蓋挖逆作法豎向支撐體系分析

孫久暉

摘 要：在地下建筑工程中，逆作法技術(shù)廣泛使用，但在工程計(jì)算和工程施工中還有很多問題亟待解決。本文分析了地下建筑蓋挖逆作法工程豎向構(gòu)件與臨時(shí)支撐體系的傳載方式和傳載構(gòu)件，并對(duì)豎向支撐系統(tǒng)進(jìn)行了分析，得出了豎向支承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。

關(guān)鍵詞：蓋挖逆作法；臨時(shí)支撐；豎向構(gòu)件；復(fù)合樁柱

中圖分類號(hào)：TU47 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

地下空間往往是在現(xiàn)有的建筑物之間的道路下方進(jìn)行，周圍建筑物、地下管線等復(fù)雜場(chǎng)地條件，對(duì)基坑支護(hù)、施工組織要求愈發(fā)嚴(yán)格，地下工程逆作法施工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，蓋挖逆作法特殊的施工工藝需要主體豎向構(gòu)件與施工臨時(shí)支撐密切配合、協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，因此需要恰當(dāng)設(shè)置臨時(shí)豎向支撐系統(tǒng)。

1 工程豎向構(gòu)件與臨時(shí)支撐體系

1.1 傳載方式

蓋挖逆作法頂板完成后，頂板以上恢復(fù)室外地面或路面，施工頂板以下逆作構(gòu)件時(shí)，頂板以上荷載經(jīng)由側(cè)墻、柱向下傳遞，而垂直受力構(gòu)件的剎肩是施工過程中豎向傳力的斷點(diǎn)（或僅能部分傳力），這時(shí)需要在側(cè)墻、柱附近適當(dāng)設(shè)置臨時(shí)豎向支護(hù)承擔(dān)頂板荷載。

1.2 外墻臨時(shí)支護(hù)

外墻臨時(shí)支護(hù)一般與圍護(hù)樁結(jié)合，在圍護(hù)樁頂設(shè)置冠梁，工程頂板延伸進(jìn)入冠梁，圍護(hù)樁即成為施工期間代替?zhèn)葔Τ蔀樨Q向支撐。

1.3 工程柱處臨時(shí)支護(hù)

支撐柱處臨時(shí)支護(hù)相對(duì)復(fù)雜，當(dāng)支撐柱為鋼筋混凝土柱時(shí)，常采用樁的施工工藝完成柱的施工，并且工程竣工后，底板以上部分樁即為工程主體的支撐柱，如底板以下仍有樁體則為工程的永久樁基礎(chǔ)；當(dāng)采用鋼管混凝土柱或型鋼混凝土柱時(shí)，柱下一般采用人工挖孔等樁基礎(chǔ)。在該挖逆作法中工程支撐柱及其下樁基礎(chǔ)，本文并稱為“復(fù)合樁柱”。

蓋挖逆作法按照施工過程中復(fù)合樁柱豎向支護(hù)能力的大小，分為完全復(fù)合樁柱作用的蓋挖逆作法、無復(fù)合樁柱作用的蓋挖逆作法、部分復(fù)合樁柱作用的蓋挖逆作法。

2 豎向支承系統(tǒng)分析

逆作法中豎向構(gòu)件的設(shè)計(jì)，應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，滿足在基礎(chǔ)底板完成前上部結(jié)構(gòu)的施工層數(shù)要求。在基礎(chǔ)底板尚未形成前，豎向構(gòu)件均為單獨(dú)受荷。蓋挖逆作法工程復(fù)合樁柱與圍護(hù)結(jié)構(gòu)同期施工。逆作法施工期間，有一段時(shí)間內(nèi)基礎(chǔ)、筏板或底板還未澆筑，此時(shí)由復(fù)合樁柱和中間豎向臨時(shí)支撐構(gòu)件，一起承擔(dān)豎向的結(jié)構(gòu)自重與施工臨時(shí)荷載。基礎(chǔ)、筏板或底板澆筑完成達(dá)到強(qiáng)度后，撤除臨時(shí)支撐，復(fù)合樁柱進(jìn)入永久工程受力狀態(tài)。如果工程復(fù)合樁柱無法承受施工期臨時(shí)承載要求，可在承重墻體設(shè)置暗柱作為豎向支承，或選取適當(dāng)位置布置臨時(shí)支承，并在主體完成后拆除。

3 豎向支承系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

豎向支承體系的設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)遵循以下原則：（1）豎向支承體系的平面布置，應(yīng)以工程復(fù)合樁柱布置為基礎(chǔ)，按復(fù)合樁柱的承載能力與荷載分布及大小，布置臨時(shí)豎向支撐。（2）復(fù)合樁柱一般采用“一柱一樁”的復(fù)合樁柱形式，條件允許時(shí)也可采用“一柱多樁”的形式，盡量減少臨時(shí)豎向支撐。（3）復(fù)合樁柱應(yīng)滿足施工和工程使用階段的承載能力和正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算，臨時(shí)支撐構(gòu)件僅需滿足施工階段的驗(yàn)算。（4）當(dāng)不考慮工程外墻作為臨時(shí)支撐時(shí)，應(yīng)考慮將各層樓板與圍護(hù)結(jié)構(gòu)連接，并應(yīng)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)的豎向承受能力。（5）應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)及工程環(huán)境，合理選擇復(fù)合樁柱形式，提高復(fù)合樁柱施工期間的承載能力，還要注意復(fù)合樁柱與水平構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)連接，做到設(shè)計(jì)合理、施工方便。

4 豎向支承構(gòu)件——柱、樁設(shè)計(jì)

