建筑工程逆作法施工技術的應用

杜曰武

近些年來,我國一些城市的高層建筑越來越多,對深基坑的開挖支護技術也提出了一些新的要求。逆作法是施工高層建筑多層地下室和其他多層地下結構的有效方法。在進行設計和施工時,使地下結構與圍護結構相結合。通過建筑施工實踐證明,利用逆作法施工開挖深度大的多層地下結構是十分有效的。高層建筑應用逆作法,可以提高地下工程的安全性,節約工程造價,隨著逆作法在全國范圍內迅速發展和大量應用,將會有更大的發展空間。

1 工程概況

廣州洪都購物廣場項目占地近9 380m2,總建筑面積94 800 m2,其中地下總建筑面積19 700 m2。該建筑物平面布局呈L形,由一棟28層99.9 m高及屋頂5 m高寫字樓(框架—剪力墻結構)、兩棟38層131.4 m高(剪力墻結構)及6層30.3 m高的綜合酒店式商業配套裙樓(框架結構)組成。

整個工程均為樁基礎,主樓和裙樓地下3層為大型停車場,地下3層地面設計標高為-12.200 m,基礎梁板厚度為1.50 m,其基底設計標高為-13.800 m,室內外高差按0.30 m考慮,坑深為13.50 m。建筑物地上部分北、東兩側退線較大,考慮地下室外擴因素,距地界距離除東北角外基本大于5.0 m;兩側毗鄰順馳上谷商業街工地,距地界最小處約為2.46 m;南側退地界距離約為8.40 m;西南角局部相鄰5層居民樓,最小距離約為13.80 m,距違章平房為12.3 m。

2 工程方案

2.1 部分逆作與順作結合施工方案

從-1層分界線向下施工,而不向上進行施工。適合行人或堆場要求的工程,滿足本工程場地小無作業操作面的特點。順逆結合可以充分利用逆作法和順作法的各自優勢。當場地足夠大時,可以解決挖土和運土的問題,目前應用于本工程條件已取得較好的結果。1)一順一逆方案采用了主樓順作、裙房逆作的方案,裙房的逆作過程為主樓的挖土提供支撐,而主樓位置又為逆作的出土提供方便,取得一舉兩得的效果。在該方案中有順作、有逆作、有二明一暗的施工,其優點是既可以有效解決基坑的支護問題,又可以解決土體的外運問題,使順逆的優點得到充分的體現。2)逆作法的挖土與總體方案,挖土及運土方案主要有各種大小挖土機械、挖運結合的方案,配大小機械挖土、運土方案,人工挖土及運土方案。專門挖土運行的逆施法運土方案。中心島及機械結合的挖、運土方案是逆作法最為理想的挖運土方案,它使得逆作法施工挖運可以達到與順作法施工相同的出土速度。

2.2 水平支撐體系形成

為了滿足以上條件和考慮各種因素,選擇逆施法正施法相結合。利用-1層、-2層結構平面作為水平支撐體系,裙房部分逆施、主樓及寫字樓正施,自然形成大出土口,便于挖土工程水平及垂直運輸需求。1)平面形成兩個“窗口區”,便于挖土作業。2)減短鋼筋混凝土梁支撐長度,將大基坑劃分成若干基坑作業面,減少基坑的早期變形。

2.3 圍護支撐體系特點

地下室范圍幾乎占滿建筑紅線全部范圍,圍護樁和工程樁相距0.2 m,這就要求圍護樁和工程樁垂直水平精度能夠有效控制。在基坑西側部分為車道斜坡,板寬窄剛度較弱,是整個支撐體系中的薄弱環節：1)采用臨時平板支撐形成封閉支撐圍護體系。2)基坑內側進行水泥壓密注漿(寬度為5.5 m,深度20 m,面積110 m2)對被動區土體進行加固。3)設置水平斜支撐增加水平剛度。

3 施工工藝流程

連體排樁→支撐樁和工程樁兩樁合一→壓頂帽梁→開挖第一層土到-1層梁板底(-5.1 m)→完成-1層裙房梁板結構支撐并開挖到-2層梁板底(-9.10 m)→完成-2層裙房梁板結構支撐,同時盆式開挖→完成公寓底板澆筑→正施核心主樓同時開挖裙房底板土方→施工裙房底板。

4 關鍵技術的控制

4.1 咬合樁列式墻地連墻

采用φ 920@920樁列式連排鉆孔灌注樁外加高壓旋噴法止水帷幕支護體系,采用咬合樁列式墻地連墻去止水擋土,使圍護與主體分離。在基坑南側圍護樁的外側,用高壓旋噴法止水帷幕二道止水,并與圍護樁立體咬合整體體系。

