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【结构知识】多图实战讲解:地下室逆作法施工

转自:结构设计-公众号



逆作法按不同分类方法有不同类型,一般按照上部建筑与地下室是否同步施工,分成以下几类:

1)全逆作法

按照地下结构从上至下的工序先浇筑楼板,再开挖该层楼板下的土体,然后浇筑下一层的楼板,开挖下一层楼板下的土体,这样一直施工至底板浇筑完成。在地下结构施工同步进行上部结构施工。上部结构施工层数,则根据桩基的布置和承载力、地下结构状况、上部建筑荷载等确定。

2)半逆作法

地下结构与全逆作法相同,按上至下的工序逐层施工,待地下结构完成后再施工上部主体结构。在软土地区因桩的承载力较小,往往采用这种施工方法。


四、逆作法施工的特点及适用性

逆作法的基本特点体现在三个结合上:1、水平结构构件与基坑支撑相结合,俗称“以板代撑”;2、竖向结构与立柱桩相结合,俗称“一柱一桩”;3、地下室外墙与围护墙体相结合,俗称“两墙合一”。逆作法的基本施工方法是在完成桩墙工程后,进行地面层结构施工,再同步往上往下进行上部结构与地下结构施工。

受多种因素影响,逆作法施工常用于以下几种情况:1、周边环境复杂、周边保护要求极高、文明施工要求高;2、工期要求紧;3、地下室层数多,基坑较深;4、周边场地紧缺、支撑布置困难、距建筑红线距离极近;5、成本控制严格。

五、逆作法基坑施工与常规基坑施工相比,有着诸多显著优势:

1、缩短了结构施工总工期。传统基坑施工方法施工工序是水平交接,而且工序多(包括临时支撑的安装与拆除);而逆作法基坑施工上下部结构平行搭接,且工序少,没有了临时支撑、换撑、拆撑。基坑越深,缩短的总工期越显著。

2、降低工程能耗,节约了资源。逆作法与常规基坑施工相比,采用的是以桩代柱、以板代撑、以围护代墙,从而省去了大量临时结构,节约了大量的物资和人力资源。

3、保护了环境。较顺作法相比,逆作法楼板支撑刚度大,而且是一次变形(无拆撑变形),变形小,对周边环境变形的可控性强。廖创兴金融中心大厦开挖深度28.4米,基坑变形仅21毫米,这在一般顺作法基坑很难达到。此外,逆作法的技术特点满足了封闭施工的原则,减少了施工噪音和扬尘污染,同时也减少了施工造成的城市环境污染。

4、现场作业环境更为合理。逆作法可以利用顶板优先施工的有利条件,进行施工场地的有序布置,解决狭小场地施工安排问题,满足文明施工的要求,此外,下部基坑施工在相对比较封闭的环境中进行,施工受气候影响小。

5、增加了地下空间利用率。与常规基坑开挖相比,逆作法施工对周边环境影响极小,便于从设计上增加地下空间开发面积、层数,而不需要大幅增加围护成本,尤其适用于已开发成熟的市中心区域。

逆作法与顺作法对比情况表


第1节 工程概况

   项目位于厦门,总用地面积5082.019平方米。该工程是集商业、办公于一体的多功能综合性大型的高级写字楼建筑。



本工程地下室采用逆作法施工技术,地下室五层,基坑深23.5 m。基坑围护为地下连续墙厚1m,深度为约31 m34 m;基础为逆作板墙深井灌注桩和抗拔桩。结构形式为圆钢管砼柱框架钢支撑结构体系,楼盖采用压型钢板级组合楼板地下连续墙和桩基础已经专家论证,且基本施工完毕。现场场地标高约-0.480m,基坑底面标高为-23.00m,开挖深度约22.5m


第2节 工程地质和水文地质条件  

场地内岩土层自上而下划分为全新统人工填土层(Q4ml)、第四系全新统海陆交互相沉积层(Q4m)、第四系上更新统坡积层(Q3dl)、第四系花岗岩残积土层(Qel)及燕山晚期岩浆岩风化层等五大类。

   场地浅层土以人工填土和淤泥层为主,均为弱土层,工程性能差,基坑开挖过程易产生较大变形;浅层人工填土透水性好,易发生坑内涌水问题。此外,场地内本身就有原有围护桩、工程桩、立柱桩,浅层有原有建筑垃圾、条石基础、木桩等障碍物,且深层强风化岩层坑内存在孤石问题。

