基于逆作法的高層建筑基坑支護(hù)施工技術(shù)

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)在高層建筑基坑支護(hù)施工中支護(hù)結(jié)構(gòu)變形比較嚴(yán)重、變形量較大，提出基于逆作法的高層建筑基坑支護(hù)施工技術(shù)。首先采用分塊平衡對(duì)稱抽條開(kāi)挖方法開(kāi)展高層建筑基坑土方開(kāi)挖施工，然后利用鉆孔機(jī)械與注漿機(jī)械對(duì)高層建筑基坑進(jìn)行鉆孔和注漿施工，最后利用逆作法將高層建筑基坑支護(hù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，使高層建筑基坑支護(hù)立柱、腰梁和冠梁形成一個(gè)完整的三角形整體受力體系，以此完成高層建筑基坑支護(hù)施工。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，應(yīng)用新設(shè)計(jì)技術(shù)高層建筑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形量小于傳統(tǒng)技術(shù)，更適用于高層建筑基坑支護(hù)施工。

關(guān)鍵詞：逆作法;高層建筑;基坑支護(hù);腰梁;冠梁

0" "引言

高層建筑包括地上部分和地下部分，地下部分指的是高層建筑地下室，通常情況下高層建筑地下室由兩層組成，其具有空間大、高度深的特點(diǎn)，地下室是地下空間開(kāi)發(fā)與利用的主要表現(xiàn)之一。基坑支護(hù)是地下空間進(jìn)行開(kāi)發(fā)與利用的過(guò)程中必不可少的一項(xiàng)施工技術(shù)，其主要作用是保證高層建筑地下施工過(guò)程中的安全與施工后高層建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

就目前而言，基坑支護(hù)施工與設(shè)計(jì)已經(jīng)比較成熟，基坑支護(hù)施工技術(shù)也已經(jīng)比較完善，但是，隨著高層建筑地下空間開(kāi)發(fā)面積的不斷擴(kuò)大，高層建筑基坑支護(hù)施工技術(shù)難度也在不斷加大。

這不僅要求高層建筑基坑支護(hù)施工要具有較高的施工效率，而且還要保證高層建筑基坑支護(hù)施工質(zhì)量，施工后建筑結(jié)構(gòu)以及支護(hù)結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生橫向與垂直方向的位移和變形[1]。

目前，現(xiàn)有的施工技術(shù)在高層建筑基坑支護(hù)的實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)構(gòu)受力仍然缺乏均衡性，最大承載力小于載荷，不能有效滿足高層建筑基坑支護(hù)的要求。支護(hù)結(jié)構(gòu)容易發(fā)生變形現(xiàn)象，且變形量也比較大。為此本文提出基于逆作法的高層建筑基坑支護(hù)施工技術(shù)研究。

1" "高層建筑基坑支護(hù)施工

1.1" "高層建筑基坑開(kāi)挖

高層建筑基坑支護(hù)施工的首要施工步驟是基坑開(kāi)挖，根據(jù)高層建筑基坑支護(hù)施工的需求，某工程采用分塊平衡對(duì)稱抽條開(kāi)挖的方法。

這種施工方法可以在一定程度上控制高層建筑基坑出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，同時(shí)還可以有效減少開(kāi)挖施工量。分塊平衡對(duì)稱抽條開(kāi)挖施工可以分為3次，其施工過(guò)程主要包括以下幾個(gè)方面：

為了減少土方開(kāi)挖對(duì)已經(jīng)完成的高層建筑地基以及周圍地質(zhì)環(huán)境的不利影響，同時(shí)減少對(duì)高層建筑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力，高層建筑基地第一次土方開(kāi)挖采用卸載開(kāi)挖方式施工。

卸載開(kāi)挖方式所涉及的施工內(nèi)容主要包括挖土、運(yùn)土、卸土。開(kāi)挖盆頂標(biāo)高為基坑標(biāo)高的1/15，盆地標(biāo)高不能超過(guò)盆頂標(biāo)高的2倍，盆頂標(biāo)高和盆地標(biāo)高的設(shè)定需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定[2]。開(kāi)挖過(guò)程中，盆邊要預(yù)留8.5～10.5m寬土體，按照1：2放坡開(kāi)挖。

第二次高層建筑基坑土方開(kāi)挖的盆頂標(biāo)高，要比第一次的多5～7m，并且盆地標(biāo)高也要比第一次的多8～10m。開(kāi)挖過(guò)程中，盆邊也要預(yù)留8.5～10.5m寬土體，放坡比例需與第一次相同。

