建筑物周围施工地下墙，在建筑物内按柱网轴线施工柱下支承桩，然后进行地下首层施工。完成后同时施工地下、地上结构。待地下室大底板完成后，再进行复合柱、复合墙的施工。
4 逆作法施工的关键技术
逆作法施工很好地解决了基坑周期长、对周围环境影响大、支护费用高的现状,但逆作法本身也存在许多亟待解决的问题。
(1)差异沉降问题
在施工基础底板前,全部的结构和施工荷载主要依靠中柱桩和地下连续墙承担。但是,随着上部结构施工层数的增加,对中柱桩和地下连续墙的荷载也增加,而中柱桩和地下连续墙的承载能力在减少,势必导致相邻中柱桩之间的差异沉降,这种差异又反过来改变上部结构和地下室的内力分布,引起附加应力。
因此,逆作法施工中,在地下室基础底板完成前,地下连续墙和中柱桩直接受力,未直接受力的工程桩之间的相互影响依然存在,如果各根中柱桩之间或地下连续墙之间有较大的差异沉降,已浇筑的楼板与梁系就会产生裂缝,将危及上部结构的安全。所以,逆作法设计和施工中,必须计算中柱桩间和边桩与地下连续墙间的沉降,以及如何通过实测控制他们的差异沉降。
根据目前的施工经验整个结构相邻两跨的中柱桩沉降差不超过2cm,可确保结构的安全,也有以L/400(L为柱跨距)作为控制差异沉降的标准。由此可见,对软土地基,逆作法的设计和施工关键就是如何设计和控制沉降差的问题,同时也涉及上下部结构的共同作用问题。研究表明差异沉降的控制设计可能是比沉降控制的设计更重要、更待研究的方面。
(2)桩承载力问题
当前高层建筑桩(筏)基础与地基工同作用的理论可分为,高层建筑桩箱(筏)基础的常规设计理论—强度设计理论和高层建筑桩(筏)基础变形控制设计理论。逆作法施工期间基坑开挖土体应力释放,坑内土体回弱,带动立柱桩上移:地下室及上部结构施工后,桩身承担的向下荷载增加。整个过程中,桩身所承受的荷载包括桩身自重、上部荷载、正摩阻力、负摩阻力、桩端阻力,这些力共同作用的结果,使桩发生沉降与抬升的变形。这是一个复杂的受力过程,为分析方便,可将桩身受力分成2部分,即不考虑桩身自重及上部荷载的作用与只考虑桩身自重及上部外荷载的作用,然后运用叠加原理求得基坑开挖对立柱桩竖向位移的影响结果。不考虑桩身自重及下部荷载的作用,进桩好像“浮”在土中。
基坑开挖后,坑底应力释放,坑内土体回弹,带动听立柱桩上移,桩身上部承受向上的正摩阻力,桩被抬升，桩身下部土体阻止桩的上移,对桩产生向下的负摩阻力,正、负摩阻力最终达到平衡。桩在正、负摩阻力的作用下,产生弹性伸长。下部土体对桩产生向下的负摩阻力,由反作用力,桩对下部土体有向上的作用力,致使桩周与桩端土体垂直应力减小,导致桩端土体应力释放,产生膨胀,桩也随之上升。
(3)“盆”边土宽度问题
在地下连续墙边需留设合理的土体宽度,采用盆式开挖可提高机械挖土效率,减少人工挖土量,是加快挖土速度、控制地墙变形的有效方法。在盆式开挖阶段地墙的变形增量并不大,但是在盆边抽条挖土时,变形要比盆式开挖阶段的变形值大,发展速率快。另一方面,在挖土施工时在坑内部留有足够宽度的盆边土,坑内局部留土的合理分布可以有效增大被动区的被动土压力,可用此部分土体产生的被动土压力来平衡基坑外部的主动土压力。要在理论上计算出合理的留土宽度,并分析盆中土和留土开挖对两边管道及地铁等的影响,对比在目前留土宽度的情况下计算结果与实测结果,计算出留土宽度的变化规律,这些都是值得考虑的问题。
(4)在逆作法设计和施工的配合方面
目前设计单位不直接参与逆作法施工过程的结构受力分析和设计,只能依靠施工单位自身的力量进行研究分析,而施工单位由于人员配备的局限性,往往没有强大的结构分析设计队伍,因此在进行逆作法的分析和设计时只能半经验半理论,没有正规的理论设计依据:同时设计单位也不参与工程的施工组织设计,因此设计单位和施工单位常常因为设计思路和施工进程发生矛盾。
逆作法施工过程中,施工缝的留设问题也是设计和施工单位争论的焦点,梁柱接头的设计必须满足设计要求,然而设计方往往对施工单位提出的施工缝留设位置以及接头方式产生质疑,在双方的讨论中设计方由于缺乏逆作法的专业设计经验又不能提供强有力的设计方案。施工设计一体化是目前国际上比较流行的设计施工管理方式,但是我国目前的工程管理模型还处于设计与施工分开的阶段。逆作法作为一种特殊的施工工艺对设计的要求比较高,如果设计合理经常能节省工程造价,节约施工工期。
