逆作法理論研究與實(shí)例

張乃恭，劉國超

(天津市勘察院 天津300222)

逆作法理論研究與實(shí)例

張乃恭，劉國超

(天津市勘察院 天津300222)

對逆作法施工技術(shù)原理和施工特點(diǎn)進(jìn)行理論分析研究，并對樁基施工調(diào)垂方法中的氣囊法、機(jī)械調(diào)垂法和導(dǎo)向套筒法 3大類進(jìn)行說明，詳細(xì)闡述了一樁一柱的施工。結(jié)合上海某一逆作法工程，詳細(xì)分析了逆作法在實(shí)際施工過程中樁基施工控制垂直度的方法、工作流程以及注意事項(xiàng)，得出逆作法施工可節(jié)省工期、對鄰近建筑的影響較小等優(yōu)點(diǎn)，以及支撐位置受地下室層高的限制、挖土難度較大等不足。

逆作法 樁基施工 節(jié)省工期

1 施工技術(shù)原理

逆作法施工技術(shù)[1]是高層建筑物目前最先進(jìn)的施工技術(shù)方法。其施工方法為：沿建筑物地下室軸線、周圍施工地下連續(xù)墻或其他支護(hù)結(jié)構(gòu)，以及建筑物內(nèi)部的有關(guān)位置澆筑或打下中間支承樁和柱，作為施工期間于底板封底之前承受上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的支撐。然后將施工地面一層的梁板樓面結(jié)構(gòu)，作為地下連續(xù)墻剛度的支撐，逐層向下開挖土方和澆筑各層地下結(jié)構(gòu)，直至底板封底。由于地面一層樓面結(jié)構(gòu)的完成為上部結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造了條件，所以可以同時向上逐層展開地上結(jié)構(gòu)的施工。地面上、下同時進(jìn)行施工，直至工程結(jié)束。

2 施工適用條件

①開挖面較大(一般 20,000,m2以上)；②距周圍建筑物較近，盡量防止因開挖基坑而引起的鄰近建筑物沉降；③避免土方開挖或其他施工產(chǎn)生的噪音對周圍居民的影響；④需要及早恢復(fù)路面交通，但又缺乏定型覆蓋結(jié)構(gòu)。

3 一柱一樁調(diào)垂施工

鋼立柱的施工必須采用專門的定位調(diào)垂設(shè)備對其進(jìn)行定位和調(diào)垂。目前，鋼立柱的調(diào)垂方法主要有氣囊法、機(jī)械調(diào)垂法和導(dǎo)向套筒法3大類。

3.1 氣囊法

角鋼格構(gòu)柱一般可采用氣囊法進(jìn)行糾正，在格構(gòu)柱上端X和Y方向上分別安裝1個傳感器(見圖1、2)，并在下端四邊外側(cè)各安放 1個氣囊，氣囊隨格構(gòu)柱一起下放到鉆孔中，并固定于受力較好的圖層中。每個氣囊通過進(jìn)氣管與電腦控制室相連，傳感器的終端同樣與電腦相連。系統(tǒng)運(yùn)行時，首先由垂直傳感器將格構(gòu)柱的偏斜信息發(fā)送給電腦，由電腦程序進(jìn)行分析，然后打開傾斜方向的氣囊進(jìn)行充氣，推動格構(gòu)柱下部糾偏，當(dāng)格構(gòu)柱達(dá)到規(guī)定的垂直范圍后，即指令關(guān)閉氣閥停止充氣，同時停止推動格構(gòu)柱。待混凝土灌注至離氣囊下方 1,m左右時，即可拆除氣囊，并繼續(xù)灌注混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

圖1 氣囊平面布置圖Fig.1 Airbag layout

圖2 改良后氣囊平面布置圖Fig.2 Modified airbag layout

3.2 機(jī)械調(diào)垂法

機(jī)械調(diào)垂系統(tǒng)主要由傳感器、校正架、調(diào)節(jié)螺栓等組成。在鋼立柱上端X和Y兩個方向上分別安裝1個傳感器。鋼立柱固定在校正架上，鋼立柱上設(shè)置2組調(diào)節(jié)螺栓，每組共4個，兩兩對稱，兩組調(diào)節(jié)螺栓有一定的高差，以便形成扭矩。測斜傳感器和上下調(diào)節(jié)螺栓在立柱兩對邊各設(shè)置一組。若鋼立柱下端向X正方向偏移，X方向的兩個上調(diào)節(jié)螺栓一松一緊，使鋼立柱繞下調(diào)節(jié)螺栓旋轉(zhuǎn)，當(dāng)鋼立柱達(dá)到規(guī)定的垂直度范圍后，停止調(diào)節(jié)螺栓，同理Y方向的偏差可通過Y方向的調(diào)節(jié)螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.3 導(dǎo)向套筒法

