基于逆作法的高層建筑基坑支護施工技術

摘要：針對傳統技術在高層建筑基坑支護施工中支護結構變形比較嚴重、變形量較大，提出基于逆作法的高層建筑基坑支護施工技術。首先采用分塊平衡對稱抽條開挖方法開展高層建筑基坑土方開挖施工，然后利用鉆孔機械與注漿機械對高層建筑基坑進行鉆孔和注漿施工，最后利用逆作法將高層建筑基坑支護節點進行連接，使高層建筑基坑支護立柱、腰梁和冠梁形成一個完整的三角形整體受力體系，以此完成高層建筑基坑支護施工。經實驗證明，應用新設計技術高層建筑基坑支護結構變形量小于傳統技術，更適用于高層建筑基坑支護施工。

關鍵詞：逆作法;高層建筑;基坑支護;腰梁;冠梁

0" "引言

高層建筑包括地上部分和地下部分，地下部分指的是高層建筑地下室，通常情況下高層建筑地下室由兩層組成，其具有空間大、高度深的特點，地下室是地下空間開發與利用的主要表現之一。基坑支護是地下空間進行開發與利用的過程中必不可少的一項施工技術，其主要作用是保證高層建筑地下施工過程中的安全與施工后高層建筑的結構穩定。

就目前而言，基坑支護施工與設計已經比較成熟，基坑支護施工技術也已經比較完善，但是，隨著高層建筑地下空間開發面積的不斷擴大，高層建筑基坑支護施工技術難度也在不斷加大。

這不僅要求高層建筑基坑支護施工要具有較高的施工效率，而且還要保證高層建筑基坑支護施工質量，施工后建筑結構以及支護結構不會發生橫向與垂直方向的位移和變形[1]。

目前，現有的施工技術在高層建筑基坑支護的實際應用中，結構受力仍然缺乏均衡性，最大承載力小于載荷，不能有效滿足高層建筑基坑支護的要求。支護結構容易發生變形現象，且變形量也比較大。為此本文提出基于逆作法的高層建筑基坑支護施工技術研究。

1" "高層建筑基坑支護施工

1.1" "高層建筑基坑開挖

高層建筑基坑支護施工的首要施工步驟是基坑開挖，根據高層建筑基坑支護施工的需求，某工程采用分塊平衡對稱抽條開挖的方法。

這種施工方法可以在一定程度上控制高層建筑基坑出現變形的現象，同時還可以有效減少開挖施工量。分塊平衡對稱抽條開挖施工可以分為3次，其施工過程主要包括以下幾個方面：

為了減少土方開挖對已經完成的高層建筑地基以及周圍地質環境的不利影響，同時減少對高層建筑基坑支護結構的側壓力，高層建筑基地第一次土方開挖采用卸載開挖方式施工。

卸載開挖方式所涉及的施工內容主要包括挖土、運土、卸土。開挖盆頂標高為基坑標高的1/15，盆地標高不能超過盆頂標高的2倍，盆頂標高和盆地標高的設定需要根據實際情況來確定[2]。開挖過程中，盆邊要預留8.5～10.5m寬土體，按照1：2放坡開挖。

第二次高層建筑基坑土方開挖的盆頂標高，要比第一次的多5～7m，并且盆地標高也要比第一次的多8～10m。開挖過程中，盆邊也要預留8.5～10.5m寬土體，放坡比例需與第一次相同。

第三次高層建筑基坑土方開挖的盆頂標高，需要要比第二次的多2～3m。盆地標高為高層建筑基坑基地的標高，開挖過程中盆邊預留土體寬度和放坡比例，與前兩次需要保持一致，并且保持不變。

3次土方開挖施工均采用挖土機設備，作為高層建筑基坑土方開挖機械設備。采取抽條開挖的方式，對高層建筑基坑邊坡土方開挖。抽條開挖是當高層建筑基坑中部底板達到一定的強度之后，將整個高層建筑基坑土方均勻分成5份。

每個挖土點按照25m的距離，間隔開挖高層建筑邊坡土方，并且每部分必須要在24h內完成開挖施工。開挖的時間如果過長，會極大地影響高層建筑基坑變形。最后使用抓斗裝車將挖出的土料運輸到指定地點，并完成卸土施工的任務。

1.2" "高層建筑基坑鉆孔及注漿

在完成基坑土方開挖施工之后，進入高層建筑基坑鉆孔機注漿施工階段。在鉆孔及注漿施工之前，需要按照高層建筑基坑支護的設計方案，對支護結構進行制作。支護結構材料需要采用直徑為50mm、厚度為5.5mm的鋼管。

在鋼管的一端設置出漿孔。漿孔的直徑范圍需要在100～150mm之間，漿孔不能過大也不能過小。漿孔過大會增加水泥砂漿下沉的速度，而且對高層建筑基坑也會產生一個額外的重力。漿孔過小會影響高層建筑基坑支護施工的效率。

漿孔直徑要始終保持一定的長度，并且在鋼管有漿孔的一端焊接漿管和攪拌葉片。漿管的作用是使水泥砂漿導入到鉆孔的底部，攪拌葉片的作用是在注漿的過程中將水泥砂漿內的氣泡排出去，降低基坑支護樁的空隙率[3]。

使用專用鉆孔設備在高層建筑基坑底部進行鉆孔，鉆孔參數需要根據高層建筑基坑支護設計。根據高層建筑基坑支護設計，確定鉆孔的孔位、孔徑以及鉆進角度。將鉆孔設備的鉆進速度控制在0.75～1.25m/min之間，鉆頭旋轉的速度需要控制在55～75r/min之間。