   本工程地下管线分布复杂、数量众多,基底为全风化或强风化岩层,有孔隙潜水和孔隙裂隙承压水,且承压水水头较高,地下连续墙已施工完毕,基坑围护与承重两墙合一。


第3节 工程特点及支护原理

1 工程特点  

综合本工程的地质和水文条件、工程周边环境条件、工程转自:结构设计-公众号图纸,本地下工程具有以下特点:

(1)基坑超深开挖,土方开挖深度达22.5m,而且采用逆作法施工,土方开挖难度大,施工周期长。

(2)采用逆作法施工,采用“二墙合一”,对外墙(地下连续墙)的质量要求高;基坑开挖过程易产生较大变形;浅层人工填土透水性好,易发生坑内涌水问题施工难度大。

(3)场地条件复杂,场地内本身就有原有围护桩、工程桩、立柱桩,浅层有原有建筑垃圾、条石基础、木桩等障碍物,且深层强风化岩层坑内存在孤石问题。

(4)基坑周边的环境复杂,四周道路下埋各种管线繁多,高耸的建行厦距离基坑边仅为15m,在基坑降水作业和土方开挖时,可能造成变形影响,需设置监测点点多面广,协调单位众多。

(5)采用逆作法施工,结构预留预埋多,精度要求高。

(6)地下室五层,基坑周边5~10m范围内有浅基础的民房,在土方开挖阶段须加设临时支撑;在地下室结构形成前也需加设临时支撑。

(7)本工程场地狭窄,地处交通要道,商业与居住的繁华地段,车流量较多且场地狭小,材料堆放及车辆进出难度大地,还得综合考虑地上施工的要求,为其提供合理的施工场地。

(8)工程地理位置显要,工程影响巨大,对文明施工、安全生产以及环境保护的要求高。

2 竖向支护结构

  本工程基坑四周地下连续墙已完成,利用地下连续墙代替全部基础外围结构。

   由于本工程采用逆作法,地下室钢结构工由57根钢管混凝土柱、若干H型钢粱、地下连续墙以及自承压型钢板砼楼板组成一个安全可靠的支撑体系;

地下室钢柱明细表

类型

编号

直径*壁厚

备注

1

ZH-1、ZH-6

1300*36

Q345

2

ZH-2、ZH-5、ZH-8、ZH-11、ZH-14、ZH-17、ZH-19 、ZH-24

1400*36

Q345

3

ZH-9、ZH-10、ZH-15、ZH-16 、ZH-20、ZH-21、ZH-22、ZH-23

1300*32

Q345

4

ZH-3、ZH-4、ZH-7、ZH-12、ZH-13、ZH-18

1200*25

Q345

5

主楼范围外小钢柱

600*16

Q345




钢柱平面布置图


钢柱平面布置图


3 水平工程结构的利用

   本工程基坑的水平支撑是利用已施工的钢管混凝土柱、若干H型钢粱以及自承压型钢板砼楼板组成一个安全可靠的水平支撑体系,随着土方、结构逆作的进行,一层层水平支撑也不断完成,从而确保本工程基坑安全、稳定、可靠。

   基础结构中,±0.000层结构、负一层以及负一层以下的各层结构,基础底板除外,均被利用作为水平支护结构,施工时由上向下逆向施工。

(1)、基坑留设孔洞的原则。在一个平面内开的孔越小,在孔周围的集中应力则越小。我们希望在利用工程结构代替水平支护结构时,将圆孔开深越小越好,以获得较好的受力效果。这将造成部分竖向结构即主楼部分的受力结构不能由下向上连续施工,只能分层采取逆施法,必定会影响主楼结构的整体受力性。因此,孔洞最小的界限应该保证主体基础结构的完整性,并且能够连续正向施工。

(2)、孔洞边缘施工缝的留设与加固。孔洞边缘施工缝的留设应该符合

《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204-92)的要求。根据规范留设的施工缝,在平面呈锯齿状。然而,这样留设的不光滑的孔洞边缘,容易因结构边缘应力分布不均匀而产生破坏裂缝,因此必须在孔洞边缘设置钢筋混凝土环梁或格构式钢筋混凝土环梁。格构式钢筋混凝土环梁是由小截面钢筋混凝土梁组合而成环状受力结构,适用于直径大于60 米的环状受力结构。