4.2 一柱雙樁承載

本工程采用“一柱雙樁承載”承受上部結構重量,地下3層結構自重以及施工荷載總和。地下室柱斷面幾何尺寸不能滿足包容格構柱幾何尺寸,采用兩根樁共同承擔由一柱承擔荷載,削弱變形產生差異,使載荷均勻分配各樁,使逆作法施工的安全性大大提高。該格構支承柱在逆作法施工完成后拆除由永久混凝土柱替換。

4.3 正、逆作法施工中的挖土控制

1)挖土和運土、出土等土方工程是逆作施工的重要環節,本工程總土方量為8.58萬 m3,采用-1層正施開挖,出土量為3.11萬m3,占總出土量的36.3%,寫字樓部分正施作為大出土口,設計為車道,土方運行車直接駛入基坑運土,以提高功效。2)中間公寓部分采用盆式開挖,大開挖加快了土方的施工功效。3)周圍逆作施工部位有梁板頂蓋的部分,挖土難度大,周期長,是本工程工期進度控制的關鍵因素,同時也是施工安全變形產生的主要因素,挖土時采用0.15 m3,0.4 m3小型挖土機與人工開挖相結合施工,地下水平運輸采用以運行車運輸為主,人力拖車為輔直接運出工地。4)寫字樓部分作為最后挖土收頭部分,采用鋼管支撐和混凝土支撐相結合的混合體系,正施施工先撐后挖,撐一步挖一步,共設兩道施工體系。5)挖土工藝設計作業由信息化施工,統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圍內操作。

4.4 樓板沉降差異控制和圍護監測

本工程逆作法是先施工裙房地下室梁板體系,后施工基礎大底板,所以工程樁在施工前期部分受力。部分受力的工程樁由土方開挖引起基坑內土體的向上回彈,因此各根主樓樁會有沉降差,會對澆筑的梁板體系產生裂縫,危及主體結構,因此一定要控制沉降差值,設定設計工況計算沉降,逆作法施工順序,在挖土各個階段立樁圍護墻梁板體系可以正確計算,根據荷載與地基地質指標進行沉降估算,其觀測差一般結構可以允許為10 mm～20 mm,本工程沉降差控制在不大于10 mm。

施工現場的監測,反饋信息是控制變形,指導施工工序,復核巖土力學的計算模型與實際情況相關性,保證結構安全。信息化施工非常重要。對圍護樁、立柱樁、垂直與水平、地下水位、挖土工藝等全面進行動態信息化監測。圍護樁墻體沉降深度變形觀測埋設測斜管,東西兩側各3個點,南北兩側各2個點,共計10個。-1,-2層板內應力板10個,約合388 m設置一個點。梁內應力點15個。

支承柱沉降上浮觀測;周圍居民樓沉降及位移監測;觀測井兼作回灌井、抽水井。

4.5 坑內外降水和觀測

1)微承壓水井。微承壓水主要在埋深16 m～25 m粉質黏土層,用泵直接進入微承壓水層,降低水壓水頭防止坑底出現管涌和隆起,使抽水井抽水不抽泥、降壓不減水。

2)作潛水降水的大口井。基坑內設大口井作潛水降水,需提前做成并進行10 d以上的降水過程,才可進行基坑開挖,采用φ 500 mm無砂水泥管,外圍等粒徑碎石,透水直徑不小于700 mm,井深為20.0 m,共計17口。深井降水要動態控制,水位定時觀測,應始終讓水位控制在作業面以下1.0 m～2.0 m左右。

3)觀測井(兼作回灌井)。在西南居民樓設3個觀測井(兼作回灌井),在其南側設觀測井(兼作抽水井),觀測施工過程中周圍環境水文變化,必要時采取北灌南抽等措施達到較為均勻沉降。

5 結語

高層建筑應用逆作法,能夠提高地下工程的安全性,可以縮短施工工期,節約工程造價,防止周圍地基出現下沉,當然也存在一些問題,如基坑連續墻和水平支撐的優化設計對土方開挖的影響、連續墻槽段間的滲漏等,需要在工程實踐中不斷改進。

[1]將曙杰.逆作法化解高層建筑施工難題[N].中國建設報,2006-03-02.

[2]常士驃,張蘇民.簡明工程地質手冊[M].北京：中國建筑出版社,1998.