逆作法施工土方開挖優(yōu)化施工工法

逆作法施工土方開挖優(yōu)化施工工法完成單位：中建四局第一建筑工程有限公司中國建筑第四工程局有限公司主要完成人：袁茂生、袁成、張明、梁森、王皓、劉麗麗、李葉芳、金黔1 前 言1.0.1 我國建筑施工技術(shù)的不斷發(fā)展及建筑施工工藝的不斷改進(jìn)，地下室逆作出土傳統(tǒng)的利用汽車吊或桁吊吊土的施工方法具有很大的局限性，出土速率慢，且出土成本較高，需在首層進(jìn)行堆土、裝土和運(yùn)土，影響了現(xiàn)場的安全文明施工，并且裝土運(yùn)土所產(chǎn)生的噪音對周邊環(huán)境造成很大的影響。1.0.2 為克服上述不足，可通過對永久車道進(jìn)行設(shè)計加固，采用先行合理地組織永久車道部位的土方開挖及結(jié)構(gòu)施工，利用永久車道進(jìn)行地下室土方外運(yùn)，很大程度的提高了出土速率，節(jié)約了施工成本。 1.0.3 逆作法施工土方開挖優(yōu)化技術(shù)克服了傳統(tǒng)出土方法的不足，很大程度的提高了施工效率，經(jīng)廣東省住房和城市建設(shè)廳組織鑒定，該技術(shù)達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平，同時已獲得一項國家發(fā)明專利受理，“一種逆作土方正作開挖的施工方法”（申請?zhí)枮椋?.8），經(jīng)過技術(shù)總結(jié)，形成了逆作法施工土方開挖優(yōu)化施工工法。2 工法特點2.0.1 該技術(shù)成果主要是利用先行施工的永久車道進(jìn)行出土，對永久車道進(jìn)行設(shè)計加固，利用永久車道將土方車、挖掘機(jī)直接開至待挖工作面，使開挖的方式和效率等同于正作開挖的形式。2.0.2 利用永久車道出土，避免在首層堆土的弊端，節(jié)約了場地，并且解決了傳統(tǒng)出土方法對首層場地的污染，利于現(xiàn)場安全文明施工管理。2.0.3 利用永久車道出土，整個挖土裝土過程都在地下進(jìn)行，解決了傳統(tǒng)出土方法需在首層裝土所產(chǎn)生的噪聲問題，減輕了對周邊環(huán)境所造成的影響。3 適用范圍本工法適用于有永久車道的地下室逆作施工的土方開挖。4 工藝原理4.0.1 根據(jù)工程實際情況，對車道結(jié)構(gòu)進(jìn)行30KN/的荷載要求進(jìn)行加固設(shè)計，先行合理地組織永久車道部位的土方開挖及結(jié)構(gòu)施工，同時，對土方車進(jìn)出永久車道實行有效管理。4.0.2 利用永久車道將挖掘機(jī)、土方車直接開至基坑待開挖的工作面，使開挖的方式和效率等同于正作開挖的形式。4.0.3 暗挖施工從車道底部為起點沿水平方向向內(nèi)推進(jìn)開挖，挖掘機(jī)械在平面內(nèi)接力挖掘，將土轉(zhuǎn)至車道底部，通過運(yùn)輸車輛將暗挖土方裝車運(yùn)離現(xiàn)場。5 施工工藝流程及操作要點5.1. 工藝流程根據(jù)工程實際情況，對車道結(jié)構(gòu)進(jìn)行30KN/的荷載要求進(jìn)行加固設(shè)計后，先行組織永久車道結(jié)構(gòu)施工至負(fù)一層，并利用其開挖負(fù)二層和負(fù)三層的逆作土方；再組織永久車道部位施工至負(fù)三層，并利用其開挖負(fù)四層和負(fù)五層的逆作土方。本工程基坑面積6512，開挖深度24.45m（核心筒區(qū)域達(dá)30.9米），外墻周長321m，土方量為15萬m，其中，正作土方約6萬方，逆作土方約9萬m。