(3)、水平结构与竖向结构结合部的设计。水平结构与竖向结构结合部的连接方法直接影响两结构之间的传力效果。实践证明,采用钢筋混凝土环梁连接水平结构与竖向结构的方法,传力效果好,结构稳固可靠。

具体构造方法,在地下连续墙的相应位置留设凹槽,并沿地下连续墙与水平结构的连接处设置连续封闭的钢筋混凝土环梁。

第4节 土方开挖工程

本工程基坑深度达23米,地下室逆作法施工为关键路线,其进度直接制约总工期,而且工期紧、施工安全管理难度大、深基坑稳定性对周边民房影响大,因而地下室逆作施工是本工程的重点和难点。

土方开挖的整体思路为:本工程土方开挖将分为六个阶段完成。

第一阶段为首层正作(明挖)出土阶段:为确保基坑安全,基坑周边10米宽先开挖至-2.950,中部按盆式开挖至-7.050

第二阶段至第三阶段采用逆作(暗挖)出土阶段,采用一个提土设备口和一个挖机转运出土方式出土。

第四阶段至第六阶段采用逆作(暗挖)出土阶段,采用两个提土设备口方式出土。



第5节 施工降水、排水措施

该工程地下五层,基底标高-23.200米,基坑东西长约50米,南北宽60米,自然地坪-1.95米,拟建场地地势平坦,根据地质报告基底为全风化或强风化岩层,有孔隙潜水和孔隙-裂隙承压水,且承压水水头较高,孔隙潜水主要赋存于人工填土层中下段,并以中粗砂素填土(2-3)为主要含水层位,主要受大气降水及侧向地下水补。以原始地形地貌分析,该地下水与西侧海水有直接水力联系。场地内孔隙潜水主要含水地层中粗砂素填土(1-3),块石填土(1-2)属强透水层,富水性属中等~较好。该地下水初见水位与稳定水位一致,埋深为1.6~2.1m,预计最高地下水水位将高于现水位0.5m。

孔隙-裂隙承压水主要赋存于基岩风化带的孔隙与裂隙中。主要含水层为强风化层,次之为全风化等层。属弱透水层,富水性较差,其中散体状强风化(5-2)下段及碎裂状强风化岩(5-3)透水性相对较强,富水性相对较好。受西侧向同类地下水径流补给为主。初见水位一般位于残积土或全风化层顶面附近,埋深为14.5-15.9m,稳定水位为2.6-3.0m。

根据土质,地下水来水范围广,涌水量大,要求排水量大,降水工作长期进行,采用深井井点降水具有不占工作面,降水效果好,能提前降水,对深井灌注桩的挖土创造良好条件。

本工程桩基施工阶段已设置12口深井井点,因而土方开挖及地下室施工阶段可利桩基施工阶段的12口深井井点进行降水。



降水示意图


第6节 土建支护工程施工

1 地下室顶板施工

负一层挖土过程中,插入进下室顶板的结构施工。


2 腰梁施工

负一层腰梁梁高900,梁顶标高为-6.050,梁底标高为-6.950。地下一层土方开挖时,盆边土留设标高为-7.05m,考虑场地土平整及土胎膜施工,完成后的土胎膜面标高为-6.950,平负一层腰梁梁底。




3 地下室负一层结构施工

进行负一层土方开挖过程,在每槽段土方开挖时,负一层钢梁除与负一层环梁连接部分未及时进行安装外,其余全部安装完成。为解决首层楼板封闭后,钢梁吊入及水平搬运困难,在负一层钢梁吊装过程中,将该部分钢梁直接吊至负一层其相应的安装位置附近,待腰梁施工完成后,利用地下室顶板钢梁上的吊装孔,悬挂钢丝绳及葫芦进行吊装。完成该层全部钢梁安装后,插入进行桁架式楼承板的铺设及附加钢筋的绑扎,最后将腰梁上预埋的楼板钢筋与楼承板钢筋进行焊接。

