淺述逆作法在高層建筑中的設(shè)計應(yīng)用

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摘要：隨著廣州經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，高層建筑如雨后春筍般紛紛涌起。在多數(shù)地下室的施工中，均采用傳統(tǒng)的正作法程序，即：開挖基坑——施工基樁——施工底板——施工地下室豎向構(gòu)件——施工地下室梁板。地下室施工耗費(fèi)的時間占了整棟樓相當(dāng)大的比例。近幾年來，一種“逆作法”施工新技術(shù)正被逐漸運(yùn)用并趨于成熟。該技術(shù)適用于市區(qū)建筑密度大，鄰近建筑物及周圍環(huán)境對沉降變形敏感，施工場地狹窄，施工工期緊張，地基軟土層厚等工程情況，對于三層及以上的地下室效果尤為明顯。本文就筆者設(shè)計的一個工程作為實例介紹逆作法的應(yīng)用情況。

  關(guān)鍵詞：逆作法高層建筑設(shè)計一、工程概況十甫名都商廈位于廣州市第十甫路和第十八甫路交接處，地上十五層，地下三層，基坑深度14.3米，建筑平面約為長90米寬29米的矩形。由于場地西邊為西關(guān)風(fēng)情民居，距用地紅線不足3米，北邊為第十甫路步行街，距離約4米。規(guī)劃部門明確指示，必須嚴(yán)格控制基坑水平位移及豎向沉降，絕不允許出現(xiàn)鄰近房屋產(chǎn)生裂縫或路面開裂、下沉的情況。另一方面，甲方從商業(yè)角度出發(fā)也提出要求，一是地下室的邊線應(yīng)盡量貼近用地紅線，以取得最大使用空間；二是要求盡量縮短工期，力求比鄰近同類建筑先封頂，以便售樓。在這種情況下，逆作法施工技術(shù)便充分體現(xiàn)其優(yōu)越性。二、地質(zhì)情況該場地地質(zhì)分布情況自上而下大致如下：1、淤泥質(zhì)粘土，流塑，飽和，平均厚度1.9米，c=10KPa，φ=6~8°；2、中粗砂及粉砂層，飽和，松散，平均厚度7.5米，c=0，φ=28~30°；3、粉質(zhì)粘土層，飽和-稍濕，可塑-堅硬，平均厚度5米，可塑土c=30kPa，=14º。硬塑土c=31kPa，=18º；4、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，平均厚度3米；5、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，平均厚度5.5米；三、設(shè)計思路針對工程設(shè)計要求和地質(zhì)條件，工程師結(jié)合逆作法的特點，確定了以下幾個重要設(shè)計措施：1、為了有效地控制基坑變形，采用地下連續(xù)墻作為基坑支護(hù)手段，可同時具備擋土和止水作用。利用地下室各層樓面的梁板體系作為水平側(cè)向支撐，地下連續(xù)墻將與內(nèi)襯墻一起構(gòu)成地下室外墻，成為永久性構(gòu)件。2、為了爭取時間，最大限度縮短工期，從首層樓面開始，向上下兩個方向同時施工，爭取地下室與上部結(jié)構(gòu)同時完工，具體施工步驟將在下一節(jié)介紹。3、出于逆作法施工需要，地下室豎向構(gòu)件采用鋼管柱。長度3層樓高，一次吊裝到位。4、人工挖孔樁從現(xiàn)地面開挖，為了準(zhǔn)確安裝鋼管柱，鋼管柱底以上的空段部分應(yīng)考慮工人到樁底定位鋼管柱時的操作面，一般操作面不小于60cm，故空段部分樁徑為鋼管柱直徑加上1.2米，而基樁部分直徑按承載力要求確定。當(dāng)以上幾個因素明確后，設(shè)計方案便基本明朗。四、逆作法步驟1、施工地下連續(xù)墻。經(jīng)計算地下連續(xù)墻厚度800mm，標(biāo)準(zhǔn)槽段長度6米，深度18米左右，即到達(dá)基坑底面以下3-5米，且下端進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層不少于1.5米，以確保止水效果。槽段之間采用工字鋼剛性接頭。2、施工人工挖孔樁。人工挖孔樁分為基樁部分與上部空段兩部分。當(dāng)基樁部分澆灌到樁頂設(shè)計標(biāo)高以下1米時，便由工人下去安裝定位環(huán)并調(diào)校水平，然后由工人在下面扶正，卡位，保證其垂直度后，在地面用十字架固定鋼管柱上端，用高拋法澆筑管內(nèi)高強(qiáng)混凝土。3、開挖至-4.5m標(biāo)高。此時地下連續(xù)墻處于懸臂狀態(tài)，現(xiàn)場監(jiān)測得最大水平位移發(fā)生頂點處，約3.7mm,平面位置在矩形長邊中部。施工首層樓面梁板及上部普通混凝土柱，在平面靠近第十八甫路處預(yù)留10米X10米出土口，方便運(yùn)輸。4、開挖至-7米標(biāo)高，施工負(fù)一層樓面梁板及上部結(jié)構(gòu)。在二層樓面梁安裝吊車梁，設(shè)計該梁時應(yīng)考慮吊運(yùn)土方和機(jī)械時的最大荷載，負(fù)一層樓面出土口位置與首層一致。對于地下連續(xù)墻而言，首層和負(fù)一層樓面的水平剛度可視為兩個鉸支座。