整個施工按土方開挖分為三大施工階段，第一階段為將整個基坑開挖至負(fù)一層板底，硬化施工筒外逆作區(qū)人工挖孔樁；第二階段為核心筒土方正作開挖至底板底并逐層施工地下室主體結(jié)構(gòu)至首層，與筒外逆作區(qū)域的首層梁板連成一體；第三階段為逆作裙房區(qū)暗挖階段。圖5.1.1 基坑三維示意圖整個逆作土方開挖根據(jù)實際情況分為三個階段進(jìn)行開挖，由G軸線將各階段分為南區(qū)和北區(qū)分別流水開挖出土，第一階段主要開挖至負(fù)一層板底下2.5米處，施工負(fù)一層梁板及下負(fù)一層的車道；第二階段主要是利用下負(fù)一層的車道開挖負(fù)二層、負(fù)三層的土方，施工負(fù)二層、負(fù)三層地下室水平梁板結(jié)構(gòu)以及下負(fù)三層的永久車道；第三階段主要是利用下負(fù)三層的車道，將土方車開至負(fù)三層來開挖負(fù)四、負(fù)五層土方，施工負(fù)四、負(fù)五層水平梁板結(jié)構(gòu)。具體施工流程如下：圖5.1.2 工藝流程圖5.2. 操作要點5.2.1.明挖階段根據(jù)工程實際情況，土方明挖階段分兩個階段進(jìn)行，明挖第一階段采用盆式開挖將整個基坑土方開挖至負(fù)一層板底，硬化施工人工挖孔樁；明挖第二階段為核心筒土方正作開挖，根據(jù)內(nèi)環(huán)梁步距分成五步進(jìn)行土方開挖，分層向下開挖出土，完后進(jìn)行核心筒底板基礎(chǔ)施工，豎向結(jié)構(gòu)正作向上施工，直至首層以上。5.2.1.1.明挖第一階段土方開挖明挖第一階段主要施工任務(wù)是將整個基坑土方開挖至負(fù)一層板底，并進(jìn)行硬化后開始施工筒外逆作區(qū)人工挖孔樁，為了確?；影踩?，本階段的土方開挖采用盆式開挖方式出土，由北向南開挖，利用西南角運(yùn)土坡道出土。具體見圖5.2.1和圖5.2.2：圖5.2.1 土方明挖第一階段示意圖圖5.2.2 土方明挖第一階段5.2.1.2明挖第二階段土方開挖第二階段為核心筒正作區(qū)域施工，主要施工任務(wù)是核心筒正作區(qū)域土方開挖，及核心筒結(jié)構(gòu)施工。本階段的土方開挖為明挖，根據(jù)內(nèi)環(huán)梁步距分成五步進(jìn)行土方開挖。分層向下開挖出土，出土形式為在核心筒基坑外用汽車吊將土方吊出核心筒基坑，完后進(jìn)行核心筒底板基礎(chǔ)施工，豎向結(jié)構(gòu)正作向上施工，直至首層以上。同時逆作區(qū)的樁基礎(chǔ)及鋼管柱吊裝施工完成，施工首層梁板結(jié)構(gòu)，將整個首層梁板連成一體，從而為進(jìn)入逆作階段及地上結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造條件。具體見圖5.2.3和圖5.2.4：圖5.2.3 土方明挖第二階段示意圖圖5.2.4 汽車吊吊運(yùn)筒內(nèi)土方5.2.2.暗挖階段本工程地下室裙房區(qū)域采用逆作施工，土方開挖采用暗挖方式。土方暗挖分三個階段進(jìn)行，暗挖第一階段開挖至負(fù)一層板底下2.5米處，利用西南角出土斜坡車道進(jìn)行出土，并施工負(fù)一層及下至負(fù)一層的車道；暗挖第二階段開始利用永久車道進(jìn)行出土，利用下至負(fù)一層的車道開挖負(fù)二層、負(fù)三層的土方，施工負(fù)二層、負(fù)三層以及下至負(fù)三層的永久車道；暗挖第三階段利用下至負(fù)三層的車道，將土方車開至負(fù)三層來開挖負(fù)四、負(fù)五層土方，施工負(fù)四、負(fù)五層水平梁板結(jié)構(gòu)。