臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)在逆作法工程中的應(yīng)用實(shí)例分析

余波江 ，錢禮平 ，陳衛(wèi)東

（安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院，安徽 合肥 230001）

0 前言

在逆作法的深基坑工程中除常采用“兩墻合一”的地下連續(xù)墻作為主體兼作圍護(hù)結(jié)構(gòu)的情況外，也可以采用臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為圍護(hù)體；臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括：鉆孔灌注樁（或結(jié)合止水帷幕）、型鋼水泥土攪拌墻以及咬合樁等。采用臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)的逆作法工程主要有以下特點(diǎn)：

①在滿足變形控制的前提下，可根據(jù)計算需要靈活調(diào)整圍護(hù)體的截面尺寸厚度，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的設(shè)計；

②當(dāng)主體地下室的輪廓形狀不規(guī)則時，采用臨時圍護(hù)體可根據(jù)具體位置進(jìn)行改變調(diào)整圍護(hù)體的輪廓以減少圍護(hù)體的工程量；

③在開挖深度不深的基坑工程中，采用臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)可以提高圍護(hù)體的經(jīng)濟(jì)性；

④在需要分區(qū)施工的基坑工程中，采用臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為隔斷，減少工程量的同時也方便后期圍護(hù)樁的鑿除。

基于以上特點(diǎn)，周邊臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合坑內(nèi)水平梁板體系代替支撐的逆作法設(shè)計一般適用于面積較大、地下室不超過3層、開挖深度小于16m的深基坑工程。本文結(jié)合某大型深基坑工程實(shí)例，介紹該工程的關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用情況，反映出臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)在逆作法工程中應(yīng)用的主要特點(diǎn)，并且采用有限元法和現(xiàn)場變形監(jiān)測手段，通過數(shù)值模擬與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方法，獲得基坑周圍臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)在逆作法施工過程中的變形響應(yīng)特征規(guī)律，評價該基坑采用臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的合理性，力求為類似逆作法深基坑工程的設(shè)計和施工提供技術(shù)參考。

1 項(xiàng)目概況

某大型深基坑工程位于城市中心地段，地下3層，開挖深度約16m，開挖面積近2萬m2，地上辦公樓21層、酒店23層、裙房5層。基坑與東北角6～8層煤監(jiān)局辦公樓凈距約20m，與西南角25層眾悅廣場最近處15m。經(jīng)反復(fù)論證，確定了“兩層逆作，上下同步”的施工方案，采用排樁作為臨時圍護(hù)，其周邊環(huán)境情況總平面圖如圖1所示。

圖1 周邊環(huán)境情況總平面圖

該場地地貌單元屬波狀平原，微地貌單元為二級階地；場地內(nèi)地下水較貧乏，主要為素填土中賦存的上層滯水及基巖中的承壓水，其土層性質(zhì)如表1所示。

基坑開挖土層性質(zhì) 表1

2 關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

2.1 “兩層逆作，上下同步”

結(jié)合現(xiàn)場條件和業(yè)主需求，對該項(xiàng)目采取“兩層逆作，上下同步”的施工方案。具體如下：臨時圍護(hù)排樁和角鋼格構(gòu)柱施工完畢后，負(fù)一層土方先行開挖，順作負(fù)一層結(jié)構(gòu)和負(fù)二層頂板結(jié)構(gòu)；再開挖負(fù)二層土方，逆作負(fù)二層底板結(jié)構(gòu)，同步順作地上一層結(jié)構(gòu)；最后開挖負(fù)三層土方，逆作底板及基礎(chǔ)。

負(fù)一層土方先行開挖避免了全逆作蓋挖取土效率低和出土慢的缺點(diǎn)，既降低了成本、又加快了進(jìn)度；地下二層和地上一層結(jié)構(gòu)同步施工，也為項(xiàng)目施工縮短了工期，滿足了業(yè)主提前預(yù)售的需求。

另外，“兩層逆作”以永久樓蓋結(jié)構(gòu)代替臨時內(nèi)支撐，免去拆撐、換撐，節(jié)約成本，保護(hù)環(huán)境。

2.2 臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的連接

采用臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)的逆作法基坑工程中，其構(gòu)造措施主要是針對臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)與水平結(jié)構(gòu)梁板之間的水平傳力體系。

臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)之間必須設(shè)置可靠的水平傳力支撐體系，該支撐體系的設(shè)計至關(guān)重要。水平傳力支撐一般可采用鋼支撐、混凝土支撐或型鋼混凝土組合支撐等形式，在滿足剛度要求的前提下，該支撐結(jié)構(gòu)的布置比較靈活，一般應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：①逆作法實(shí)施時內(nèi)部結(jié)構(gòu)周邊一般應(yīng)設(shè)置通長閉合的邊環(huán)梁；②水平支撐形式和間距可根據(jù)支撐剛度和變形控制要求進(jìn)行計算確定，一般應(yīng)遵循水平支撐中心對應(yīng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)梁中心的原則；③在支撐剛度滿足的情況下，盡量采用型鋼構(gòu)件作為水平傳力體系；④當(dāng)對水平支撐的剛度要求較高，或主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大面積缺失時，也可以采用混凝土支撐作為水平傳力構(gòu)件。

