逆作法施工原理技术详细.docx

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逆作法施工原理技术详细

逆作法

概念

逆作法施工技术的原理是将高层建筑地下结构自上往下逐层施工,即沿建筑物地下室四周施工连续墙或密排桩,作为地下室外墙或基坑的围护结构,同时在建筑物内部有关位置,施工楼层中间支撑桩,从而组成逆作的竖向承重体系,随之从上向下挖一层土方,一同土模浇筑一层地下室梁板结构,当达到一定强度后,即可作为围护结构的内水平支撑,以满足继续往下施工的安全要求.与此同时,由于地下室顶面结构的完成,也为上部结构施工创造了条件,所以也可以同时逐层向上进行地上结构的施工.

描述

据统计,我国建成的高层建筑累计已超过1.3亿平方米,高度超过100米的超高层建筑已超过222幢.高层建筑最深的地下室基坑为6层,深度-26.2米.国外已达13层.深基坑支护方法很多,而且有的方法尚在不断发展之中,每一种基坑支护都有各自的适用条件和一定的局限性.所以,对施工方案的选择应慎之又慎,否则一旦出现深基坑支护倒塌事故,不仅给工程造成重大经济损失,还对周围环境造成不良影响.逆作法就是一项近几年发展起来新兴的基坑支护技术.它是施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的有效方法.在国外如美、日、德、法等国家,已广泛应用,收到较好的效果.例如:

日本的读卖新闻社大楼,地上9层、地下6层.采用逆作法施工,总工期只用22个月,与日本采用传统施工方法施工的类似工程相比,缩短工期6个月.又如美国芝加哥水塔广场大厦,75层、高203米,4层地下室,用18米深地下连续墙和144根大直径灌注桩作为中间支承柱,用逆作法进行施工,当该工程地下室结构全部完成时,主楼上部结构已施工至32层.

虽然逆作法的施工工艺和相关理论都取得一定成果,应用也有一定的普及,但仍作为一种特殊施工方法应用,主要用于对工程有特殊要求,或用传统方法施工满足不了要求而又十分不经济的情况下.

分类

全逆作法

当逆作地下结构的同时还进行地上结构的施工,则称为全逆作法.

半逆作法

当仅逆作地下结构而并不同步施工地上结构时,则称为半逆作法.

部分逆作法

部分结构采用顺作法,部分采用逆作法的地下施工方法.

分层逆作法

此方法主要是针对四周围护结构,是采用分层逆作,不是先一次整体施工完成.分层逆作四周的围护结构是采用土钉墙.

工艺特点

（1）可使建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业,在建筑规模大、上下层次多时,大约可节省工时1/3.

（2）受力良好合理,围护结构变形量小,因而对邻近建筑的影响亦小.

（3）施工可少受风雨影响,且土方开挖可较少或基本不占总工期.

（4）最大限度利用地下空间,扩大地下室建筑面积.

（5）一层结构平面可作为工作平台,不必另外架设开挖工作平台与内撑,这样大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施,减少了施工费用.

（6）由于开挖和施工的交错进行,逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基,减少了大开挖时卸载对持力层的影响,降低了基坑内地基回弹量.

（7）逆作法存在的不足,如逆作法支撑位置受地下室层高的限制,无法调整高度,如遇较大层高的地下室,有时需另设临时水平支撑或加大围护墙的断面及配筋.由于挖土是在顶部封闭状态下进行,基坑中还分布有一定数量的中间支承柱和降水用井点管,尚缺乏小型、灵活、高效的小型挖土机械,使挖土的难度增大.但这些技术问题相信很快会得到解决.

经济效益

采用逆作法,一般地下室外墙与基坑围护墙采用两墙合一的形式,一方面省去了单独设立的围护墙,另一方面可在工程用地范围内最大限度扩大地下室面积,增加有效使用面积.此外,围护墙的支撑体系由地下室楼盖结构代替,省去大量支撑费用.而且楼盖结构即支撑体系,还可以解决特殊平面形状建筑或局部楼盖缺失所带来的布置支撑的困难,并使受力更加合理.由于上述原因,再加上总工期的缩短,因而在软土地区对于具有多层地下室的高层建筑,采用逆作法施工具有明显的经济效益.一般可节省地下结构总造价的25%~35%.

