【独家资料】建筑工程逆作跃层法关键技术

2015-05-05 20:03  来源:中国岩土网  阅读:2579
深基础工程跃层逆作施工工艺是对现有逆作法的一种改进,介绍了该工艺的工艺原理和特点以及基坑支护设计钢立柱高精度调垂系统、地下连续墙施工、高效率取土工艺及设备等关键技术,并通过在实际工程中的应用,对跃层逆作工艺的经济效益和社会效益进行了对比和分析。

【独家资料】建筑工程逆作跃层法关键技术

一、跃层逆作工艺原理

    跃层逆作工艺的基本原理通过局部楼板加强以及适当的施工措施,在确保安全的前提下实现跃层超挖。跃层逆作法在传统逆作法基础上重点解决了地下暗挖施工环境差,出土效率低,挖土工期较长的弱点。其一般顺序是先构筑主体结构中间支承立柱和基坑两侧的柱列式灌注桩或地下连续墙等围护结构,然后施工顶层结构梁板并预留土方运输开口;根据设计意见及相应工况的计算结果确定第一次超挖层数,进行土方的第一次超挖,施工过程中应严密监测围护结构的变形情况,随时根据变形结果调整土方开挖的顺序。在第一次土方开挖完毕后,要根据设计工况确定第一次超挖后应施工的结构梁板位置,进行该层结构梁板的施工,此时可以根据一柱一桩的承载能力和设计要求同步向上施工地上结构;在第一次超挖和相应的结构梁板施工完毕后,可以进行第二次超挖和结构梁板的施工,其施工速度和超挖层数需根据设计计算结果来进行,围护结构的变形监测要随时做好预警。依次开挖土方至基底后,施工结构底板。超挖期间也可以根据施工便捷性和主体结构设计要求进行前一次跃层超挖跳过的结构梁板施工,或者最后施工超挖越过的楼层。最后将格构柱外包混凝土作为结构柱体。

二、设计和施工上的特点

     逆作法是一种支护结构与主体结构相结合的施工方法,因此在设计上相比常规顺作法而言更为复杂尤其是跃层逆作工艺。

   首先,跃层超挖后部分楼层的地下结构梁板需要后施工,这就相当于在基坑开挖过程中水平支撑道数减少了,作为水平支撑体系的地下结构梁板则受力更大,导致需要在更多的地方进行结构抗压与抗弯验算,并做楼板局部加强设计。楼板加强的方法主要包括施工阶段局部加大主体结构梁的尺寸与配筋、增设临时水平支撑和封板等。其次,在超挖过程中,应采取留土护坡措施,防止一次性开挖过大,引起围护结构及周边环境产生过大的变形。基坑围护结构的变形必须根据拟定的工况进行严格的计算分析,使之在规范规定的允许范围内。同时,由于跃层开挖增大了一柱一桩的计算长度,对一柱一桩施工过程中的调垂精度控制提出了更高的要求。跃层逆作法在施工上同样也有一些自己的特性。跃层开挖必须制定合理的挖土方案,按照正确的挖土施工顺序,分皮分块开挖,尽量减少挖土对基坑变形的影响;由于基坑超挖,相同时间段内的土方量增大,必须采用特殊的、高效率的挖土出土方法。

   逆作法的优点主要包括以下几方面:①支撑刚度大、围护结构变形小;②无需设置临时支撑,经济效益高;③上部结构可以与地下结构施工并行,缩短了工程的总工期。跃层逆作法除了继承以上传统逆作法的优点外还具有一些独特的优势。