(5)施工安全
严格遵守国务院发布《建筑安装工程安全技术规程》、市建委《关于加强施工现场安全生产管理若干规定》、《安全制度汇编》、《建筑机械使用安全技术规程》外，还应根据“逆作法”施工的特点，编制施工组织设计，提出安全的注意事项及具体措施。
1)逆作法施工的周边环境的安全保护，应对基坑周边围护墙按强度要求与变形要求进行设计验算，在施工过程中，对墙体的挠曲变形、位移进行观察。此外，还应根据基坑周边环境条件，分别对地下管线、邻近建筑、构筑物进行位移观察，发现异常应立即采取有效措施，以确保周边环境的安全。
2)“逆作法”施工，从地面转入地下施工用电220v～380V。临时输电线路要固定位置，并采用专用防水电箱。
3)操作人员做好安全交底工作，而且人员相应固定。
4)定制取土设备，应有专人操作，上岗做好培训交底，并设专人指挥。
5 结束语
经过对上述工程的实践，笔者认为地下室逆作法施工技术在实际工程中的应用，应根据具体情况进行分析，采取最适合的处理方法。逆作法施工能缩短工期和节约支护费用，如上述工程采用逆作法施工，比顺作施工减少了三个月的施工时间，减少了深基坑施工对周围环境的影响，收到了良好的社会、经济效益。
关键词：逆作法；基坑；施工技术
1 前言
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。逆作法是相对于建筑物施工的常规顺序而言的，建筑物施工的常规顺序是先开挖基坑，然后从基础开始。逐层向上施工。基坑开挖所需的支护，属于施工的措施，与建筑物的地下结构各不相干。而地下结构逆作法施工是利用地下结构的楼盖、梁、板、柱和外墙作为基坑围护结构和基础施工的支撑结构。在坑内的水平支撑体系和围护体系由上而下进行地下结构的施工。与此同时可进行上部结构的施工，其施工顺序是自上而下进行的。
2 “逆作法”工法的特点
(1)利用柱下桩及基坑周边地下连续墙(以下简称地下墙)作为逆作法施工期间承受地上、地下结构荷载及其施工荷载的构件；利用地下室楼板，作为基坑施工的支撑。其中柱桩的深度、柱径与地下墙的深度、厚度需经过计算确定。
(2)地下多层逆作法挖土采用地下室首层楼板结构完成后，由专用取土设备与人力相结合在楼板底下挖土，挖至下一层楼板标高后，浇筑该层楼板结构，再用相同方法挖土，浇筑楼板，如此直至地下室大底板完成。
(3)“逆作法”施工土方，采用人力开挖与坑底水平运土，然后由设置在基坑两端的取土口专用取土设备，半挖出的土方提升装车外运。
(4)地下室楼板模采用土模承重，当挖土至标高后做出混凝土垫层，并在模板搁支点上用砂浆找平，直接将模板搁置在砂浆找平层上，挖土、混凝土垫层、砂浆找平，必须按要求严格控制标高误差。
3 工艺原理
多层地下室的传统施工方法是“敞开式”，而“逆作法”是一种“封闭式”施工方法。其工艺原理是：先沿建筑物周围施工地下墙，在建筑物内按柱网轴线施工柱下支承桩，然后进行地下首层施工。完成后同时施工地下、地上结构。待地下室大底板完成后，再进行复合柱、复合墙的施工。
4 逆作法施工的关键技术
逆作法施工很好地解决了基坑周期长、对周围环境影响大、支护费用高的现状,但逆作法本身也存在许多亟待解决的问题。
(1)差异沉降问题
在施工基础底板前,全部的结构和施工荷载主要依靠中柱桩和地下连续墙承担。但是,随着上部结构施工层数的增加,对中柱桩和地下连续墙的荷载也增加,而中柱桩和地下连续墙的承载能力在减少,势必导致相邻中柱桩之间的差异沉降,这种差异又反过来改变上部结构和地下室的内力分布,引起附加应力。
因此,逆作法施工中,在地下室基础底板完成前,地下连续墙和中柱桩直接受力,未直接受力的工程桩之间的相互影响依然存在,如果各根中柱桩之间或地下连续墙之间有较大的差异沉降,已浇筑的楼板与梁系就会产生裂缝,将危及上部结构的安全。所以,逆作法设计和施工中,必须计算中柱桩间和边桩与地下连续墙间的沉降,以及如何通过实测控制他们的差异沉降。
根据目前的施工经验整个结构相邻两跨的中柱桩沉降差不超过2cm,可确保结构的安全,也有以L/400(L为柱跨距)作为控制差异沉降的标准。由此可见,对软土地基,逆作法的设计和施工关键就是如何设计和控制沉降差的问题,同时也涉及上下部结构的共同作用问题。研究表明差异沉降的控制设计可能是比沉降控制的设计更重要、更待研究的方面。