第三次高層建筑基坑土方開(kāi)挖的盆頂標(biāo)高，需要要比第二次的多2～3m。盆地標(biāo)高為高層建筑基坑基地的標(biāo)高，開(kāi)挖過(guò)程中盆邊預(yù)留土體寬度和放坡比例，與前兩次需要保持一致，并且保持不變。

3次土方開(kāi)挖施工均采用挖土機(jī)設(shè)備，作為高層建筑基坑土方開(kāi)挖機(jī)械設(shè)備。采取抽條開(kāi)挖的方式，對(duì)高層建筑基坑邊坡土方開(kāi)挖。抽條開(kāi)挖是當(dāng)高層建筑基坑中部底板達(dá)到一定的強(qiáng)度之后，將整個(gè)高層建筑基坑土方均勻分成5份。

每個(gè)挖土點(diǎn)按照25m的距離，間隔開(kāi)挖高層建筑邊坡土方，并且每部分必須要在24h內(nèi)完成開(kāi)挖施工。開(kāi)挖的時(shí)間如果過(guò)長(zhǎng)，會(huì)極大地影響高層建筑基坑變形。最后使用抓斗裝車將挖出的土料運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)，并完成卸土施工的任務(wù)。

1.2" "高層建筑基坑鉆孔及注漿

在完成基坑土方開(kāi)挖施工之后，進(jìn)入高層建筑基坑鉆孔機(jī)注漿施工階段。在鉆孔及注漿施工之前，需要按照高層建筑基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行制作。支護(hù)結(jié)構(gòu)材料需要采用直徑為50mm、厚度為5.5mm的鋼管。

在鋼管的一端設(shè)置出漿孔。漿孔的直徑范圍需要在100～150mm之間，漿孔不能過(guò)大也不能過(guò)小。漿孔過(guò)大會(huì)增加水泥砂漿下沉的速度，而且對(duì)高層建筑基坑也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)額外的重力。漿孔過(guò)小會(huì)影響高層建筑基坑支護(hù)施工的效率。

漿孔直徑要始終保持一定的長(zhǎng)度，并且在鋼管有漿孔的一端焊接漿管和攪拌葉片。漿管的作用是使水泥砂漿導(dǎo)入到鉆孔的底部，攪拌葉片的作用是在注漿的過(guò)程中將水泥砂漿內(nèi)的氣泡排出去，降低基坑支護(hù)樁的空隙率[3]。

使用專用鉆孔設(shè)備在高層建筑基坑底部進(jìn)行鉆孔，鉆孔參數(shù)需要根據(jù)高層建筑基坑支護(hù)設(shè)計(jì)。根據(jù)高層建筑基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，確定鉆孔的孔位、孔徑以及鉆進(jìn)角度。將鉆孔設(shè)備的鉆進(jìn)速度控制在0.75～1.25m/min之間，鉆頭旋轉(zhuǎn)的速度需要控制在55～75r/min之間。

鉆孔設(shè)備鉆進(jìn)的過(guò)程中需要進(jìn)行注漿施工，也就是鉆孔與注漿施工要同步進(jìn)行，以保證高層建筑基坑支護(hù)施工的效率。將制作好的高層建筑基坑支護(hù)鋼管插入到鉆孔內(nèi)，并且按照水灰比為0.45調(diào)制的水泥砂漿，注入到支護(hù)鋼管內(nèi)。

為了保證高層建筑基坑支護(hù)注漿量均勻，當(dāng)鉆孔設(shè)備的鉆頭達(dá)到事先設(shè)計(jì)好的深度時(shí)，將鉆孔設(shè)備的旋轉(zhuǎn)葉片按照反方向旋轉(zhuǎn)，并將可變徑葉片最大程度張開(kāi)，通過(guò)不斷改變鉆孔設(shè)備的鉆孔方向，將高層建筑基坑鉆孔形成糖葫蘆形狀。這樣注漿之后的基坑支護(hù)樁，就會(huì)變成一個(gè)糖葫蘆形狀的水泥圓柱體，有利于增加高層建筑基坑支護(hù)的承載力。

1.3" "基于逆作法的節(jié)點(diǎn)連接施工

在上述基礎(chǔ)上，采用逆作法對(duì)高層建筑基坑支護(hù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，其施工過(guò)程主要包括以下幾點(diǎn)。

首先進(jìn)行逆作結(jié)構(gòu)施工縫處理。考慮到高層建筑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的防水和抗剪性能，利用止水鋼板和遇水膨脹條將高層建筑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)梁與預(yù)留槽鋼連接起來(lái)[4]。

