懸掛式結構施工技術在某窯洞工程中的應用

王 虎

河南省第一建筑工程集團有限責任公司（450014）

1 工程概況

某工程觀光電梯廳位于獨立的山體內,其結構形式為直徑10.8m、筒壁厚35 cm、高21.6m的鋼筋混凝土筒狀結構,筒體下部為原有的窯洞。鑒于工程位于一座獨立的山體內和現場環保條件制約，無法采用放坡開挖的方式施工。由于結構位于的土體以濕陷性黃土為主,無法采用傳統的錨桿支護體系進行支護和開挖；筒壁下部為中空的窯洞，也無法采用傳統逆作法進行施工。

課題組通過總結各種基坑施工方法,在逆作法施工的基礎上，采用樁基作為支撐結構，利用基坑混凝土護壁或結構自身的維護結構抵抗地下水平力,從而創新出一種新型的地下基坑施工技術——懸掛式結構施工技術。

2 工藝原理

懸掛式結構施工技術是一種集地下基坑支護和地下構筑物結構施工為一體的新型逆作施工工藝,該技術通過利用工程結構本身的8根扶墻圓柱作為豎向承重構件，將豎井筒體作為支護結構懸掛于扶墻圓柱上;豎井筒體結構承擔結構施工過程中的基坑支護作用，逆向進行懸掛結構施工。

3 工藝流程

該窯洞工程采用懸掛式結構施工技術的工藝流程為:定位放線→人工挖孔圓柱施工→鄰近窯洞支撐加固→第一模環板、環梁施工→施工依次各模→窯洞內條基礎施工→筒壁內附屬結構施工。

4 施工工藝要點

4.1 測量定位

該工程窯洞內和山體上不能通視,無法一次性對電梯井圓心進行定位。需要構建多個輔助測量導線對山頂筒壁圓心和窯洞內筒壁圓心進行測量和復核,必須確保上下點的精確照準；另外，山體與給定坐標基準點間高差較大，且水平距離較近（僅30m）,在如此陡峭的測量環境中進行角度、距離控制如采用傳統的鋼尺和經緯儀進行,測量精度不易保證。工程使用全站儀進行測量定位，由電子測角、電子測距、電子計算和數據存儲單元等組成的三維坐標測量系統，測量結果能自動顯示，并能與外圍設備交換信息的多功能測量儀器。用全站儀向山上投影,投影到山上后定出觀光電梯井的圓心。

4.2 人工成孔施工地下圓柱

圓柱開挖前首先固定柱位,按圖紙要求測定柱位及標高，然后用水泥砂漿砌120mm圍脖。圓柱土方采用人工挖孔，使用工具為洛陽鏟。人工挖孔開始時每根柱可出1人操作，挖深后改為二人操作，用洛陽鏟從上到下逐層進行，土裝入吊土包后，用轆轆提出。挖土次序先從中間后周邊，柱孔直徑1m來控制截面，擴底部分采用先挖圓柱體，再按擴底尺寸從上至下削土修成喇叭形來滿足設計要求。

每根柱成型后，要及時清理凈洞口周圍的存土，檢查成孔質量后，用板蓋好洞口，為下一道工序做準備。安放鋼筋籠，澆筑圓柱混凝土。

4.3 加固方案與鑿除方案

為防止在觀光電梯廳施工時對周圍臨近窯洞形成破壞，根據本工程的現場實際特點實施加固。

4.3.1 使用材料

觀光電梯廳相鄰窯洞加固主要采用砌筑磚墻填實支撐方式和搭設滿堂腳手架支撐，模板采用鋼模和木模兩種。支撐系統由定型空腔龍骨（桁架梁）、立桿、橫桿、斜桿、立桿墊座、立桿可調底座、木方組成。

4.3.2 圓柱施工時臨近窯洞的加固措施

在筒壁圓柱外1500mm處垂直與洞壁砌筑磚墻,一直砌筑到與原有土體接觸，即從圓柱以外1.5m處到原有土體（除圓柱預留空間以外的）所有空間全部砌筑磚墻填實，磚墻填實以外部分，全部搭設滿堂腳手架。腳手架與拱頂之間用模板和方木頂托。腳手架立桿間距為400mm,橫桿500mm。

4.3.3 鑿除方案

本工程在施工中有一部分筒壁穿過窯洞，需對原有窯洞混凝土進行剔鑿,原有窯洞洞頂、洞底混凝土厚度為400 mm，墻壁混凝土厚度為500 mm，設計圖紙要求施工時如遇到原有結構，盡量用機械切割和剔鑿的方式敲除，敲除后應用高一級的膨脹混凝土與擬建結構共同澆筑,在剔鑿前已對原有窯洞進行加固。

