逆作施工核心筒順作法施工技術(shù)

張 斌 曹小林 胡瓊飛 周 鵬

中國(guó)核工業(yè)華興建設(shè)有限公司 江蘇 南京 210019

逆作法在大城市高層建筑及深基坑工程中的應(yīng)用相對(duì)廣泛，特別是對(duì)地基軟土層厚或3層及以上的地下室逆作法施工，優(yōu)越性尤為明顯[1-4]。逆作法在地下室1層的頂板結(jié)構(gòu)澆筑完畢后，就可以在地下結(jié)構(gòu)逐層向下施工的同時(shí)，可以自地面開始向上逐層施工主體結(jié)構(gòu)，形成地面地下同時(shí)施工的局面，但在地下底板未封底并達(dá)到強(qiáng)度之前，地上結(jié)構(gòu)允許施工的高度要經(jīng)計(jì)算確定。

當(dāng)前逆作法施工工程，主體結(jié)構(gòu)核心筒的施工一般采用2種施工方法。第1種方法為主體結(jié)構(gòu)核心筒剪力墻設(shè)置在B0板托梁上，托梁底部設(shè)置立柱樁，后續(xù)上部主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)核心筒同步施工；第2種方法為主體結(jié)構(gòu)核心筒在B0板上設(shè)置預(yù)留洞口，為保證結(jié)構(gòu)傳力安全，在洞口四周設(shè)置角撐和洞口邊梁進(jìn)行加固，主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)核心筒部位均不施工，用作下料口。當(dāng)前對(duì)逆作法施工的研究，均集中在逆作法關(guān)鍵技術(shù)和逆作法應(yīng)用的研究，對(duì)逆作法核心筒施工方法的研究目前甚少，查閱相關(guān)文獻(xiàn)基本沒有單獨(dú)的研究。本文通過(guò)工程實(shí)例對(duì)核心筒的2種施工方法進(jìn)行系統(tǒng)研究，對(duì)比其經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性、施工難易性和工期貢獻(xiàn)性，為后續(xù)逆作法施工項(xiàng)目核心筒的施工方法提供參考。

1 工程概況

1.1 建筑概況

南京正榮G64項(xiàng)目B地塊工程位于南京市建鄴區(qū)河西奧南板塊，東至吳侯街，南至江東南路。本項(xiàng)目包括1棟商業(yè)樓、4棟塔樓和1棟綠建展館，并下設(shè)3層整體地下室。總建筑面積為29.8萬(wàn) m2，其中地上面積為19.4萬(wàn) m2，地下建筑面積為10.4萬(wàn) m2，如圖1所示。

圖1 施工效果圖

1.2 基坑支護(hù)概況

本工程基坑面積約35 690 m2，基坑周長(zhǎng)約763 m，北側(cè)2棟塔樓采用全逆作法施工。順作區(qū)基坑采用鉆孔灌注樁內(nèi)加3道鋼筋混凝土水平支撐，支撐形式為對(duì)撐、角撐和邊桁架體系。基坑北側(cè)A、B、C、D段采用地下連續(xù)墻作為止水帷幕；其余區(qū)域支護(hù)樁外采用700 mm厚TRD工法水泥土墻作為止水帷幕。逆作區(qū)與順作區(qū)分界處采用φ650 mm@900 mm三軸攪拌樁作為止水帷幕，見圖2。

圖2 基坑支護(hù)

1.3 周邊環(huán)境

本工程基坑周邊環(huán)境條件較為復(fù)雜，場(chǎng)地北側(cè)為A地塊在建高層住宅樓，距基坑邊線最近為20.0 m。場(chǎng)地南側(cè)緊鄰江東南路北側(cè)綠化帶，江東南路中央為有軌電車吳侯街站。南半幅道路下方為地鐵S3號(hào)線吳侯街站，車站主體距離基坑邊線約70.0 m，車站北側(cè)出入口距離基坑邊線約15.0 m；基坑邊界與有軌電車軌道最近距離為60.0 m；另外，道路及綠化帶內(nèi)分布有多條管道及電纜線，且分布有地下管廊。場(chǎng)地西側(cè)緊鄰規(guī)劃道路（路幅寬約20.0 m），道路對(duì)面為金地中心在建項(xiàng)目，下設(shè)3層地下室。場(chǎng)地東側(cè)為吳侯街，最近處距離基坑邊界為12.0 m。

