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        重慶市土木建筑學會

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        建筑工程逆作躍層法關鍵技術

        發布日期:2015-05-11  瀏覽次數:12418
         一、躍層逆作工藝原理

            躍層逆作工藝的基本原理通過局部樓板加強以及適當的施工措施,在確保安全的前提下實現躍層超挖。躍層逆作法在傳統逆作法基礎上重點解決了地下暗挖施工環境差,出土效率低,挖土工期較長的弱點。其一般順序是先構筑主體結構中間支承立柱和基坑兩側的柱列式灌注樁或地下連續墻等圍護結構,然后施工頂層結構梁板并預留土方運輸開口;根據設計意見及相應工況的計算結果確定第一次超挖層數,進行土方的第一次超挖,施工過程中應嚴密監測圍護結構的變形情況,隨時根據變形結果調整土方開挖的順序。在第一次土方開挖完畢后,要根據設計工況確定第一次超挖后應施工的結構梁板位置,進行該層結構梁板的施工,此時可以根據一柱一樁的承載能力和設計要求同步向上施工地上結構;在第一次超挖和相應的結構梁板施工完畢后,可以進行第二次超挖和結構梁板的施工,其施工速度和超挖層數需根據設計計算結果來進行,圍護結構的變形監測要隨時做好預警。依次開挖土方至基底后,施工結構底板。超挖期間也可以根據施工便捷性和主體結構設計要求進行前一次躍層超挖跳過的結構梁板施工,或者最后施工超挖越過的樓層。最后將格構柱外包混凝土作為結構柱體。

        二、設計和施工上的特點

             逆作法是一種支護結構與主體結構相結合的施工方法,因此在設計上相比常規順作法而言更為復雜尤其是躍層逆作工藝。

           首先,躍層超挖后部分樓層的地下結構梁板需要后施工,這就相當于在基坑開挖過程中水平支撐道數減少了,作為水平支撐體系的地下結構梁板則受力更大,導致需要在更多的地方進行結構抗壓與抗彎驗算,并做樓板局部加強設計。樓板加強的方法主要包括施工階段局部加大主體結構梁的尺寸與配筋、增設臨時水平支撐和封板等。其次,在超挖過程中,應采取留土護坡措施,防止一次性開挖過大,引起圍護結構及周邊環境產生過大的變形;訃o結構的變形必須根據擬定的工況進行嚴格的計算分析,使之在規范規定的允許范圍內。同時,由于躍層開挖增大了一柱一樁的計算長度,對一柱一樁施工過程中的調垂精度控制提出了更高的要求。躍層逆作法在施工上同樣也有一些自己的特性。躍層開挖必須制定合理的挖土方案,按照正確的挖土施工順序,分皮分塊開挖,盡量減少挖土對基坑變形的影響;由于基坑超挖,相同時間段內的土方量增大,必須采用特殊的、高效率的挖土出土方法。

           逆作法的優點主要包括以下幾方面:①支撐剛度大、圍護結構變形;②無需設置臨時支撐,經濟效益高;③上部結構可以與地下結構施工并行,縮短了工程的總工期。躍層逆作法除了繼承以上傳統逆作法的優點外還具有一些獨特的優勢。

        1)經濟效益比傳統逆作法更好,地下結構施工工期進一步縮短。

        2)暗挖施工環境得到改善,操作空間變大,便于施工組織,便于大型機械或者更多的小型機械同時作業,提高了挖土出土效率。

        3)可以輔助一些垂直運輸土方和材料設備的專用設備,使挖土出土的速度進一步提高,工期更短,加強了逆作法的優勢。

        三、躍層逆作施工工藝關鍵技術

        3.1、相配套的基坑支護設計方案

             躍層逆作法一般適用于開挖深度在 10 m以上的深基坑工程,基坑開挖風險極大,并且有超挖情況發生,因此采用該施工工藝的基坑支護設計方案除了涵蓋常規的圍護結構型式比選、圍護結構受力與配筋計算、降水設計等內容外,還需對下述幾個方面進行詳細的論證與分析。

        3.1.1. 主體結構梁板支撐體系受力分析

            采用逆作法的工程其水平支撐體系為正常使用階段的主體結構梁板,結構平面復雜,梁板結構數量繁多,受力狀態較復雜。而躍層逆作由于減少了水平支撐的道數,通過圍檁傳遞到結構梁板上的圍壓更大。因此,為保證基坑開挖過程的絕對安全,必須分析主體結構梁板支撐體系的內力及變形情況,為基坑設計提供參考和校核。目前較多采用平面有限元的方法來進行梁板體系的受力分析,根據實際的結構平面布置與尺寸來進行有限元建模,設置必要的邊界條件以及荷載進行計算分析,F在使用較廣泛的大型通用有限元軟件如 ANSYS、MIDAS及 SAP等,均可完成該項分析。

        3.1.2. 留土護坡

           由于躍層逆作法的一次土體開挖深度一般在 8 m以上,對于增大的圍護結構內力可以通過加強配筋的方式來解決,而圍護結構變形控制的難度則要大得多。留土護坡施工簡便,且無需增加額外的施工費用,是一種比較有效的減少圍護結構位移的方法;娱_挖時,沿坑邊的留土不僅增大了基坑內被動土壓力,土體本身也有一定的結構抗力,對圍護結構的水平位移起到限制作用?舆吜敉恋膶挾群推露却笮τ跍p少基坑變形的效果有較大的影響,因此基坑設計方案中應對留土護坡進行計算分析,以找出最合理的寬度和坡度。不同地質條件下的留土護坡設計也有所不同,根據軟土地區工程經驗,一般坡寬宜在 8 m以上,坡度不宜小于 12。