(2)桩承载力问题
当前高层建筑桩(筏)基础与地基工同作用的理论可分为,高层建筑桩箱(筏)基础的常规设计理论—强度设计理论和高层建筑桩(筏)基础变形控制设计理论。逆作法施工期间基坑开挖土体应力释放,坑内土体回弱,带动立柱桩上移:地下室及上部结构施工后,桩身承担的向下荷载增加。整个过程中,桩身所承受的荷载包括桩身自重、上部荷载、正摩阻力、负摩阻力、桩端阻力,这些力共同作用的结果,使桩发生沉降与抬升的变形。这是一个复杂的受力过程,为分析方便,可将桩身受力分成2部分,即不考虑桩身自重及上部荷载的作用与只考虑桩身自重及上部外荷载的作用,然后运用叠加原理求得基坑开挖对立柱桩竖向位移的影响结果。不考虑桩身自重及下部荷载的作用,进桩好像“浮”在土中。
基坑开挖后,坑底应力释放,坑内土体回弹,带动听立柱桩上移,桩身上部承受向上的正摩阻力,桩被抬升，桩身下部土体阻止桩的上移,对桩产生向下的负摩阻力,正、负摩阻力最终达到平衡。桩在正、负摩阻力的作用下,产生弹性伸长。下部土体对桩产生向下的负摩阻力,由反作用力,桩对下部土体有向上的作用力,致使桩周与桩端土体垂直应力减小,导致桩端土体应力释放,产生膨胀,桩也随之上升。
(3)“盆”边土宽度问题
在地下连续墙边需留设合理的土体宽度,采用盆式开挖可提高机械挖土效率,减少人工挖土量,是加快挖土速度、控制地墙变形的有效方法。在盆式开挖阶段地墙的变形增量并不大,但是在盆边抽条挖土时,变形要比盆式开挖阶段的变形值大,发展速率快。另一方面,在挖土施工时在坑内部留有足够宽度的盆边土,坑内局部留土的合理分布可以有效增大被动区的被动土压力,可用此部分土体产生的被动土压力来平衡基坑外部的主动土压力。要在理论上计算出合理的留土宽度,并分析盆中土和留土开挖对两边管道及地铁等的影响,对比在目前留土宽度的情况下计算结果与实测结果,计算出留土宽度的变化规律,这些都是值得考虑的问题。
(4)在逆作法设计和施工的配合方面
目前设计单位不直接参与逆作法施工过程的结构受力分析和设计,只能依靠施工单位自身的力量进行研究分析,而施工单位由于人员配备的局限性,往往没有强大的结构分析设计队伍,因此在进行逆作法的分析和设计时只能半经验半理论,没有正规的理论设计依据:同时设计单位也不参与工程的施工组织设计,因此设计单位和施工单位常常因为设计思路和施工进程发生矛盾。
逆作法施工过程中,施工缝的留设问题也是设计和施工单位争论的焦点,梁柱接头的设计必须满足设计要求,然而设计方往往对施工单位提出的施工缝留设位置以及接头方式产生质疑,在双方的讨论中设计方由于缺乏逆作法的专业设计经验又不能提供强有力的设计方案。施工设计一体化是目前国际上比较流行的设计施工管理方式,但是我国目前的工程管理模型还处于设计与施工分开的阶段。逆作法作为一种特殊的施工工艺对设计的要求比较高,如果设计合理经常能节省工程造价,节约施工工期。
(5)施工安全
严格遵守国务院发布《建筑安装工程安全技术规程》、市建委《关于加强施工现场安全生产管理若干规定》、《安全制度汇编》、《建筑机械使用安全技术规程》外，还应根据“逆作法”施工的特点，编制施工组织设计，提出安全的注意事项及具体措施。
1)逆作法施工的周边环境的安全保护，应对基坑周边围护墙按强度要求与变形要求进行设计验算，在施工过程中，对墙体的挠曲变形、位移进行观察。此外，还应根据基坑周边环境条件，分别对地下管线、邻近建筑、构筑物进行位移观察，发现异常应立即采取有效措施，以确保周边环境的安全。
2)“逆作法”施工，从地面转入地下施工用电220v～380V。临时输电线路要固定位置，并采用专用防水电箱。
3)操作人员做好安全交底工作，而且人员相应固定。
4)定制取土设备，应有专人操作，上岗做好培训交底，并设专人指挥。
5 结束语
经过对上述工程的实践，笔者认为地下室逆作法施工技术在实际工程中的应用，应根据具体情况进行分析，采取最适合的处理方法。逆作法施工能缩短工期和节约支护费用，如上述工程采用逆作法施工，比顺作施工减少了三个月的施工时间，减少了深基坑施工对周围环境的影响，收到了良好的社会、经济效益。