4.4 土方開挖

本工程土方開挖采用人工開挖的形式，首先把建筑物范圍內的山體與土方由29.5 m挖至設計標高21.6 m,新挖土方用手推車搬運到施工工作面以外，土方隨山體拋土而下，回填采用三七灰土分層夯實。然后用人工開挖預挖工程中間部位直徑約1m的出土洞，主體筒壁施工時就由此處從洞內下土，人力手推車運土到窯洞口出土處，再用自卸汽車運至甲方指定位置。

基坑開挖前應作出系統的開挖監控方案,監控方案應包括監控目的、監測項目、監控報警值、監測方法及精度要求、監測點的布置、監測周期、工序管理和記錄制度以及信息反饋系統。

4.5 模板的支設與拆除

4.5.1 模板的支設

1）第一模2.44 m，水平圍梁每道墻設置四道，上平水圍梁距模板底200mm，上平水圍梁距模板上口200mm，中間三道圍梁均分設置。第二模以后依此類推。

2）采用鋼管定型腳手架搭設，并鋪設架板,安裝澆筑的操作平臺。對于窯洞內園柱的施工，采用10mm厚鋼護筒或定型鋼模板，由于原有窯洞在施工拱圈時回填不實，因在開挖園柱時距原有窯洞上方出現1.5～2.8 m不等高度的塌孔現象,且柱與柱之間塌孔部分連通，所以圓柱施工時應采取增加鋼護筒的施工方法。對于護筒以外塌孔處，采取灌筑混凝土或塞磚的方法進行有效的加固。

3）施工前，先在圓心位置挖直徑1 m孔至基底，預埋鋼管16根，可與筒壁內腳手架拉結和固定，同時在打筒壁混凝土時，在筒壁上預埋16根鋼管，間距1.5 m、高1.2 m，作為防護欄桿，同時還可固定筒壁模板使用。

4.5.2 模板的拆除

1）側模拆除:在混凝土強度能保證其表面及棱角不因拆除模板而受損后，方可拆除。

2）拆裝模板的順序和方法，應遵循先支后拆，后支先拆；先拆不承重的模板，后拆承重的模板；自上而下，支架先拆側向支撐，后拆豎向支撐等原則。

3）模板工程作業組織，應遵循支模與拆模統由一個作業班組執行作業。支模就考慮拆模的方便與安全，拆模人員熟知情況，易找拆模關鍵點位，對拆模進度、安全、模板及配件的保護都有利。

4.6 混凝土澆筑

本工程采用商品混凝土,用臂架式泵車輸送,并人工配合翻漿至澆筑現場,必要時配地泵進行施工。澆筑筒壁混凝土時，混凝土必須通過溜槽，在筒壁內搭臺，人工翻漿進行。

考慮澆筑及振搗的原因，澆筑口形成喇叭口，但此道工序在立模板時難度較大,若模板支撐不夠或支撐稍有不對稱，則極易產生“爆模”。所以在筒壁（尤其是第一模筒壁）進行澆筑時，要特別注意對稱澆筑，每邊混凝土澆筑一次不得高于40 cm，振搗時也應對稱進行。先澆混凝土下方，將其做成向里方向的傾角,在后澆的模板上部設置高30 cm的漏斗型的澆筑口，當混凝土澆筑至此高度時，依靠澆筑壓力（需0.4 kg/cm2）和振搗器將混凝土縫隙填充密實。待漏斗部分的混凝土硬化后,表而修鑿平整。由于混凝土的硬化會產生下沉，上部會產生縫隙，宜采取二次振搗方式確保接縫的嚴密性。

5 效益分析

采用懸掛式結構施工工藝進行基坑支護的施工,一方面省去了單獨設立的圍護墻,另一方面可最大限度增加豎井有效使用面積。圍護墻的支撐體系由豎井本身代替，省去大量支撐費用。而且解決了傳統的豎井采用沉井結構對周圍地形的破壞，受力更加合理。采用懸掛式結構施工具有明顯的經濟效益，一般可節省地下結構總造價的25%～35%。

6 結語

該窯洞工程施工完畢后，工程的主體結構垂直度小于18 mm及1/1000總高；沉降量均勻，混凝土澆搗密實，防水性能良好。基坑及周圍環境未造成任何安全隱患。懸掛式結構施工技術目前建筑行業現行的逆作法施工工藝相比，無須大型施工機械，工藝簡單，造價相對較低，環保效益顯著，具有廣闊的發展前景。