淺談逆作法施工技術(shù)原理與特點

淺談逆作法施工技術(shù)原理與特點摘要：在近十年內(nèi)隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，大中城市的地下空間隨著地鐵人防和城市隧道的建設(shè)得到了飛速的發(fā)展。在多數(shù)地下工程的施工中，均采用傳統(tǒng)的正作法程序，即：開挖基坑——施工基樁——施工底板——施工地下室豎向構(gòu)件——施工地下室梁板。地下室施工耗費的時間占了整棟樓相當(dāng)大的比例。近幾年來，一種“逆作法”施工新技術(shù)正被逐漸運用并趨于成熟。該技術(shù)適用于市區(qū)建筑密度大，鄰近建筑物及周圍環(huán)境對沉降變形敏感，施工場地狹窄，施工工期緊張，地基軟土層厚等工程情況，對于三層及以上的地下室效果尤為明顯。關(guān)鍵詞：逆作法；深基坑支護；地下連續(xù)墻一、定義“逆作法”(ReversedConstructionMethod)是地下空間開發(fā)的一項新施工技術(shù)。逆作法施工技術(shù)是將高層建筑地下結(jié)構(gòu)自上往下逐層施工，即沿建筑物地下室四周施工連續(xù)墻或密排樁，作為地下室外墻或基坑的圍護結(jié)構(gòu)，同時在建筑物內(nèi)部有關(guān)位置，施工樓層中間支撐樁，從而組成逆作的豎向承重體系，隨之從上向下挖一層土方，一同土模澆筑一層地下室梁板結(jié)構(gòu)，當(dāng)達(dá)到一定強度后，即可作為圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)水平支撐，以滿足繼續(xù)往下施工的安全要求。與此同時，由于地下室頂面結(jié)構(gòu)的完成，也為上部結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造了條件，所以也可以同時逐層向上進行地上結(jié)構(gòu)的施工。注：“順作法”：為了對比，我們把常規(guī)的施工程序，即：先挖基坑(或基槽)→基礎(chǔ)(或底板、承臺)→由下向上施工地下室結(jié)構(gòu)(柱、梁、板)→由地面向上施工地上結(jié)構(gòu)→封頂稱為“順作法”。二、逆作法的基本原理以高層建筑為例。逆作法的工藝原理是：先施工地下室的外墻(地下連續(xù)墻)或打下基坑的圍護結(jié)構(gòu)(灌注樁、止水帷幕)，同時在基坑內(nèi)部按設(shè)計位置打設(shè)支承樁和支承柱，作為整個建筑物施工期間在底板封底之前承受所有豎向荷載(結(jié)構(gòu)自重加施工荷載)的支柱。然后施工地面(±0.00)一層的水平結(jié)構(gòu)(梁板樓面)，與外墻或圍護墻連接，形成剛度很大的頂板支撐。過后，自地面頂板逐層向下開挖土方和澆筑各層地下室結(jié)構(gòu)，直到底板完成澆筑。與此同時，由地面向上逐層進行地上結(jié)構(gòu)施工。如此地面上、下同時進行施工作業(yè)，直到工程結(jié)束，這就是典型的逆作法基本原理。三、逆作法的分類逆作法施工，是以地面(±0.00)一層結(jié)構(gòu)先行澆筑并封閉起來為基礎(chǔ)的。隨著工程實踐，逆作法也日益發(fā)展和豐富。目前可以概括為“全逆作法”、“半逆作法”和“部分逆作法”等幾種類型。全逆作法以“全”字為特點。即：先將地面(±0.00)結(jié)構(gòu)完成，形成全封閉。