2 核心筒順作法施工

2.1 洞口預(yù)留設(shè)計(jì)

核心筒順作法施工是指在逆作法施工階段中，主體結(jié)構(gòu)核心筒在逆作地下施工階段設(shè)計(jì)為預(yù)留洞口，用于下料口或取土口，待底板施工完成后，再將核心筒從底板部位順作至上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)留層，隨后再按照正常施工工序進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工。

由于采用核心筒順作法施工，核心筒部位為預(yù)留孔洞，為保證基坑土體側(cè)壓力的傳遞，將基坑變形控制在有效數(shù)值范圍內(nèi)，地下室核心筒預(yù)留洞口部位需采取加固措施。通常情況下，可采取對(duì)各樓層板洞口部位的邊梁加寬并增加截面配筋率、洞口邊梁設(shè)置為加腋梁、洞口4個(gè)角部設(shè)置加腋板、洞口角部設(shè)置支撐梁等技術(shù)措施。該部分加固在后續(xù)進(jìn)行封板施工時(shí)應(yīng)破除。

對(duì)于地上結(jié)構(gòu)核心筒部位，由于不受土體側(cè)壓力等水平作用力，可按照正常預(yù)留洞口進(jìn)行施工。對(duì)于相交接部位，梁板鋼筋在洞口部位斷開，外露長(zhǎng)度為500 mm，后續(xù)封板施工采取搭接或者焊接連接。針對(duì)本工程采取的加固措施主要為邊梁（BL02）加寬至700 mm并增加梁配筋、角部設(shè)置550 mm×600 mm支撐梁（ZCL1），見圖3。

圖3 核心筒順作法地下室核心筒預(yù)留孔洞加固

2.2 施工階段工況

核心筒順作法施工工況（圖4）如下：

圖4 核心筒順作法施工工況

工況1：樁基及支護(hù)施工階段，按照設(shè)計(jì)文件要求先后完成地下連續(xù)墻、支護(hù)樁、一柱一樁、抗拔樁等施工。其中，地下連續(xù)墻和一柱一樁施工為逆作法施工關(guān)鍵技術(shù)，其質(zhì)量好壞對(duì)逆作法起到關(guān)鍵作用。

地下連續(xù)墻既作為支護(hù)結(jié)構(gòu)又作為地下室的外墻，其平整度控制、垂直度控制和地下防滲漏控制尤為關(guān)鍵。“兩墻合一”的地下連續(xù)墻對(duì)墻面的平整度要求也比常規(guī)地下連續(xù)墻要高，其平整度的首要影響因素是泥漿護(hù)壁效果，因此可根據(jù)實(shí)際成槽的施工情況，調(diào)整泥漿密度，一般控制在1.18 g/cm3左右。地下連續(xù)墻接頭形式必須選擇防滲性能較好和結(jié)構(gòu)受力好的接頭形式，優(yōu)先選用防水性能較好的剛性接頭，接頭處設(shè)置扶壁柱以及在接頭處采用高壓噴射注漿加固。一樁一柱不僅發(fā)揮著樁和未來(lái)地下室柱子承重的作用，而且也是基坑施工時(shí)的重要承重結(jié)構(gòu)，其垂直度和成柱質(zhì)量要比一般工程樁基的要求更高。一樁一柱的關(guān)鍵施工控制主要表現(xiàn)在：成孔垂直度控制、鋼管柱的固定和安裝、鋼管柱的調(diào)垂。目前，市場(chǎng)上一柱一樁調(diào)垂最常用的方法是激光傾斜儀＋調(diào)垂架法。

工況2：支護(hù)及樁基完成后，開挖第1層土方，采用明挖方式施工。土方開挖過(guò)程中，應(yīng)安排專人看守指揮，避免挖機(jī)作業(yè)時(shí)觸碰一柱一樁，造成一柱一樁垂直度偏差超過(guò)設(shè)計(jì)要求。土方應(yīng)分層開挖，一柱一樁周邊土方應(yīng)周圈開挖，避免高差過(guò)大擠壓一柱一樁，導(dǎo)致一柱一樁傾斜。