然后對(duì)高層建筑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋進(jìn)行處理。由于高層建筑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)比較密集，并且梁柱主筋硬度較高，在對(duì)其進(jìn)行連接的過(guò)程中，很難穿越支護(hù)結(jié)構(gòu)一柱一樁格構(gòu)柱部位。因此，在高層建筑基坑支護(hù)格構(gòu)柱上采用雙面焊點(diǎn)焊的方式，對(duì)結(jié)構(gòu)上的過(guò)渡鋼板、梁主筋以及鋼板進(jìn)加焊施工，以此將高層建筑基坑支護(hù)梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固連接[5]。

最后，對(duì)高層建筑基坑支護(hù)豎向構(gòu)件進(jìn)行混凝土施工。施工過(guò)程中需要分兩次逆作支模：第一次逆作支模高度需要在3.5～4.5m之間，以便于高層建筑基坑支護(hù)格構(gòu)柱振搗混凝土[6]。第二次逆作支模的距離為第一次逆作支模頂端到支護(hù)頂端，通過(guò)兩次逆作支模，將高層建筑基坑支護(hù)豎向構(gòu)件用混凝土連接在一起。

通過(guò)以上逆作施工，將高層建筑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的橫向構(gòu)件與豎向構(gòu)件進(jìn)行相互連接，形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的支護(hù)整體，通過(guò)這種方式即可完成基于逆作法的高層建筑基坑支護(hù)施工。

2" "實(shí)驗(yàn)論證分析

實(shí)驗(yàn)以某高層建筑基坑為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，該高層建筑基坑面積為2364.15m2，基坑高度為1264.25m。利用此次設(shè)計(jì)技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)該高層建筑基坑進(jìn)行支護(hù)施工。該高層建筑基坑土層物理學(xué)參數(shù)如表1所示。

根據(jù)該高層建筑基坑土層物理情況，將土方開(kāi)挖施工中第一次盆頂標(biāo)高設(shè)定為8.5m，盆地標(biāo)高設(shè)定為15.5m;第二次盆頂標(biāo)高設(shè)定為13.5m，盆地標(biāo)高設(shè)定為23.5m;第三次盆頂標(biāo)高設(shè)定為15.5m，盆地標(biāo)高設(shè)定為25.5m。

開(kāi)挖過(guò)程中盆邊土體預(yù)留厚度為9.3m。鉆孔設(shè)備采用的是SHIFA-SA26F型鉆孔機(jī)，鉆機(jī)鉆進(jìn)速度為0.95m/min，鉆頭旋轉(zhuǎn)速度為65r/min，鉆孔的數(shù)量為56個(gè)。注漿設(shè)備為ASHUDA/5ASD6型注漿機(jī)，注漿的速度為3.16m/min，注漿的總量為18.45t。

逆作施工中連接的支護(hù)梁柱節(jié)點(diǎn)數(shù)量為345個(gè)，整個(gè)支護(hù)施工的時(shí)間為23天。在支護(hù)施工完成的第60天以后，需要利用變形測(cè)量器，對(duì)高層建筑基坑支護(hù)變形的實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)量。支護(hù)樁數(shù)量為85根，隨機(jī)抽選7根支護(hù)樁作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其變形情況如表2所示。

從表2中數(shù)據(jù)分析，可以得出以下結(jié)論：應(yīng)用此次設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)展高層建筑基坑支護(hù)施工，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大變形量為0.06°，最小變形量?jī)H為0.01°，小于該高層建筑基坑支護(hù)最大變形限值。而應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)開(kāi)展高層建筑基坑支護(hù)施工，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大變形量為6.26°，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)技術(shù)和最大變形限值。

分析認(rèn)為，因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用逆作法對(duì)支護(hù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，使高層建筑基坑支護(hù)立柱、腰梁和冠梁形成一個(gè)完整的三角形整體受力體系，在一定程度上，提高了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度以及抗彎強(qiáng)度，從而使基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)不容易出現(xiàn)變形的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，此次設(shè)計(jì)施工技術(shù)能夠有效保證高層建筑基坑支護(hù)施工的質(zhì)量，減小高層建筑基坑支護(hù)的變形問(wèn)題，相比較傳統(tǒng)技術(shù)更適用于高層建筑基坑支護(hù)施工。

3" "結(jié)語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)高層建筑基坑支護(hù)施工技術(shù)存在的問(wèn)題，考慮到高層建筑基坑支護(hù)穩(wěn)定性和牢固性，以逆作法作為理論依據(jù)，筆者設(shè)計(jì)一種新的高層建筑基坑支護(hù)施工技術(shù)。本文對(duì)于提高高層建筑基坑支護(hù)施工的質(zhì)量，推廣逆作法在基坑支護(hù)中的有效應(yīng)用，都具有良好的現(xiàn)實(shí)意義。

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