5.2.2.1.暗挖第一階段土方開挖土方需要開挖至-8.93m，開挖深度2.45m，包括反壓土在內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)場情況現(xiàn)場的需要，在西南角修整一條下基坑斜坡坡道作為暗挖第一階段土方開挖的出土斜坡車道，該階段的出土坡道面采用200厚的C20素混凝土做處理。各分區(qū)土方用挖土機(jī)在出土斜坡下裝車后直接從該坡道運(yùn)出場外。出土斜坡平面圖如下圖5.2.5所示。圖5.2.5 出土斜坡平面圖出土斜坡按設(shè)計完成后，先將核心筒四周挖出運(yùn)土通道，之后土方開挖按由北向南分區(qū)開挖，挖土機(jī)在平面內(nèi)接力挖土，將土轉(zhuǎn)至運(yùn)土通道上，推土機(jī)則可以在運(yùn)土通道上直接將土方推至出土斜坡下儲放，夜間在出土斜坡下裝車運(yùn)離現(xiàn)場。暗挖第一階段出土示意圖如下圖5.2.6所示。圖5.2.6 暗挖第一階段出土示意圖暗挖第一階段的土方在開挖前，土方面標(biāo)高為-6.40m,反壓土面為-3.48m。本階段土方開挖首先將部分土方用于回填至核心筒與核心筒基坑之間的空隙內(nèi)，以便于施工安全、核心筒支護(hù)樁分層破除及挖土方便?；靥钔练街?11.430m。核心筒支護(hù)樁破除至-8.93m。待核心筒支護(hù)樁外土方開挖及核心筒支護(hù)樁破除至-8.93m后澆筑混凝土墊層，支設(shè)架體及模板施工負(fù)一層梁板結(jié)構(gòu)。暗挖第一階段出土工況圖如下圖5.2.7所示：圖5.2.7 暗挖第一階段出土工況圖5.2.2.2.暗挖第二階段土方開挖從暗挖第二階段開始使用永久車道出土。暗挖第一階段土方開挖完成后，在施工負(fù)一層結(jié)構(gòu)的同時，施工東側(cè)的永久車道結(jié)構(gòu)，能使運(yùn)土車下至負(fù)一層樓面，從而實現(xiàn)利用永久車道出土。本階段主要利用下負(fù)一層的永久車道依次開挖負(fù)二層、負(fù)三層的土方，先開挖負(fù)二層的土方，施工負(fù)二層的結(jié)構(gòu)；待負(fù)二層結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，拆除負(fù)二層結(jié)構(gòu)模板體系，開始開挖負(fù)三層的土方，而后施工負(fù)三層的水平結(jié)構(gòu)及下負(fù)三層的永久車道。暗挖第二階段出土示意圖如圖5.2.8所示：圖5.2.8 暗挖第二階段出土示意圖暗挖第二階段土方開挖至-18.23米，挖土深度為4.3米，核心筒支護(hù)樁破除至同一高度-18.23m。土方開挖至設(shè)計標(biāo)高后澆筑混凝土墊層，搭設(shè)支撐架體及模板施工負(fù)二、負(fù)三層梁板結(jié)構(gòu)，并將車道結(jié)構(gòu)施工至負(fù)三層。暗挖第二階段出土工況圖如下圖5.2.9所示：圖5.2.9 暗挖第二階段出土工況圖5.2.2.3.暗挖第三階段土方開挖負(fù)三層的梁板結(jié)構(gòu)以及車道結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，拆除支撐架體及模板，為暗挖第三階段的出土作準(zhǔn)備。暗挖第三階段挖除負(fù)四層、負(fù)五層土方，該層土方開挖利用負(fù)三層至負(fù)一層的車道進(jìn)行出土，該階段的出土平面示意圖見圖5.2.10所示。