蓋挖逆作法工程中，目前常用的中間支承柱的結(jié)構(gòu)形式主要采用鋼筋混凝土復(fù)合樁柱結(jié)構(gòu)（一般采用鉆孔灌注樁）、鋼管混凝土復(fù)合樁柱或鋼管混凝土柱+鋼筋混凝土樁形式、型鋼混凝土復(fù)合樁柱，較少采用無復(fù)合樁柱。

4.1 鋼筋混凝土復(fù)合樁柱結(jié)構(gòu)

蓋挖逆作法工程中，鋼筋混凝土復(fù)合樁柱結(jié)構(gòu)就是在未開挖基坑前，以鉆孔灌注樁的工藝，施工至頂板頂標(biāo)高，首層頂板以下各層土方開挖，高出底板的部分作為結(jié)構(gòu)柱使用，底板以下部分作為單樁使用的結(jié)構(gòu)形式。（1）當(dāng)開挖范圍內(nèi)無地下水時(shí)，可以采用干作業(yè)鉆孔灌注樁，并采用傳統(tǒng)逆作法形式預(yù)留灌砂剎肩。（2）當(dāng)開挖范圍內(nèi)有地下水且水位較高時(shí)，可以采用鉆孔壓灌超流態(tài)混凝土樁，但柱、板剎肩處應(yīng)按照新舊混凝土結(jié)合面特殊處理。

鋼筋混凝土復(fù)合樁柱結(jié)構(gòu)底板以下部分作為單樁，施工期間作為臨時(shí)豎向支撐構(gòu)件，與其他支護(hù)構(gòu)件共同發(fā)揮支護(hù)作用，當(dāng)工程投入使用時(shí)，底板以下單樁與底板或筏板共同作為基礎(chǔ)協(xié)同工作，計(jì)算可參考《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，并應(yīng)嚴(yán)格按照《地下建筑工程逆作法技術(shù)規(guī)程》工藝施工。

4.2 鋼管混凝土柱

蓋挖逆作法工程中，可采用鋼管混凝土復(fù)合樁柱或鋼管混凝土柱+鋼筋混凝土樁形式。鋼管混凝土柱承載力高、施工簡(jiǎn)便，鋼管混凝土柱在結(jié)構(gòu)逆作完后可直接作為結(jié)構(gòu)柱或再外包混凝土形成結(jié)構(gòu)柱，但工程造價(jià)較鋼筋混凝土復(fù)合樁柱方案高，而且鋼管混凝土柱施工偏差過大時(shí)，后期較難處理。

當(dāng)?shù)装逡韵虏糠质褂娩摴茏鳛閱螛稌r(shí)，可采用機(jī)械壓入鋼管，施工速度快、工期短、節(jié)點(diǎn)少，不受地下水影響。施工期間鋼管樁作為臨時(shí)豎向支撐構(gòu)件，與其他支護(hù)構(gòu)件共同發(fā)揮支護(hù)作用，單樁的承載能力可按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》計(jì)算；當(dāng)工程完工投入使用時(shí)，底板以下單樁與底板或筏板共同作為基礎(chǔ)協(xié)同工作，計(jì)算可參考《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，按考慮承臺(tái)效應(yīng)的復(fù)合基樁計(jì)算豎向承載能力，并按單樁計(jì)算其抗拔能力。

當(dāng)?shù)装逡韵虏糠质褂娩摻罨炷羻螛稌r(shí)，可以采用人工挖孔方式。本方案施工簡(jiǎn)便、施工機(jī)具簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境的影響少、施工質(zhì)量高、施工成本低、樁的承載能力高，但施工速度慢、節(jié)點(diǎn)多、安全性差，所以本方案在實(shí)際蓋挖逆作法地下工程中比較受限。

4.3 型鋼混凝土柱

型鋼混凝土柱構(gòu)造簡(jiǎn)單、承載力高、便于加工、施工機(jī)具簡(jiǎn)單、施工簡(jiǎn)便、對(duì)環(huán)境的影響少、施工質(zhì)量高、施工成本低但材料成本較高，一般使用H型鋼或十字形鋼，在框架剪力墻的結(jié)構(gòu)中比較常見。因其特殊工藝型鋼鋼筋混凝土能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)：（1）頂板以上路面可以快速恢復(fù)。型鋼可以采用機(jī)械壓入，施工速度快、工期短，頂板可以快速形成。（2）地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。除礫石、巖石等極硬地質(zhì)和淤泥等極軟地質(zhì)不適用，其他大部分地質(zhì)條件均可以使用，并不受地下水影響。（3）無特殊處理的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)。工程內(nèi)部逆作施工時(shí)，型鋼柱外包混凝土可以和梁、板等水平構(gòu)件整體澆筑，無新舊混凝土黏結(jié)面處理問題。

5 結(jié)論和建議

對(duì)于蓋挖逆作法的地下建筑，在以復(fù)合樁柱為施工臨時(shí)中間支承的逆作法施工中，豎向力的傳遞是通過墻、柱來傳遞豎向荷載，施工臨時(shí)豎向支撐應(yīng)該與工程豎向支撐系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。本文對(duì)豎向支撐系統(tǒng)進(jìn)行分析，得出了豎向支承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，給出了豎向支承構(gòu)件（柱、樁），作為工程柱及臨時(shí)支撐構(gòu)件的統(tǒng)一計(jì)算方法、原則，可以作為設(shè)計(jì)施工的借鑒。剎肩節(jié)點(diǎn)是施工設(shè)計(jì)與主體設(shè)計(jì)的交接點(diǎn)，容易被忽略，因篇幅所限，本文未能逐一論述，還有待大家進(jìn)一步地進(jìn)行深入研究。

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