鉆孔設備鉆進的過程中需要進行注漿施工，也就是鉆孔與注漿施工要同步進行，以保證高層建筑基坑支護施工的效率。將制作好的高層建筑基坑支護鋼管插入到鉆孔內，并且按照水灰比為0.45調制的水泥砂漿，注入到支護鋼管內。

為了保證高層建筑基坑支護注漿量均勻，當鉆孔設備的鉆頭達到事先設計好的深度時，將鉆孔設備的旋轉葉片按照反方向旋轉，并將可變徑葉片最大程度張開，通過不斷改變鉆孔設備的鉆孔方向，將高層建筑基坑鉆孔形成糖葫蘆形狀。這樣注漿之后的基坑支護樁，就會變成一個糖葫蘆形狀的水泥圓柱體，有利于增加高層建筑基坑支護的承載力。

1.3" "基于逆作法的節點連接施工

在上述基礎上，采用逆作法對高層建筑基坑支護節點進行連接，其施工過程主要包括以下幾點。

首先進行逆作結構施工縫處理。考慮到高層建筑基坑支護結構的防水和抗剪性能，利用止水鋼板和遇水膨脹條將高層建筑基坑支護結構梁與預留槽鋼連接起來[4]。

然后對高層建筑基坑支護結構的梁柱節點鋼筋進行處理。由于高層建筑基坑支護結構的梁柱節點比較密集，并且梁柱主筋硬度較高，在對其進行連接的過程中，很難穿越支護結構一柱一樁格構柱部位。因此，在高層建筑基坑支護格構柱上采用雙面焊點焊的方式，對結構上的過渡鋼板、梁主筋以及鋼板進加焊施工，以此將高層建筑基坑支護梁柱節點進行加固連接[5]。

最后，對高層建筑基坑支護豎向構件進行混凝土施工。施工過程中需要分兩次逆作支模：第一次逆作支模高度需要在3.5～4.5m之間，以便于高層建筑基坑支護格構柱振搗混凝土[6]。第二次逆作支模的距離為第一次逆作支模頂端到支護頂端，通過兩次逆作支模，將高層建筑基坑支護豎向構件用混凝土連接在一起。

通過以上逆作施工，將高層建筑基坑支護結構的橫向構件與豎向構件進行相互連接，形成一個相對穩定的支護整體，通過這種方式即可完成基于逆作法的高層建筑基坑支護施工。

2" "實驗論證分析

實驗以某高層建筑基坑為實驗環境，該高層建筑基坑面積為2364.15m2，基坑高度為1264.25m。利用此次設計技術與傳統技術對該高層建筑基坑進行支護施工。該高層建筑基坑土層物理學參數如表1所示。

根據該高層建筑基坑土層物理情況，將土方開挖施工中第一次盆頂標高設定為8.5m，盆地標高設定為15.5m;第二次盆頂標高設定為13.5m，盆地標高設定為23.5m;第三次盆頂標高設定為15.5m，盆地標高設定為25.5m。

開挖過程中盆邊土體預留厚度為9.3m。鉆孔設備采用的是SHIFA-SA26F型鉆孔機，鉆機鉆進速度為0.95m/min，鉆頭旋轉速度為65r/min，鉆孔的數量為56個。注漿設備為ASHUDA/5ASD6型注漿機，注漿的速度為3.16m/min，注漿的總量為18.45t。

逆作施工中連接的支護梁柱節點數量為345個，整個支護施工的時間為23天。在支護施工完成的第60天以后，需要利用變形測量器，對高層建筑基坑支護變形的實際情況進行測量。支護樁數量為85根，隨機抽選7根支護樁作為實驗對象，其變形情況如表2所示。

從表2中數據分析，可以得出以下結論：應用此次設計技術開展高層建筑基坑支護施工，支護結構最大變形量為0.06°，最小變形量僅為0.01°，小于該高層建筑基坑支護最大變形限值。而應用傳統技術開展高層建筑基坑支護施工，支護結構最大變形量為6.26°，遠遠高于設計技術和最大變形限值。

分析認為，因為此次設計技術應用逆作法對支護節點進行連接，使高層建筑基坑支護立柱、腰梁和冠梁形成一個完整的三角形整體受力體系，在一定程度上，提高了基坑支護結構的抗壓強度以及抗彎強度，從而使基坑支護結構不容易出現變形的現象。實驗結果證明，此次設計施工技術能夠有效保證高層建筑基坑支護施工的質量，減小高層建筑基坑支護的變形問題，相比較傳統技術更適用于高層建筑基坑支護施工。

3" "結語

針對傳統高層建筑基坑支護施工技術存在的問題，考慮到高層建筑基坑支護穩定性和牢固性，以逆作法作為理論依據，筆者設計一種新的高層建筑基坑支護施工技術。本文對于提高高層建筑基坑支護施工的質量，推廣逆作法在基坑支護中的有效應用，都具有良好的現實意義。

參考文獻

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[2] 余莉，蔣宗鑫，閆名卉，等.風化砂巖地區超高層建筑基坑開挖的力學特征[J].河北大學學報（自然科學版），2020，40（5）：461-468.

[3] 陳銀波，蘇恒強，陳星，等.地下空間新型逆作法關鍵技術的聯合應用[J].建筑結構，2020，50（16）：45-51+20.

[4] 張鳳莉.淺埋地下快速通道逆作法一樁一柱高精度調垂關鍵技術研究與應用[J].城市道橋與防洪，2020（6）：186-188+23-24.

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