圖5.2.10 暗挖第三階段出土示意圖該階段土方開挖至底板底-24.450米，挖土深度為6.22米，本階段先施工底板結(jié)構(gòu)，再施工負(fù)四層梁板結(jié)構(gòu)。負(fù)四、負(fù)五層出土工況圖如下圖5.2.11所示：圖5.2.11 暗挖第三階段出土工況圖5.3 勞動力安排現(xiàn)場配備人員如表所示：表5.3 勞動力組織情況表編號工種人數(shù)1協(xié)調(diào)人員12挖機(jī)司機(jī)43運(yùn)輸車司機(jī)104測量員15專職安全員16清理工27抽水工26 材料與設(shè)備6.1 設(shè)備機(jī)具序號設(shè)備名稱規(guī)格型號單位數(shù)量1反鏟挖掘機(jī)PC200臺62反鏟挖掘機(jī)PC120臺33土方運(yùn)輸車10m3輛154潛水泵IS50-32-160臺107 質(zhì)量控制（1）車道結(jié)構(gòu)施工嚴(yán)格按照規(guī)范及圖紙要求進(jìn)行，并對車道結(jié)構(gòu)進(jìn)行30KN/的荷載要求進(jìn)行加固。（2）根據(jù)設(shè)計管線的分布及標(biāo)高，遵循“先深后淺”的原則，采用機(jī)械開挖管溝人工清底整平。（3）各層土方開挖應(yīng)按要求放坡挖土。（4）測量員隨時測量，保證基底標(biāo)高和基坑邊線與設(shè)計圖紙相一致。（5）挖土機(jī)嚴(yán)禁碰掛網(wǎng)用土釘、回填層、底板結(jié)構(gòu)等。8 安全措施（1）工人進(jìn)場必須進(jìn)行有針對性的安全教育，每天施工前必須進(jìn)行安全交底。（2）嚴(yán)格遵守現(xiàn)場的安全規(guī)章制度。（3）正確使用安全帶、安全帽等安全工具。（4）特種施工人員持證上崗。（5）施工機(jī)械一切服從指揮，人員盡量遠(yuǎn)離施工機(jī)械，如有必要，先通知操作人員，待回應(yīng)后方可接近。（6）土方開挖時盡量避開雨天，如遇下雨土方開挖應(yīng)立即停止，機(jī)械設(shè)備退場，禁止雨天作業(yè)，以防不安全因素的產(chǎn)生。（7）對于挖出的泥土，要及時運(yùn)走或按規(guī)定放置，不得隨意堆放。9 環(huán)保措施（1） 在施工過程中，自覺地形成環(huán)保意識，最大限度地減少施工中產(chǎn)生的噪音和環(huán)境污染。（2）施工時的廢棄物應(yīng)及時分類清運(yùn)，保持工完場清。（3）嚴(yán)格按照當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)環(huán)保規(guī)定執(zhí)行。（4）成立以項目經(jīng)理為首的環(huán)保領(lǐng)導(dǎo)小組，建立完善安全獎罰制度和各級環(huán)保生產(chǎn)責(zé)任制。（5）建立以項目經(jīng)理為首的環(huán)保管理體系，項目部設(shè)專職安全環(huán)境管理員，管理人員在施工過程中進(jìn)行安全生產(chǎn)值班制。（6）遵守國家和當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境保護(hù)法律法規(guī)，正確處理工程廢物。10 效益分析10.1 社會效益通過逆作法施工土方開挖優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，在通過對永久車道進(jìn)行設(shè)計加固，采用先行合理地組織永久車道部位的土方開挖及結(jié)構(gòu)施工，利用永久車道進(jìn)行地下室土方外運(yùn)，極大的加快了逆作出土效率，并且節(jié)約了施工場地，解決了噪音問題，減輕了對周邊環(huán)境的影響。