圖2 臨時圍護(hù)體與結(jié)構(gòu)連接平面圖

圖3 臨時圍護(hù)體與結(jié)構(gòu)連接剖面圖

圖2、圖3是本工程實(shí)例中采用臨時圍護(hù)排樁與主體水平結(jié)構(gòu)連接的局部平面圖和剖面圖。采用混凝土支撐作為水平傳力構(gòu)件，考慮到外墻防水的需要，后期采用分段間隔拆除臨時水平支撐，分段澆注結(jié)構(gòu)外墻的方式進(jìn)行，避免混凝土支撐穿越地下室外墻留下二次澆注的滲水通道。

2.3 角鋼格構(gòu)柱與梁的連接

角鋼格構(gòu)柱一般由4根等邊的角鋼和綴板拼接而成，角鋼的肢寬以及綴板會阻礙梁主筋的穿越，根據(jù)梁截面寬度、主筋直徑以及數(shù)量等情況，梁柱連接節(jié)點(diǎn)一般有鉆孔鋼筋連接法、傳力鋼板法和梁側(cè)加腋法。

圖4 角鋼格構(gòu)柱大樣

圖5 角鋼格構(gòu)柱與梁連接平面圖

本工程實(shí)例中采用角鋼格構(gòu)柱作為支撐立柱，如圖4所示；梁柱連接節(jié)點(diǎn)采用鉆孔鋼筋連接法，如圖5所示。該方法在框架梁寬度小、主筋直徑較小以及數(shù)量較少的情況下適用，但由于在角鋼格構(gòu)柱上鉆孔對逆作階段豎向支撐鋼立柱有截面損傷的不利影響，因此應(yīng)用該法時通過了嚴(yán)格計算，確保截面損失后的角鋼格構(gòu)柱截面承載力滿足設(shè)計要求，必要時還采取了增加補(bǔ)強(qiáng)角鋼的加強(qiáng)措施。

3 整體性能與安全評價

3.1 計算模型的建立

本工程采用理正深基坑計算軟件進(jìn)行剖面和整體的綜合分析，其計算的土層參數(shù)選取如表2所示。

計算土層參數(shù) 表2

臨時圍護(hù)樁采用直徑900mm、中心間距1600mm的鉆孔灌注樁，坡頂超載為20kN/m2，已有建筑物荷載按每層15kN/m2輸入計算，其工況信息如表3所示。

工況信息 表3

3.2 計算模擬與實(shí)測結(jié)果分析

根據(jù)模擬計算結(jié)果，可以得出工況7開挖模擬完畢后，臨時圍護(hù)樁水平位移云圖如圖6所示，并提取具有特征點(diǎn)位置的臨時圍護(hù)樁樁頂水平位移的模擬值和實(shí)測值進(jìn)行對比分析，如表4所示。

圖6 臨時圍護(hù)樁水平位移云圖

具有特征點(diǎn)位置的臨時圍護(hù)樁樁頂水平位移的模擬值和實(shí)測值對比（單位：mm） 表4

從表4中可以得出，各特征點(diǎn)位置的臨時圍護(hù)樁樁頂水平位移的模擬值和實(shí)測值比較接近，表明計算模擬較為準(zhǔn)確。Ⅰ區(qū)東側(cè)、Ⅱ區(qū)東側(cè)為已有建筑物一側(cè)，位移值約為22mm，略大于其他無建筑物一側(cè)。

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果和模擬計算結(jié)果，繪制圍護(hù)樁隨深度變化的曲線，如圖7所示。從圖7中可以看出，模擬曲線與實(shí)測曲線走勢基本一致，大約在5m深位置均達(dá)到最大值；結(jié)合圖6和圖7分析，計算模擬達(dá)到最大值約為24mm，實(shí)測最大值約為25mm，數(shù)值相近且均小于其警戒值30mm，滿足規(guī)范要求。

圖7 圍護(hù)樁水平位移隨深度變化曲線

圖8 樁頂水平位移隨時間變化曲線

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)的監(jiān)測結(jié)果，經(jīng)提取特征點(diǎn)繪制出圍護(hù)樁樁頂位移隨時間變化的曲線，如圖8所示。從圖8中可以得出，樁頂水平位移最大增長速率約為0.1mm/d，平均增長速率約為0.05mm/d，遠(yuǎn)小于其警戒值3mm/d；樁頂最大累積水平位移約為20mm，小于其警戒值25mm，滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

①在采用臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)的逆作法深基坑工程中，以臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)代替地下連續(xù)墻，可起到降低施工難度、節(jié)約工期和降低成本的效果，獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

②在關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)方面，需通過嚴(yán)格的計算，保證整個逆作支護(hù)體系的水平力和豎向力的有效傳遞。上下同步施工技術(shù)的應(yīng)用，可有效節(jié)約工期，提前施工地上結(jié)構(gòu)，以盡早達(dá)到商業(yè)預(yù)售的目標(biāo)。

③模擬值與實(shí)測值分析的結(jié)果表明，該深基坑工程采用臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，而引起排樁的樁頂水平位移、深層水平位移以及其增長速率的大小均小于規(guī)范規(guī)定的警戒值。因此，該逆作法基坑采用臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)的方案是合理可行的，可為類似工程的設(shè)計和施工提供借鑒。

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