然后由地面向下逐層施工、同時又由地面向上逐層進行施工的一種方法。半逆作法以“半”字為特點。即：在先將地面(±0.00)結(jié)構(gòu)完成形成封閉后，只向下逐層開挖和修筑地下多層結(jié)構(gòu)直到底板完成。然后自底板由下而上地修建地下室其他部分。至于地面以上的結(jié)構(gòu)，可以在地下室完成以后再向上施工。這種“逆作”僅限于地下，主要是為了解決多層地下室施工帶來基坑支護的困難而受到重視。故可又稱為“基坑工程逆作法”。部分逆作法隨著工程實踐的經(jīng)驗積累，逆作法也因地制宜地有了新的發(fā)展。出現(xiàn)了“部分逆作法”。順-逆結(jié)合法：一個項目，其中主樓為超高層結(jié)構(gòu)，裙房為多層框架結(jié)構(gòu)，而地下室的層數(shù)相同?？紤]到裙房部分希能盡早交付使用產(chǎn)生經(jīng)濟效益，而考慮主樓結(jié)構(gòu)復(fù)雜抗震要求高因而不希望主樓主要豎向受力構(gòu)件(柱)過早地承受施工階段引起的水平力等因素，可以采用“順-逆結(jié)合法”。即：主樓順作法，裙房逆作法。主樓與裙房之間設(shè)置抗震縫(或后澆帶)。而且，在裙房逆作期間，主樓位置又可以作為裙房地下室挖土的取土洞口加以利用。明暗結(jié)合逆作法當(dāng)基坑面積較大(如：地下大型車庫)時，為了加快挖土速度，可以采用“中部明挖、周邊暗挖”，或“首層土明挖，下層土暗挖”等明挖與暗挖相結(jié)合的施工方法。由此形成所謂“盆式挖土法”、“中心島式挖土法”等做法。總的思路即是：先利用基坑四周的土坡抵擋圍護墻外側(cè)的一部分土壓力，控制住變形；讓基坑中部按“順作法“施工；最后再把基坑的周邊土方迅速挖出，打上墊層，澆筑底板，形成整塊基礎(chǔ)。四、逆作法的特點和適用范圍1特點及優(yōu)缺點(1)可縮短施工總工期帶多層地下室的高層建筑，如采用“順作法”施工，其總工期為地下結(jié)構(gòu)工期加地上結(jié)構(gòu)工期，再加裝修等所需工期。而用“逆作法”施工，一般情況下只有地下一層占絕對工期，其他多層地下室可與地上結(jié)構(gòu)同時施工，不占絕對工期。因此，總工期可以有所縮短。例如：廣州新中國大廈，地上43層，地下5層，平均開挖深度19m，由于采用地上、地下同時施工的逆作法，使總工期比常規(guī)施工縮短工期11個月。地下層數(shù)越多，縮短工期越顯著。(2)有利于減小基坑變形、保護周圍環(huán)境逆作法施工是利用地下室的豎向承重結(jié)構(gòu)和水平梁板樓蓋形成剛度很大的支護體系，比設(shè)置臨時支護體系的剛度大得多，因而可以大大減少基坑的變形，也使周圍相鄰的建(構(gòu))筑物、道路和地下管線等的沉降和位移減小，不致影響正常使用和周圍環(huán)境安全。(3)節(jié)約施工場地特別在城市繁華地段，工程四周緊靠交通主干道，紅線以內(nèi)幾乎沒有施工場地可用。如采用“順作法”施工，一旦基坑開挖，給材料運輸、堆放、構(gòu)件制作帶來很大困難。而采用“逆作法”，在首層樓面(±00)完成后，即可用來作為施工用地，運土車和材料運輸車輛也可駛?cè)搿Ｒ虼?，在工程周邊場地狹小的情況下，采用逆作法也是可取的。(4)減少環(huán)境污染由于逆作法施工時是先將首層樓面(±00)整體澆筑，再向下挖土施工，施工中的噪音因樓板阻隔而大大降低，從而減少了對周圍環(huán)境的噪聲污染和揚塵污染(也不需要爆破拆除支撐了)。