上下同步逆作建造的設(shè)計(jì)和施工關(guān)鍵技術(shù)研究

馬躍強(qiáng)

1. 上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心 上海 200080

當(dāng)項(xiàng)目對(duì)工程進(jìn)度有嚴(yán)格要求時(shí)，可采用上下同步逆作建造技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。上下同步逆作建造技術(shù)為在向下逆作施工地下結(jié)構(gòu)的同時(shí)，向上施工界面層以上主體結(jié)構(gòu)的施工工法[1]。通常情況下，相比先施工地下結(jié)構(gòu)再施工地上結(jié)構(gòu)，上下同步逆作建造技術(shù)可節(jié)約6～12個(gè)月工期。地下室層數(shù)和上部結(jié)構(gòu)可同步層數(shù)越多時(shí)，進(jìn)度可縮短越多。

上下同步逆作建造技術(shù)涉及到上下同步方案、立柱樁、逆作B0梁板、托換梁、剪力墻回筑、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)等一系列技術(shù)問(wèn)題，相比半逆作法，技術(shù)難度要求更高。本文結(jié)合上海國(guó)際旅游度假區(qū)管理中心項(xiàng)目，圍繞上下同步逆作建造設(shè)計(jì)和施工技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，形成一套標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)和施工流程。

1 工程概述

1.1 建筑結(jié)構(gòu)概況

上海國(guó)際旅游度假區(qū)管理中心（圖1）位于上海迪士尼國(guó)際旅游度假區(qū)的南大門(mén)，總建筑面積93 055 m2，其中地下面積49 262 m2，地下3層，地上10層，建筑高度45 m。

1.2 結(jié)構(gòu)概況

圖1 項(xiàng)目效果圖

地下室采用框架結(jié)構(gòu)。B3～B1層高分別為3.90、5.50、5.85 m，柱距為8.40 m×8.40 m，結(jié)構(gòu)柱尺寸為800 mm×800 mm，框架梁尺寸一般為400 mm×900 mm、400 mm×800 mm，次梁十字布置，截面為300 mm×650 mm。

主樓采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)。核心筒外圍大小為18.7 m×13.9 m，剪力墻厚度為400、300、200 mm。結(jié)構(gòu)柱為1.4 m×1.4 m、1.2 m×1.2 m等；框架梁斷面一般為500 mm×1 000 mm（長(zhǎng)邊）、500 mm×800 mm（短邊）等；次梁井字布置，截面為300 mm×700 mm。

1.3 圍護(hù)概況

基坑形狀大致呈長(zhǎng)方形，尺寸為96.6 m×184.8 m。基坑開(kāi)挖深度17.5 m，開(kāi)挖面積約18 000 m2，周邊長(zhǎng)560 m，安全等級(jí)為一級(jí)。圍護(hù)墻采用厚1 000 mm地下連續(xù)墻，與結(jié)構(gòu)外墻采用“兩墻合一”，槽壁加固采用φ800 mm五軸攪拌樁，墻間采用φ800 mm旋噴樁，坑內(nèi)加固采用φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁（圖2）。

2 上下同步逆作設(shè)計(jì)

2.1 上下同步逆作工況

1）裙樓區(qū)域土體開(kāi)挖至地下室頂板下約1 m，施工完成地下室頂板，主樓區(qū)域土體開(kāi)挖至地下室1層樓板下約1 m，施工完成主樓區(qū)域托梁及梁上剪力墻至地下室頂板。

圖2 基坑圍護(hù)剖面示意

2）裙樓區(qū)域土體開(kāi)挖至地下室1層樓板下約1 m，施工完成地下1層樓板，上部結(jié)構(gòu)完成3層樓板。

3）全部區(qū)域土體開(kāi)挖至地下室2層樓板下約1 m，施工完成地下2層樓板，同時(shí)上部結(jié)構(gòu)完成7層樓板。

4）全部區(qū)域土體開(kāi)挖至地下室底板，澆筑墊層施工底板，上部結(jié)構(gòu)全部完成。

2.2 立柱樁設(shè)計(jì)