1)经济效益比传统逆作法更好,地下结构施工工期进一步缩短。

2)暗挖施工环境得到改善,操作空间变大,便于施工组织,便于大型机械或者更多的小型机械同时作业,提高了挖土出土效率。

3)可以辅助一些垂直运输土方和材料设备的专用设备,使挖土出土的速度进一步提高,工期更短,加强了逆作法的优势。

三、跃层逆作施工工艺关键技术

3.1、相配套的基坑支护设计方案

     跃层逆作法一般适用于开挖深度在 10 m以上的深基坑工程,基坑开挖风险极大,并且有超挖情况发生,因此采用该施工工艺的基坑支护设计方案除了涵盖常规的围护结构型式比选、围护结构受力与配筋计算、降水设计等内容外,还需对下述几个方面进行详细的论证与分析。

3.1.1. 主体结构梁板支撑体系受力分析

    采用逆作法的工程其水平支撑体系为正常使用阶段的主体结构梁板,结构平面复杂,梁板结构数量繁多,受力状态较复杂。而跃层逆作由于减少了水平支撑的道数,通过围檩传递到结构梁板上的围压更大。因此,为保证基坑开挖过程的绝对安全,必须分析主体结构梁板支撑体系的内力及变形情况,为基坑设计提供参考和校核。目前较多采用平面有限元的方法来进行梁板体系的受力分析,根据实际的结构平面布置与尺寸来进行有限元建模,设置必要的边界条件以及荷载进行计算分析。现在使用较广泛的大型通用有限元软件如 ANSYSMIDASSAP等,均可完成该项分析。

3.1.2. 留土护坡

   由于跃层逆作法的一次土体开挖深度一般在 8 m以上,对于增大的围护结构内力可以通过加强配筋的方式来解决,而围护结构变形控制的难度则要大得多。留土护坡施工简便,且无需增加额外的施工费用,是一种比较有效的减少围护结构位移的方法。基坑开挖时,沿坑边的留土不仅增大了基坑内被动土压力,土体本身也有一定的结构抗力,对围护结构的水平位移起到限制作用。坑边留土的宽度和坡度大小对于减少基坑变形的效果有较大的影响,因此基坑设计方案中应对留土护坡进行计算分析,以找出最合理的宽度和坡度。不同地质条件下的留土护坡设计也有所不同,根据软土地区工程经验,一般坡宽宜在 8 m以上,坡度不宜小于 12

3.1.3 .竖向支承系统

   逆作法基坑的竖向支承立柱可以采用型钢格构立柱或钢管混凝土立柱。型钢格构立柱由于构造简单、便于加工且承载能力较大,无论在顺作法基坑还是逆作法基坑中都得到了广泛的应用。但是,由于常规型钢格构立柱的竖向承载能力值一般不超过 6 000 kN,当地下结构逆作期间同时施工一定层数的上部结构时,单根型钢格构柱所能提供的承载力无法满足一个柱网内的荷载要求。其次,当采用跃层逆作工艺时,立柱的计算长度将由原来的一倍层高变成二倍甚至三倍层高,导致立柱的承载能力大大降低。如果单单依靠提高钢材标号的方法来提高立柱的承载力,则经济性较差。


   高层建筑结构采用在钢管中浇筑高强混凝土形成钢管混凝土柱,施工便捷、承载力高且经济性好,基坑工程中立柱采用钢管混凝土的型式,可以弥补上述型钢格构立柱缺点,尤其在跃层逆作法基坑中还可以避免采用“一柱多桩”的办法来提高竖向承载力,是逆作法“一柱一桩”设计在技术上和经济上更为合理的方案。对于钢管混凝土柱与结构梁的连接构造,可以采用双梁的办法来解决。 

图片未命名

构造柱与立柱桩的连接



钢管柱与立柱桩的连接


钢管柱与双梁的连接

3.2 钢立柱高精度调垂系统

   一柱一桩的施工技术是整个逆作法施工水平的核心部分,其施工质量直接影响着逆作法施工的成败,尤其是跃层逆作法由于增大了立柱的计算长度,对垂直度要求更高。目前多采用校正架法进行一柱一桩调垂,但是该方法的调垂精度与调垂效率一般,无法很好地满足逆作法工程的要求。故研发了气囊法调垂、调垂盘法调垂、液压调垂盘法调垂系统、孔下调垂机构法调垂系统等立柱调垂方法。