        3.1.3 .豎向支承系統

           逆作法基坑的豎向支承立柱可以采用型鋼格構立柱或鋼管混凝土立柱。型鋼格構立柱由于構造簡單、便于加工且承載能力較大,無論在順作法基坑還是逆作法基坑中都得到了廣泛的應用。但是,由于常規型鋼格構立柱的豎向承載能力值一般不超過 6 000 kN,當地下結構逆作期間同時施工一定層數的上部結構時,單根型鋼格構柱所能提供的承載力無法滿足一個柱網內的荷載要求。其次,當采用躍層逆作工藝時,立柱的計算長度將由原來的一倍層高變成二倍甚至三倍層高,導致立柱的承載能力大大降低。如果單單依靠提高鋼材標號的方法來提高立柱的承載力,則經濟性較差。


           高層建筑結構采用在鋼管中澆筑高強混凝土形成鋼管混凝土柱,施工便捷、承載力高且經濟性好,基坑工程中立柱采用鋼管混凝土的型式,可以彌補上述型鋼格構立柱缺點,尤其在躍層逆作法基坑中還可以避免采用“一柱多樁”的辦法來提高豎向承載力,是逆作法“一柱一樁”設計在技術上和經濟上更為合理的方案。對于鋼管混凝土柱與結構梁的連接構造,可以采用雙梁的辦法來解決。 

        圖片未命名

        構造柱與立柱樁的連接

         


        鋼管柱與立柱樁的連接


        鋼管柱與雙梁的連接

        3.2 鋼立柱高精度調垂系統

           一柱一樁的施工技術是整個逆作法施工水平的核心部分,其施工質量直接影響著逆作法施工的成敗,尤其是躍層逆作法由于增大了立柱的計算長度,對垂直度要求更高。目前多采用校正架法進行一柱一樁調垂,但是該方法的調垂精度與調垂效率一般,無法很好地滿足逆作法工程的要求。故研發了氣囊法調垂、調垂盤法調垂、液壓調垂盤法調垂系統、孔下調垂機構法調垂系統等立柱調垂方法。


        氣囊法調垂


        調垂盤法調垂


        液壓調垂盤法調垂


        孔下調垂機構法調垂

        3.3  巖石地層中地下連續墻施工方法

        液壓抓斗成槽

           躍層逆作法適用于各種土質條件下的基坑工程,尤其適合在土層條件相對較好的巖石地層區域使用。隨之而來的問題是躍層逆作法中最常用的圍護結構———地下連續墻的施工難度大大增加。由于目前地下連續墻成槽機多適用于軟土地區,因此在巖石地層中地下連續墻施工就不能僅依靠成槽機來完成。若使用銑槽機來解決這個問題,施工機械代價則較高。針對上述問題,可以采用泥漿護壁、鉆、抓、沖、修、清相結合的特殊成槽工藝施工。泥漿由膨潤土、黏結劑(CMC)、分散劑(純堿)、自來水經合理配比而成,黏度適當、密度符合要求、穩定性好、過濾失水量小,泥皮形成時間短且薄而又有韌性。導墻施工好后,在每個槽段的兩端和中間沿地下連續墻縱向采用鉆機鉆孔,鉆孔深度至地墻底標高,再用液壓抓斗成槽機挖掘至巖石層頂面。接下來用沖巖機沖巖,沖巖完畢后可將沖錘換成方錘進行修槽。修槽合格后,清底換漿,安放鋼筋籠。最后安放導管,進行水下混凝土澆注。該施工方法既保證了施工工期和質量,又節約了生產成本,是巖石地層中施工地下連續墻的一種行之有效的方法。

         

        3.4 高效率取土工藝及設備

            常規逆作法工程中當地下室頂板施工完成后,基坑內的土多采用小挖機挖掘,翻運至出土洞口,然后由停在頂板上出土洞口邊的長臂挖機作垂直提升并裝車外運。當施工至地下三、四層,甚至地下五層時,停在頂板上的長臂挖機就不能滿足提升高度的要求,而必須換成履帶抓斗挖機。該取土方法挖土效率低下,出土洞口的設置影響結構本身的施工質量,而且由于在出土洞口邊的長臂挖機或履帶抓斗挖機的把桿在提升裝土時需回轉操作,因此需較大的運行空間,給逆作法地下、地上結構同步施工帶來了非常大的影響。躍層逆作法由于在基坑開挖過程中跳過部分樓層的施工,每皮土的開挖空間一般都能達到 8 m以上,使得較大的挖土機械能夠進入開挖面進行施工,這就需要形成一整套適用于躍層逆作法的高效率取土工藝與設備。鋼筋混凝土坡道結合垂直升降機的取土方法在躍層逆作法工程中有較好的實用價值。土方車直接由鋼筋混凝土坡道進入開挖面,鋼筋混凝土坡道隨著土方開挖而延伸分級通向開挖面,這樣簡化了土方外運流程,并且由于挖機直接裝運土方車,土方外運速度成倍增長。鋼筋混凝土坡道出土對部結構同時施工影響很小,加快整個逆作法工程進度。當土方車滿載后,由垂直升降機升入地面。垂直升降機的應用可以大量減少挖土機械,降低逆作法挖土成本,并能在后期鋼筋混凝土坡道的收坡過程中起到重要作用,對土方工程工期起到控制性影響。

        注:本內容來自上海建筑工程逆作法工程技術研究中心,大家也可加入逆作法工程中心微信公眾號:sh2j_nizuofa(或搜索“逆作法工程中心)。逆作法工程中心和中國巖土網攜手發布最新逆作法技術資料。

         
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