10.2 經(jīng)濟(jì)效益采用逆作法施工相比較傳統(tǒng)的正作施工技術(shù)，在節(jié)約工程材料、加快施工進(jìn)度、減少對周邊環(huán)境影響方面均有很大的優(yōu)勢，利用永久車道出土施工技術(shù)相對于傳統(tǒng)的逆作法施工技術(shù)在節(jié)約土方運(yùn)輸造價、加快施工進(jìn)度和保護(hù)周邊環(huán)境等方面具有相當(dāng)大的優(yōu)勢。 若采用傳統(tǒng)汽車吊出土方法：人工單價：45元/m3；機(jī)械費(fèi)48元/m3；輔材費(fèi)2元/m3；合計94元/m3。若采用逆作土方正作出土技術(shù)：人工單價：12元/m3；機(jī)械費(fèi)45元/m3；輔材費(fèi)2元/m3；合計59元/m3。（1）廣州富力盈凱廣場工程逆作土方共有90105m3，則逆作土方成本共節(jié)?。?4-59）*90105=元。（2）廣州合景國際金融中心工程逆作土方共有75635m3，則逆作土方成本共節(jié)?。?4-59）*75635=元。（3）廣州云外倉儲江燕路工程逆作土方共有43250m3，則逆作土方成本共節(jié)?。?4-59）*43250=元。11 工程實例11.1 廣州富力盈凱廣場11.1.1 工程概況珠江新城J1-1地塊（富力盈凱廣場）項目主體工程位于廣州市珠江新城核心商務(wù)區(qū)，用地面積7942 m2，總建筑面積m2，其中地上m2，地下32631 m2，北面是花城大道，南面是富力中心，西面是華夏路，東面是廣州標(biāo)志性建筑西塔。盈凱廣場地上65層，地下5層，塔樓總高度296.5米。開工時間為2009年12月5日，工期為1158日歷天。該工程采用極具光影表現(xiàn)力的鱗片狀玻璃幕墻，外形設(shè)計形似竹節(jié)，為一棟集辦公與酒店于一體的超高層建筑，其中52層以下為辦公樓，53層-65層為柏悅酒店。 圖11.1.1 富力盈凱廣場效果圖11.1.2 施工情況富力盈凱廣場地下室施工過程中，應(yīng)用逆作土方正作開挖施工工法，使地下室逆作土方的開挖效率得到了很大的提升，通過將挖掘機(jī)以及土方車等開至施工作業(yè)面，使土方開挖達(dá)到了正作開挖的效果。11.1.3 工程評價本工法在中國建筑第四工程局有限公司的策劃之下，業(yè)主方、監(jiān)理方等相關(guān)單位的大力支持下，經(jīng)過攻關(guān)、努力和項目的實際應(yīng)用，總結(jié)出“逆作土方正作開挖施工工法”，該工法在本工程的成功應(yīng)用，為解決地下室逆作法施工中土方開挖速率慢，開挖成本高等難題提供參考和幫助；同時極大的提高了出土速率，并且節(jié)約了施工成本，該工法具有廣泛的應(yīng)用和推廣前景。11.2 廣州合景國際金融中心11.2.1 工程概況廣州合景國際金融廣場位于珠江新城華就路與華廈路交叉口東北角。其為商業(yè)、辦公于一體的綜合性大樓， 地上39層，地下5層，總建筑高度198米，總建筑面積平方米。圖11.2.1 合景國際金融中心效果圖11.2.2 工程評價該工法在本工程的成功應(yīng)用，為解決地下室逆作法施工中土方開挖速率慢，開挖成本高等難題提供參考和幫助；同時極大的提高了出土速率，并且節(jié)約了施工成本，該工法具有廣泛的應(yīng)用和推廣前景。1