工況3：首層土方開挖結(jié)束后應(yīng)對(duì)基坑土方進(jìn)行找平，然后澆筑混凝土墊層，用于B0板結(jié)構(gòu)施工支模架搭設(shè)。由于B0板荷載較大，B0板結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，應(yīng)注意混凝土環(huán)梁的結(jié)構(gòu)施工，環(huán)梁尺寸較大、配筋較密且多層鋼筋穿插，施工難度較大。

工況4：B0板結(jié)構(gòu)施工完成后，進(jìn)行上下同步結(jié)構(gòu)施工，即地上主體結(jié)構(gòu)依次施工至設(shè)計(jì)預(yù)留層，地下依次施工B1板、B2板和底板。在進(jìn)行地上主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)，2層樓面核心筒部位需搭設(shè)型鋼懸挑腳手架，用作洞口防護(hù)和施工操作平臺(tái)；地下室依次進(jìn)行土方開挖及地下結(jié)構(gòu)梁板施工至底板，核心筒部位按照B0板要求進(jìn)行施工。

工況5：地下室底板施工結(jié)束后，核心筒部位結(jié)構(gòu)從底板往上逐層施工，同時(shí)穿插完成原核心筒角部加固支撐梁和邊梁加寬部位的鑿除工作。在此施工過(guò)程中，同時(shí)拆除型鋼懸挑腳手架，因土方開挖時(shí)造成的預(yù)留鋼筋損壞部分應(yīng)重新植筋。

工況6：核心筒部位結(jié)構(gòu)施工至結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)留層后，上部主體結(jié)構(gòu)繼續(xù)向上施工至封頂。

3 核心筒逆作法施工

3.1 核心筒逆作設(shè)計(jì)

核心筒逆作法施工是指在逆作法施工中，核心筒部位設(shè)計(jì)一柱一樁作為豎向受力構(gòu)件，逆作施工階段核心筒跟隨上部主體結(jié)構(gòu)一起施工。如果本項(xiàng)目采取核心筒逆作設(shè)計(jì)，每層需增設(shè)9根φ600 mm一柱一樁以及9根φ1 100 mm鉆孔灌注樁、每層增設(shè)9個(gè)寬度500 mm、高度1 550 mm混凝土環(huán)梁、每層增設(shè)12根400 mm×1 500 mm臨時(shí)轉(zhuǎn)換梁，核心筒逆作法設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 核心筒逆作法設(shè)計(jì)（單位：mm×mm）

3.2 施工階段工況

核心筒逆作法施工工況（圖6）如下：

圖6 核心筒逆作法施工工況

工況1：施工前應(yīng)先完成支護(hù)樁、地下連續(xù)墻、一柱一樁、抗拔樁等樁基及支護(hù)工程，同時(shí)完成核心筒區(qū)域新增的9根臨時(shí)一柱一樁施工，其質(zhì)量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

工況2：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，完成第1層土方開挖，并完成B0板施工；核心筒區(qū)域按照設(shè)計(jì)要求完成環(huán)梁、臨時(shí)轉(zhuǎn)換梁及結(jié)構(gòu)梁板施工工作。環(huán)梁鋼筋主筋及腰筋加工成2個(gè)半圓環(huán)焊接連接，箍筋采取加工成2個(gè)L形鋼筋焊接連接，環(huán)梁圓形模板采取由廠商定制模板施工，環(huán)梁鋼筋應(yīng)優(yōu)先框架梁鋼筋施工。

工況3：根據(jù)要求，B0板完成后，上部結(jié)構(gòu)依次施工至設(shè)計(jì)預(yù)留層，地下室依次進(jìn)行土方開挖及地下結(jié)構(gòu)梁板施工至底板，核心筒結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)和地下室同時(shí)施工。