负一层楼板混凝土设计强度等级为C40,浇注时以设计图纸设定的后浇带为界,将负一层楼板分成两块进行浇注(后浇带的位置同首层板)。由于建筑混凝土浇注体量较大,施工时安排一台HBT60、一台HBT80混凝土输送泵进行作业,泵机在场地的布置位置详见施工总平面图。混凝土泵管从北侧采光井内下至负一层楼面后接至地下室东侧并排施工。楼板标高的测量控制方法同首层楼板。由于地下室施工缝两侧环梁几乎同时完工,为防止泵管拆管过程中余留混凝土污染楼面钢筋,而无法进行清理,首先考虑浇注后浇带北侧部分楼板,完成后再浇注后浇带南侧部分楼板。混凝土施工过程中利用振动棒和振动器协同作业,避免因楼面面积过大而出现漏振等质量问题。

4 地下二层至地下四层梁板施工

负二层至负四层结构施工工序与负一层结构施工工序相同,仅在钢梁安装上有差别,负一层钢梁安装采用正常塔吊吊装,负二层以下钢梁安装采用预留吊装洞口的方式,将钢梁通过吊装洞口用塔吊吊至施工作业面后,再通过水平搬运至安装位置进行安装。

5 负五层底板施工

地下室底板施工时,深井灌注桩施工时钻好的降水井要求投入正常作业,保证地下室底板在干燥的环境下进行作业。



6 护壁柱、剪力墙等竖向结构施工

施工完负一层地下室楼板后即可插入本层内扶壁柱的施工,然后根据地下室楼板施工顺序,向下逐层插入。混凝土施工过程中,采用分层浇捣的办法,每层浇捣厚度控制在500mm内,浇注一层后进行振捣一次,直至混凝土浇注完成。混凝土浇捣至环梁下方是,应注意振捣质量,防止环梁下出现空洞等质量问题。

地下室负四、负五层人防部分剪力墙施工时,考虑到逆作施工混凝土浇注较为困难,且两层工作量较小,施工至负三、负四层楼板时,在楼板上剪力墙位置留洞,待负五层施工完毕后,再正作负五、负四层部分剪力墙。

   为便于进行地下室负二层至负五层结构施工,钢构材料能够顺利的吊入地下室进行安装,需从首层开始留设钢结构吊装洞口。由于现场施工场地狭小,西面为唯一车辆通道,进出场车辆较多,为不影响正常的施工,将两个钢结构吊装口留设于地下室顶板的东面与南面。同时,为方便挖掘机在地下室土方施工完成后,能够顺利的从地下室吊至首层板面上,在西南角留设挖机吊出洞口。

第7节  钢结构支护工程施工

   地下室共5层,分2~3节吊装,钢柱首段分为二层一节,第二节为二层,地下室钢结柱定位器安装在地下孔桩钢筋笼及定位器锚栓安装完成后展开。地下钢柱吊装完成后,土建进行地下室开挖。地下室钢梁和斜撑随土建开挖进度紧后进行安装。

(1)地下室负一层及一层钢梁和斜撑在土建开挖完地下一层后进行正作安装。

(2)一层、负一层钢结构安装完成后,负二层及以下钢结构通过预留的构件调运进出口调入地下室,随地下土建开挖进度逆作安装。


   在锚栓架和定位器安装完成后,现场在地上主体结构的北、西侧各布置一台MC480塔吊;考虑到施工现场场地狭窄,将钢构件临时堆放场地布置于钢柱孔桩之间的空地上,并根据现场施工进度及时调整,届时编制详细的施工进度计划及构件进场计划,使构件能有序地按计划进场。

   地下室采用逆作法施工,在钢柱孔桩施工完毕后立即进行锚栓架和定位器的安装,之后进行钢柱的吊装、安装;待钢柱安装至首层楼板结构标高以上位置处,进行地下一层土方的开挖。

负一层及一层钢梁安装:负一层及一层钢梁随槽段土方开挖完成工作面后跟进安装;一层及负一层主楼部分钢梁可正作施工,负一层四周因环梁施工影响,此部分钢梁采取逆作施工。

   地下负2至负5层钢梁安装主要根据土建的施工流程采用逆作法进行逐层施工,利用塔吊将钢梁通过首层专门设置的临时吊装口逐层吊运至地下室,再利用卷扬机将钢梁转运至吊装位置,同时结合安装导链和电动葫芦将钢梁起吊就位。其它地下室楼层钢梁随着逆作法施工土方开挖的进度用同样的施工方法逐层进行安装。

来源:网络


转自:结构设计-公众号

公众号:civilstructure

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作者: ganggouren

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