气囊法调垂


调垂盘法调垂


液压调垂盘法调垂


孔下调垂机构法调垂

3.3  岩石地层中地下连续墙施工方法

液压抓斗成槽

   跃层逆作法适用于各种土质条件下的基坑工程,尤其适合在土层条件相对较好的岩石地层区域使用。随之而来的问题是跃层逆作法中最常用的围护结构———地下连续墙的施工难度大大增加。由于目前地下连续墙成槽机多适用于软土地区,因此在岩石地层中地下连续墙施工就不能仅依靠成槽机来完成。若使用铣槽机来解决这个问题,施工机械代价则较高。针对上述问题,可以采用泥浆护壁、钻、抓、冲、修、清相结合的特殊成槽工艺施工。泥浆由膨润土、黏结剂(CMC)、分散剂(纯碱)、自来水经合理配比而成,黏度适当、密度符合要求、稳定性好、过滤失水量小,泥皮形成时间短且薄而又有韧性。导墙施工好后,在每个槽段的两端和中间沿地下连续墙纵向采用钻机钻孔,钻孔深度至地墙底标高,再用液压抓斗成槽机挖掘至岩石层顶面。接下来用冲岩机冲岩,冲岩完毕后可将冲锤换成方锤进行修槽。修槽合格后,清底换浆,安放钢筋笼。最后安放导管,进行水下混凝土浇注。该施工方法既保证了施工工期和质量,又节约了生产成本,是岩石地层中施工地下连续墙的一种行之有效的方法。

3.4 高效率取土工艺及设备

    常规逆作法工程中当地下室顶板施工完成后,基坑内的土多采用小挖机挖掘,翻运至出土洞口,然后由停在顶板上出土洞口边的长臂挖机作垂直提升并装车外运。当施工至地下三、四层,甚至地下五层时,停在顶板上的长臂挖机就不能满足提升高度的要求,而必须换成履带抓斗挖机。该取土方法挖土效率低下,出土洞口的设置影响结构本身的施工质量,而且由于在出土洞口边的长臂挖机或履带抓斗挖机的把杆在提升装土时需回转操作,因此需较大的运行空间,给逆作法地下、地上结构同步施工带来了非常大的影响。跃层逆作法由于在基坑开挖过程中跳过部分楼层的施工,每皮土的开挖空间一般都能达到 8 m以上,使得较大的挖土机械能够进入开挖面进行施工,这就需要形成一整套适用于跃层逆作法的高效率取土工艺与设备。钢筋混凝土坡道结合垂直升降机的取土方法在跃层逆作法工程中有较好的实用价值。土方车直接由钢筋混凝土坡道进入开挖面,钢筋混凝土坡道随着土方开挖而延伸分级通向开挖面,这样简化了土方外运流程,并且由于挖机直接装运土方车,土方外运速度成倍增长。钢筋混凝土坡道出土对部结构同时施工影响很小,加快整个逆作法工程进度。当土方车满载后,由垂直升降机升入地面。垂直升降机的应用可以大量减少挖土机械,降低逆作法挖土成本,并能在后期钢筋混凝土坡道的收坡过程中起到重要作用,对土方工程工期起到控制性影响。

注:本内容来自上海建筑工程逆作法工程技术研究中心,大家也可加入逆作法工程中心微信公众号:sh2j_nizuofa(或搜索“逆作法工程中心)。逆作法工程中心和中国岩土网携手发布最新逆作法技术资料。

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全部评论(3)

liuhf123发表于06月29日 15:00

你怎么看出来的

点评:
  • lily76发表于 05月11日 15:29初来乍到,请多多指教吧
  • 好资料,学习了
点评:
  • quhuihui发表于 05月08日 12:19这家伙很懒,没有个性签名!
  • 不错
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马跃强

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