2適用范圍逆作法比較適用于：建筑群密集、相鄰建筑物較近、地下室層數(shù)較多、深度大和施工場地狹小的高層、多層建筑工程。如：高層建筑、地鐵站、地下車庫、地下廠房、地下變壓站等。五、逆作法現(xiàn)階段所存在的問題逆作法施工的關(guān)鍵技術(shù)逆作法施工很好地解決了施工工期長、對周圍環(huán)境影響大、工程費用高的現(xiàn)狀，但逆作法本身也存在許多亟待解決的問題。1差異沉降問題。在施工基礎(chǔ)底板前，全部的結(jié)構(gòu)和施工荷載主要依靠中柱樁和地下連續(xù)墻承擔(dān)。但是，隨著上部結(jié)構(gòu)施工層數(shù)的增加，對中柱樁和地下連續(xù)墻的荷載也增加，而中柱樁和地下連續(xù)墻的承載能力在減少，勢必導(dǎo)致相鄰中柱樁之間的差異沉降，這種差異又反過來改變上部結(jié)構(gòu)和地下室的內(nèi)力分布，引起附加應(yīng)力。因此，逆作法施工中，在地下室基礎(chǔ)底板完成前，地下連續(xù)墻和中柱樁直接受力，未直接受力的工程樁之間的相互影響依然存在，如果各根中柱樁之間或地下連續(xù)墻之間有較大的差異沉降，已澆筑的樓板與梁系就會產(chǎn)生裂縫,將危及上部結(jié)構(gòu)的安全。所以，逆作法設(shè)計和施工中，必須計算中柱樁間和邊樁與地下連續(xù)墻間的沉降，以及如何通過實測控制他們的差異沉降。2樁承載力問題。當(dāng)前高層建筑樁(筏)基礎(chǔ)與地基工同作用的理論可分為，高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)的常規(guī)設(shè)計理論-強度設(shè)計理論和高層建筑樁(筏)基礎(chǔ)變形控制設(shè)計理論。逆作法施工期間基坑開挖土體應(yīng)力釋放，坑內(nèi)土體回弱，帶動立柱樁上移:地下室及上部結(jié)構(gòu)施工后，樁身承擔(dān)的向下荷載增加。整個過程中，樁身所承受的荷載包括樁身自重、上部荷載、正摩阻力、負(fù)摩阻力、樁端阻力，這些力共同作用的結(jié)果，使樁發(fā)生沉降與抬升的變形。這是一個復(fù)雜的受力過程，為分析方便，可將樁身受力分成2部分，即不考慮樁身自重及上部荷載的作用與只考慮樁身自重及上部外荷載的作用，然后運用疊加原理求得基坑開挖對立柱樁豎向位移的影響結(jié)果。不考慮樁身自重及下部荷載的作用，進樁好像“浮”在土中。基坑開挖后，坑底應(yīng)力釋放，坑內(nèi)土體回彈，帶動聽立柱樁上移，樁身上部承受向上的正摩阻力，樁被抬升，樁身下部土體阻止樁的上移，對樁產(chǎn)生向下的負(fù)摩阻力，正、負(fù)摩阻力最終達(dá)到平衡。樁在正、負(fù)摩阻力的作用下，產(chǎn)生彈性伸長。下部土體對樁產(chǎn)生向下的負(fù)摩阻力，由反作用力，樁對下部土體有向上的作用力，致使樁周與樁端土體垂直應(yīng)力減小，導(dǎo)致樁端土體應(yīng)力釋放，產(chǎn)生膨脹，樁也隨之上升。3逆作法支撐位置受地下室層高的限制，無法調(diào)整高度，如遇較大層高的地下室，有時需另設(shè)臨時水平支撐或加大圍護墻的斷面及配筋。由于挖土是在頂部封閉狀態(tài)下進行，基坑中還分布有一定數(shù)量的中間支承柱和降水用井點管，尚缺乏小型、靈活、高效的小型挖土機械,使挖土的難度增大。但這些技術(shù)問題相信很快