但是出土口處的槽段應(yīng)設(shè)置腰梁和鋼支撐?，F(xiàn)場監(jiān)測得最大水平位移發(fā)生頂點處，約5.3mm。此時上部結(jié)構(gòu)施工至三層樓面。5、開挖至-14.3米標(biāo)高（地下室底板底），從-9.5米開始即采用盆式開挖，即在周邊留有4.5米左右的反壓土，以控制連續(xù)墻的位移，保證基坑安全。此時地下連續(xù)墻可視為下部為連續(xù)的彈性支座，上部兩個鉸支座的連續(xù)梁，受荷形態(tài)簡化為上三角形下梯形?，F(xiàn)場監(jiān)測得最大水平位移發(fā)生在-9.7米標(biāo)高處，約13.2mm。此時上部結(jié)構(gòu)施工至七層樓面。6、施工負(fù)二層樓面主梁梁格，即樓板及次梁暫不施工，以便吊土，通過主梁和腰梁系統(tǒng)為連續(xù)墻提供一定的側(cè)向支承，其概念類似于對撐系統(tǒng)。7、完成其余土方工作，施工底板和負(fù)二層樓面，吊出挖土機(jī)，封閉出土口。至此地下室土建主體已完工，同時上部結(jié)構(gòu)也已封頂。在整個施工過程中，地下連續(xù)墻最大位移為14.3mm，位置在-11.3米標(biāo)高處，遠(yuǎn)小于規(guī)范限值?；又苓厛龅匚窗l(fā)現(xiàn)明顯下陷，鄰近房屋未見明顯裂縫，保護(hù)效果非常理想。五、心得體會在整個逆作法的設(shè)計與施工過程中，筆者從成功中獲得很多經(jīng)驗，也碰到不少問題，現(xiàn)就這一工程幾個關(guān)鍵技術(shù)問題的處理方法作了整理，以供參考：1、設(shè)計中應(yīng)進(jìn)行逆向思維。在正作法中，地下室的剪力墻如核心筒、人防墻及地下室外墻等作為豎向構(gòu)件承擔(dān)荷載。但在逆作法中，剪力墻是先施工上一層，再施工下一層，受力模式已發(fā)生變化，故建立計算模型時應(yīng)按大梁輸入。2、鋼管柱與梁板的連接。本工程采用環(huán)梁節(jié)點，須預(yù)先在鋼管上焊接抗剪環(huán)箍，且定位要求精確。當(dāng)施工期間地下室標(biāo)高發(fā)生改動時，其處理措施相當(dāng)麻煩，因為現(xiàn)場補(bǔ)焊環(huán)箍操作困難，而且管內(nèi)混凝土可能因溫度過高而影響受力性能。3、鋼管柱吊裝的垂直度控制。由于逆作法的施工工藝的特殊性，決定了地下室的豎向構(gòu)件必須采用鋼管柱或格構(gòu)式鋼柱，而吊裝這一豎向構(gòu)件時如何控制垂直度成為關(guān)鍵因素，本工程先在樁頂標(biāo)高以下1米處安設(shè)一定位鋼板，定位鋼板有三個調(diào)節(jié)螺栓，以調(diào)節(jié)鋼板水平，鋼管柱中部采用鋼筋制成籠狀定位架，在地面也設(shè)有井字形定位木架，實踐證明，這種定位方法取得較高的精度，可以滿足工程需要。4、地下室樓面梁與連續(xù)墻的連接。在逆作法工程中。內(nèi)襯墻尚未完成，邊跨的樓面梁一端支承在鋼管柱上，另一端則必須支承在地下連續(xù)墻上。原設(shè)計思路在地下連續(xù)墻鋼筋籠中預(yù)埋鋼筋，地下室開挖后鑿去砼保護(hù)層后，扳出鋼筋與梁鋼筋焊接即可，但由于施工誤差及建筑方案修改，這些預(yù)埋鋼筋位置偏差太大而失去作用，實際施工中采用植筋的辦法解決，因連續(xù)墻中鋼筋太密，將梁端彎矩適當(dāng)調(diào)幅到跨中。5、底板周邊連續(xù)墻連接處止水措施。這個部位的止水成功與否對整個地下室的止水乃至使用安全有著決定性作用。本工程地下連續(xù)墻鋼筋籠中與底板位置預(yù)埋一豎向鋼板，澆筑底板前焊接一水平止水鋼板，實際效果非常理想，底板周邊未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。6、樁基類型的確定。從鋼管柱安裝定位的要求來看，人工挖孔樁是較好的選擇，筆者曾在另一個工程中使用鉆孔灌注樁，由于泥漿的擾動，鋼管柱難以保證垂直度，開挖后發(fā)現(xiàn)偏心較大。就本工程的地質(zhì)情況而言，淤泥層和砂層比較厚，本來并不適合采用挖孔樁。但是，筆者認(rèn)為當(dāng)連續(xù)墻進(jìn)入不透水層（強(qiáng)風(fēng)化層）并且圍合之后，進(jìn)行坑內(nèi)抽水，在沒有水壓力的情況下挖樁發(fā)生涌土、流沙的可能性不大。事實證明，這一措施是有效的。七、小結(jié)十甫名都商廈已封頂并投入使用，從該工程實例看，逆作法與常規(guī)的施工方法相比有著不可替代的優(yōu)勢，例如：1）顯著地縮短了工程施工的總工期，經(jīng)計算，本工程采用逆作法比采用正作法縮短了至少兩個月工期，取得巨大的商業(yè)效益；2）基坑變形小，相鄰建筑物影響小，實測結(jié)果顯示基坑頂點變形不足20mm，周邊路面沉降量也極小，未造成不良影響；3）可最大限度地利用城市規(guī)劃紅線地下空間，在允許范圍內(nèi)盡量擴(kuò)大地下室建筑面積。但逆作法目前仍存在一些急待解決的問題，如連續(xù)墻與基礎(chǔ)樁間存在著不均勻沉降，連續(xù)墻槽段間的滲漏等，有待通過工程實踐取得改良措施。