逆作立柱分為格構(gòu)鋼柱和鋼管混凝土柱2種形式[2]。依據(jù)上下同步施工工況，最不利工況為大底板施工前，上部結(jié)構(gòu)封頂時(shí)的工況。依據(jù)DG/TJ 08-2113—2012《逆作法施工技術(shù)規(guī)程》，荷載考慮結(jié)構(gòu)自重、施工活荷載、水土壓力、風(fēng)荷載、地震荷載等。

依據(jù)《逆作法施工技術(shù)規(guī)程》和GB 50936—2014《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，經(jīng)計(jì)算，逆作立柱樁參數(shù)為：

1）裙樓區(qū)域立柱樁樁徑為8 0 0 m m（擴(kuò)大端1 200 mm），立柱規(guī)格為550 mm×550 mm、500 mm×500 mm、480 mm×480 mm，對(duì)應(yīng)的材料為4∠200 mm×18 mm、4∠180 mm×18 mm、4∠160 mm× 16 mm。

2）主樓區(qū)域立柱樁樁徑為1 200 mm，立柱規(guī)格分別為φ700 mm×22 mm、φ750 mm×22 mm鋼管，內(nèi)部灌入C60混凝土。

立柱樁充分利用工程樁，需與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)。考慮裙樓柱下工程樁直徑800 mm，持力層為第7層，單樁承載力不小于4 000 kN，主樓柱下工程樁直徑1 200 mm，持力層為第9層，單樁承載力不小于12 000 kN，滿足立柱樁承載力要求。

2.3 逆作B0梁板設(shè)計(jì)

B0梁板設(shè)計(jì)需要考慮行車(chē)路線、出土口位置、梁板加固、臨時(shí)支撐等。出土口設(shè)置考慮方便出土和行車(chē)取土，并盡量利用已有結(jié)構(gòu)洞口。上下同步要考慮在主樓周邊設(shè)置取土口（圖3）。圖3陰影區(qū)域?yàn)樾熊?chē)路線及施工作業(yè)區(qū)域，共設(shè)置20個(gè)出土口。

圖3 B0梁板行車(chē)區(qū)域及出土口布置

B0梁板開(kāi)口位置將根據(jù)水平梁板分析對(duì)主體結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行加強(qiáng)。對(duì)出土口位置設(shè)置臨時(shí)支撐和孔邊梁，中間大開(kāi)洞位置設(shè)置臨時(shí)混凝土支撐，孔邊梁結(jié)合結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行截面放大處理，待完成后鑿除。出土孔內(nèi)結(jié)構(gòu)待底板完成后逐層施工封閉。四周的梁板與地下連續(xù)墻冠梁相連接，在2個(gè)角部坡道位置采用臨時(shí)支撐傳力，在高低跨位置設(shè)置混凝土加腋?jìng)髁?jié)點(diǎn)。

2.4 上下同步托梁設(shè)計(jì)

在上下同步逆作法中，托梁作為一種與逆作立柱組合而成的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，共同支撐上部主體結(jié)構(gòu)。托梁在界面層沿剪力墻方向設(shè)置，在剪力墻下設(shè)置多根格構(gòu)鋼柱。增大原有結(jié)構(gòu)梁截面，形成托梁，包裹核心筒區(qū)域所有逆作法支撐柱，并拉通成為一個(gè)整體（圖4）[3-4]。

圖4 核心筒托梁示意

核心筒豎向格構(gòu)鋼柱截面400 mm×400 mm，最大間距6.6 m，剪力墻寬度為400 mm。托梁以原結(jié)構(gòu)梁截面為基礎(chǔ)，托梁寬度宜大于支承柱寬度400 mm。因梁高不宜小于支撐柱間跨度1/8，高度方向上底標(biāo)高不變，頂標(biāo)高提高。施工全過(guò)程的轉(zhuǎn)換梁最大負(fù)彎矩為1 598.7 kN·m，最大正彎矩為880.7 kN·m（圖5）。用同樣方法可計(jì)算出全工況下最大剪力為1 780 kN。依據(jù)《鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算，托梁尺寸分別為800 mm×1 400 mm、2 800 mm×1 200 mm、400 mm×1 200 mm。