工況4：待底板施工完成后，地下室各層進(jìn)行豎向結(jié)構(gòu)施工，同時(shí)上部結(jié)構(gòu)繼續(xù)施工至封頂。

4 優(yōu)缺點(diǎn)分析

4.1 經(jīng)濟(jì)性分析

核心筒順作法施工增加工作量主要如下：

1）增加核心筒預(yù)留時(shí)，施工縫處鋼絲網(wǎng)模板支設(shè)及拆除、施工縫鑿毛及清理工作，每層共22 m2，3層共66 m2。

2）洞口定制化防護(hù)每層80 m，共240 m。

3）每層增加4個(gè)550 mm×600 mm角撐，約需增加混凝土13 m3，共計(jì)39 m3。

4）增加上部結(jié)構(gòu)處型鋼懸挑腳手架搭設(shè)1 400 m2。

核心筒逆作法施工增加工作量主要如下：

1）增加9根臨時(shí)鋼柱，直徑600 mm，壁厚16 mm，單根總長(zhǎng)14.9 m，且需插入基礎(chǔ)頂面以下4 m，約需增加混凝土量36 m3，鋼材質(zhì)量39 t。同時(shí)還需增加9根直徑1 100 mm灌注樁，后期拆除工作量另計(jì)。

2）每層增加12根臨時(shí)400 mm×1 500 mm轉(zhuǎn)換梁，扣除與原設(shè)計(jì)墻梁重疊部分，約需增加混凝土梁55 m3，后期拆除工作量另計(jì)。

3）每層增加12個(gè)混凝土環(huán)梁，共36個(gè)，后期需拆除。

通過(guò)上述工作可知，綜合各相關(guān)工作的單價(jià)，核心筒順作法施工經(jīng)濟(jì)性比核心筒逆作法施工經(jīng)濟(jì)性優(yōu)越。

4.2 施工難易性分析

從上述增加的工作量可知，核心筒順作法增加的施工內(nèi)容均為常規(guī)性施工，但核心筒逆作法施工所增加的鉆孔灌注樁、一柱一樁、環(huán)梁等施工作業(yè)均為專業(yè)性較強(qiáng)的工作，其施工技術(shù)難度遠(yuǎn)大于核心筒順作法施工。但核心筒順作法時(shí)，可以利用核心筒的預(yù)留洞口作為下料口，地下室施工所需周轉(zhuǎn)材料、鋼筋等可以從下料口吊至樓層面，從而減少了材料倒運(yùn)工作。綜合考慮，核心筒順作法施工容易程度要優(yōu)于核心筒逆作法施工。

4.3 工期貢獻(xiàn)性分析

當(dāng)采用核心筒順作法施工時(shí)，核心筒部位均為預(yù)留洞口，待底板施工完成后，再施工核心筒至上部結(jié)構(gòu)預(yù)留層，延長(zhǎng)了后續(xù)主體結(jié)構(gòu)施工周期。以本工程為例，3層地下室核心筒部位施工及地上5層核心筒結(jié)構(gòu)，地下室每層核心筒施工時(shí)間為7 d（破除角部支撐梁2 d，結(jié)構(gòu)施工5 d），共3層，需21 d；地上核心筒每層施工5 d，共5層，需25 d，總計(jì)46 d。

當(dāng)采用核心筒逆作法時(shí)，核心筒隨上部結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，待地下室底板施工完成后，即可進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工，減少了上部結(jié)構(gòu)施工的等待時(shí)間。以本工程為例，施工一柱一樁增加6 d，對(duì)比核心筒順作法地下室結(jié)構(gòu)板的施工工期每層需延長(zhǎng)4 d，地下室3層結(jié)構(gòu)施工，延長(zhǎng)工期共12 d；上部結(jié)構(gòu)施工同比每層增加2 d，共延長(zhǎng)工期10 d；考慮后續(xù)破除時(shí)，不占施工關(guān)鍵線路工期，破除工期不予考慮；考慮對(duì)挖土方的影響，每層增加1 d，共3 d，總計(jì)31 d。

通過(guò)二者對(duì)比，核心筒逆作法施工對(duì)于項(xiàng)目整體工期的貢獻(xiàn)要優(yōu)于核心筒順作法施工。

5 結(jié)語(yǔ)

逆作施工核心筒順作法施工技術(shù)豐富了逆作法施工方法，使逆作法施工變得多樣化。同時(shí)通過(guò)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，為后續(xù)同類工程施工策劃和設(shè)計(jì)策劃提供了重要的借鑒意義，將推動(dòng)逆作法施工在未來(lái)得到更廣泛的應(yīng)用。