導(dǎo)向套筒法是把校正鋼立柱轉(zhuǎn)化為導(dǎo)向套筒，導(dǎo)向套筒的調(diào)垂可采用氣囊法和機(jī)械調(diào)垂法。待導(dǎo)向套筒調(diào)垂結(jié)束并固定后，從導(dǎo)向套筒中間插入鋼立柱，導(dǎo)向套筒內(nèi)設(shè)置滑輪以利于鋼立柱的插入，然后澆筑立柱樁混凝土，直至混凝土能固定鋼立柱后拔出導(dǎo)向套筒。

導(dǎo)向套筒施工流程如下：

定位→埋設(shè)護(hù)筒→鉆孔→測孔→第 1次清孔→吊鋼筋籠→第 2次清孔→安放格構(gòu)柱→導(dǎo)管→澆混凝土→移機(jī)

氣囊法適用于各種類型鋼立柱的調(diào)垂，且調(diào)垂效果好，有利于控制鋼立柱的垂直度，但氣囊法有一定的形成，若鋼立柱與孔壁間距離過大，鋼立柱就無法調(diào)垂至設(shè)計(jì)要求，因此成孔時孔垂直度控制在 1/200內(nèi)，鋼立柱的垂直度才能達(dá)到 1/300的要求。由于采用帆布?xì)饽遥瑢?shí)際使用中常被鉤破而無法使用，氣囊也經(jīng)常被埋入混凝土中而難以回收。機(jī)械調(diào)垂法是幾種調(diào)垂方法中最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的，但只能用于剛度較大的鋼立柱的調(diào)垂，若用于剛度較小的鋼立柱，在上部施加扭矩時將導(dǎo)致鋼立柱彎曲變形過大，不利于鋼立柱的調(diào)垂。導(dǎo)向套筒法由于套筒比鋼立柱短，故調(diào)垂容易，效果較好，但由于導(dǎo)向套筒在鋼立柱外，勢必使孔徑變大。

3.4 一柱一樁不同強(qiáng)度等級的混凝土施工

豎向支撐體系采用鋼管立柱時，一般鋼管內(nèi)混凝土強(qiáng)度等級高于工程樁混凝土，此時在一柱一樁[2]混凝土施工時應(yīng)嚴(yán)格控制不同強(qiáng)度等級的混凝土施工界面，確保混凝土澆搗施工。水下混凝土灌注至鋼管底標(biāo)高時，即更換高強(qiáng)度等級混凝土，在鋼管內(nèi)混凝土澆筑的同時，在鋼管立柱外側(cè)回填碎石、砂等，阻止管外混凝土上升，混凝土澆筑過程如圖3所示。

4 工程實(shí)例

徐家匯中心華山路地塊，本工程主體結(jié)構(gòu)為兩幢8層商業(yè)辦公樓和2層裙樓(西側(cè)華山路和東側(cè)天平路)，主樓高度約 38.4,m，工程立體效果圖如圖 4所示。普遍區(qū)域設(shè)置 3層地下室，主樓上部結(jié)構(gòu)及地下室結(jié)構(gòu)均為框架結(jié)構(gòu)無核芯筒剪力墻，基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)。基坑面積約為 12,000,m2，周長約為 433,m，平面圖如圖5所示。

本工程基坑總體實(shí)施工況：地上地下結(jié)構(gòu)同步施工，在地下結(jié)構(gòu)施工的同時向上施工地上結(jié)構(gòu)，逆作施工階段完成兩棟主樓地上 8層結(jié)構(gòu)以及西側(cè)裙樓(華山路側(cè))地上 2層結(jié)構(gòu)。除主樓和西側(cè)裙樓區(qū)以外的區(qū)域(即東側(cè)裙樓區(qū)及純地下室區(qū)域)僅完整地下室結(jié)構(gòu)施工，其上部結(jié)構(gòu)需待地下室逆作完成后(即地下室基礎(chǔ)底板完成，一柱一樁外包鋼筋混凝土完成且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后)再進(jìn)行施工。

根據(jù)荷載的不同，主樓逆作區(qū)域(地上同步施工)采用Φ700×22和Φ650×20鋼管混凝土柱，西側(cè)裙樓(華山路側(cè))逆作區(qū)域(地上同步施工)采用Φ550× 16鋼管混凝土柱或 4L200×20角鋼格構(gòu)柱(截面為500×500)，東側(cè)裙樓(天平路側(cè))和純地下室逆作區(qū)域(待逆作結(jié)束后再實(shí)施地上部分)采用由等邊角鋼和綴板焊接而成的 4L200×20(4L180×20)角鋼格構(gòu)柱，其截面為500×500。