3 上下同步逆作關(guān)鍵施工

3.1 一柱一樁高精度調(diào)垂技術(shù)

高精度調(diào)垂系統(tǒng)由2套設(shè)備組成，分別包括新型調(diào)垂盤(pán)和高精度調(diào)垂傾角儀監(jiān)測(cè)設(shè)備。

圖5 全工況下托梁彎矩趨勢(shì)

本工程逆作法豎向支承立柱一共有321根。針對(duì)工程當(dāng)中的豎向支承立柱的調(diào)垂精度，本節(jié)做了統(tǒng)計(jì)分析，垂直度＜1/300的占1%，＜1/500的占71%，＜1/1 000的占28%。

3.2 核心筒托換方案

當(dāng)上下同步逆作施工將建筑上下主體結(jié)構(gòu)施工完畢以后，需要對(duì)主樓區(qū)域支撐轉(zhuǎn)換梁的豎向格構(gòu)立柱進(jìn)行逐步拆除，從大底板往上建立豎向剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行托換。

1）主樓區(qū)域回筑施工豎向剪力墻結(jié)構(gòu)，施工范圍避開(kāi)格構(gòu)柱外邊200 mm〔圖6（a）〕。

2）豎向結(jié)構(gòu)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除邊墻4根格構(gòu)柱，地下2、3層結(jié)構(gòu)類(lèi)似，可同時(shí)施工〔圖6（b）〕。

3）補(bǔ)完上一步格構(gòu)柱割除位置的豎向剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)補(bǔ)充的豎向剪力墻結(jié)構(gòu)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再拆除角部4根格構(gòu)柱，地下2、3層結(jié)構(gòu)類(lèi)似，可同時(shí)施工〔圖6（c）〕。

4）補(bǔ)完上一步格構(gòu)柱割除位置的豎向剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)補(bǔ)充豎向剪力墻結(jié)構(gòu)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除其余6根格構(gòu)柱，地下2層、3層同時(shí)施工〔圖6（d）〕。

圖6 核心筒托換方案

5）補(bǔ)完上一步中格構(gòu)柱割除位置的豎向剪力墻結(jié)構(gòu)，地下2層、3層同時(shí)施工。當(dāng)補(bǔ)充豎向剪力墻結(jié)構(gòu)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，托換結(jié)束。

3.3 施工進(jìn)度

針對(duì)上下同步逆作的關(guān)鍵施工工況，合理安排工期，總工期為27個(gè)月。相比順作法，項(xiàng)目節(jié)約工期大約6個(gè)月。

3.4 信息化應(yīng)用

通過(guò)BIM信息化模型，對(duì)上下同步全過(guò)程施工工況進(jìn)行三維模擬，有利于指導(dǎo)施工（圖7）。將4D施工模擬與施工組織方案相結(jié)合，使各項(xiàng)工作的安排變得合理、有效。上下同步逆作法節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，如逆作立柱與梁板節(jié)點(diǎn)、逆作立柱與托換梁節(jié)點(diǎn)、喇叭口后澆筑節(jié)點(diǎn)等需要BIM精細(xì)化建模（圖8）。

圖7 三維施工BIM模擬

圖8 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)BIM模型

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合工程實(shí)踐，詳細(xì)闡述了上下同步逆作法設(shè)計(jì)和施工關(guān)鍵技術(shù)，其中立柱樁選項(xiàng)及設(shè)計(jì)、逆作B0梁板設(shè)計(jì)、托梁工況及設(shè)計(jì)、逆作立柱調(diào)垂工藝、核心筒剪力墻回筑技術(shù)、進(jìn)度控制等已形成了一套標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)和施工方法。由于采用上下同步逆作施工，相比順作法工期縮短了6個(gè)月，保證了迪士尼開(kāi)園前上部形象完成的進(jìn)度目標(biāo)。