圖3 鋼管內(nèi)混凝土澆筑示意圖Fig.3 Steel pipe concrete pouring

圖4 工程立體效果圖Fig.4 Stereo effect of the project

圖5 本工程平面布置圖Fig.5 Engineering layout of the project

本工程φ1,200鉆孔樁最大樁深為82.35,m，為超深樁，其施工時存在如下難度：①最大樁深為82.35,m，為超深樁，本工程采用 GPS-20型鉆機(jī)；②φ1,200鉆孔樁樁端進(jìn)入9層19,m以上，樁身穿越多層粉砂層，累計(jì)穿越砂層厚度約為34,m；③在深孔深度范圍內(nèi)，砂性土層所占比例較大，砂層累計(jì)厚度高，粉砂在泥漿中含量大且沉淀速度較快，會給清孔帶來較大困難；④由于砂層所占比例較大，如泥漿配置不合適，施工時易發(fā)生塌孔、縮頸等現(xiàn)象；⑤成孔的垂直度偏差不大于 1/300，施工質(zhì)量要求高；⑥支撐樁施工流程為，測量樁位中心→埋設(shè) 2,m 長鋼護(hù)筒→鉆進(jìn)成孔→更換小直徑鉆頭后第 1次垂直度檢測→終孔、氣舉一清→加工、吊放鋼筋籠；⑦清孔結(jié)束后孔底500,mm以內(nèi)的泥漿相對密度小于1.20，含砂率小于 4%，泥漿制備要求高；⑧內(nèi)插鋼管立柱或角鋼格構(gòu)柱。成孔垂直度偏差不得大于 1/300，角鋼格構(gòu)柱垂直度偏差不得大于 1/500，鋼管立柱垂直度偏差不得大于 1/600，由于樁孔較深，垂直度要求較高，施工中應(yīng)加強(qiáng)對施工質(zhì)量的控制；⑨插立柱施工流程為，復(fù)測樁位、安放調(diào)直架(見圖 6)→安放測斜管、吊放鋼立柱→經(jīng)緯儀初測→調(diào)直架垂直度精調(diào)→第三方垂直度監(jiān)測→鋼立柱孔口固定→吊機(jī)吊放導(dǎo)管→氣舉二次清孔。

圖6 調(diào)直架對中Fig.6 Straightening frame

插管后施工流程：泵車導(dǎo)管內(nèi)澆灌 C40混凝土至鋼立柱底端以下 1.5,m→改灌 C60混凝土至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上 1,m→對稱、均勻回填碎石，同時繼續(xù)澆灌 C60混凝土→終灌直至滿足超灌要求→樁頂偏移復(fù)測→調(diào)離調(diào)直架。

5 結(jié) 語

該建筑施工技術(shù)使建筑物上部結(jié)構(gòu)和地下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工平行立體作業(yè)，[3]在建筑規(guī)模大、上下層次多時，大約可節(jié)省工時 1/3。受力良好合理，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量小，因而對鄰近建筑的影響亦小。施工可少受風(fēng)雨影響，且土方開挖可較少或基本不占總工期。最大限度利用地下空間，擴(kuò)大地下室建筑面積。一層結(jié)構(gòu)平面可作為工作平臺，不必另外架設(shè)開挖工作平臺與內(nèi)撐，這樣大幅度削減了支撐和工作平臺等大型臨時設(shè)施，減少了施工費(fèi)用。由于開挖和施工的交錯進(jìn)行，逆作結(jié)構(gòu)的自身荷載由立柱直接承擔(dān)并傳遞至地基，減少了大開挖時卸載對持力層的影響，降低了基坑內(nèi)地基回彈量。逆作法存在的不足，如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(hù)墻的斷面及配筋；由于挖土在頂部封閉狀態(tài)下進(jìn)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(diǎn)管，目前尚缺乏小型、靈活、高效的小型挖土機(jī)械，使挖土難度增大，但這些技術(shù)問題相信很快會得到解決。

［1］ 劉建勇. 探析逆作法施工技術(shù)的施工原理及技術(shù)措施[J]. 建筑工程，2011(7)：222-223.

［2］ 李權(quán)武. 淺談“一柱一樁”立柱定位精度控制方法[J]. 科技風(fēng)，2011(1)：128-129.

［3］ 韓超，李雪飛. 淺談逆作法施工[J]. 工程科學(xué)，2010(3)：54-55.

Reverse Building Method：A Theoretical Study with Examples

ZHANG Naigong，LIU Guochao
(Tianjin Survey Institute，Tianjin 300222，China)

Theory analysis and research of technical principle and construction characteristics of the reverse building method were carried out and three vertical pile foundation construction adjusting method categories，including airbag method，mechanical vertical method and guide sleeve method were described．The construction of A Pile of A Columnwas elaborated．Finally，taking a reverse building method engineering in Shanghai as an example，methods，working process and matters needing attention of the pile foundation construction in controlling the vertical degree during actual construction by the reverse building method were analyzed．It is proved that the method has advantages of time saving，less effect on adjacent buildings and disadvantages of the supporting position restricted by basement floors and digging difficulties.

reverse building method；pile foundation construction；time saving

TU745.5

A

1006-8945(2016)01-0042-04

2015-12-20