环境效益

噪音方面

由于逆作法在施工地下室时是采用先表层楼面整体浇筑,再向下挖土施工,故其在施工中的噪音因表层楼面的阻隔而大大降低,从而避免了因夜间施工噪音问题而延误工期.

扬尘方面

通常的地基处理采取开敞开挖手段,产生了大量的建筑灰尘,从而影响了城市的形象;采用逆作法施工,由于其施工作业在封闭的地表下,可以最大限度的减少扬尘.

社会效益

交通方面

由于逆作法的采取表层支撑,底部施工的作业方法,故在城市交通土建中大有用武之地,它可以在地面道路继续通车的情况下,进行道路地下作业,从而避免了因堵车绕道而产生的损失.

逆作法

+0.00层平板结构先完成,可以利用结构本身作内支撑.由于结构本身的侧向刚度是无限大的,且压缩变形值相对围护桩的变形要求来讲几乎等于零.因此,可以从根本上解决支护桩的侧向变形,从而使周围环境不至出现因变形值过大而导致路面沉陷、基础下沉等问题,保证了周围建筑物的安全.

施工

地下连续墙与土体之间粘结力和摩擦力不仅可利用来承受垂直荷载,而且还可充分利用它承受水平风力和地震作用所产生建筑物底部巨大水平剪力和倾覆力矩,从而大大提高了抗震效应.我国是个地震多发区,对地震的防治是必不可少的,从建筑业角度来说,采用适宜的施工工艺便可将地震带来的危害降低到最小,逆作法施工便具有这样的优点,所以在深基坑支护中大量运用逆作法具有广泛的社会效益.

应用

推广应用逆作法,能够提高地下工程的安全性,可以大大节约工程造价,缩短施工工期,防止周围地基出现下沉,是一种很有发展前途和推广价值的深基坑支护技术,在辽宁、上海、广州这类地区应用逆作法施工高层建筑深基坑较多.较典型的有上海特种基础工程研究所办公楼,位于上海西南角徐家汇天钥桥路.该建筑物地下2层,地上5层,底板埋置深度为-7.30米.为了探索基础结构与上部结构同时施工,以期缩短施工总工期,大楼采用了逆作法施工技术并取得了成功.又如,由上海第二建筑工程公司施工的恒积大厦工程以逆作法施工地下4层、地上22层,基坑深17米,施工仅用了5个月,整个工期明显加快,并减少支撑费用400万元,周边管线沉降仅为15米米,四周道路及民房位移均在5米米以内,取得了显著的经济效益和社会效益.由此在上海地区掀起了一股逆作法热,其后相继有明天广场、京沙住业大厦等数十项工程采用逆作法施工.

逆作法施工

1逆作法施工中的节点设计和施工要求

逆作法施工的结构节点设计,需要满足下列要求:

（1）要求既满足结构永久受荷状态下的设计要求,又要满足施工状态下的受荷要求.即节点设计既要符合结构设计规范的要求,又要满足施工工况受荷条件下的受力要求.

（2）节点形式和构造必须在工艺上满足现有的工艺手段与施工能力.即设计的节点是可行的、可操作的,在满足受力前提下愈简单愈好.

（3）节点构造必须满足抗渗防水要求,不要因为节点施工降低了抗渗,造成永久性的渗漏.

（4）不要影响建筑物的使用功能,如不能占用过大空间等.

2支撑柱与梁板节点设计与施工

在逆作施工中,中间支撑柱与梁板节点的设计与施工,主要是解决梁钢筋如何穿过中间支撑柱或与中间支撑柱连接,保证在复合柱完成后,节点质量和内力分布与设计计算简图一致.该节点的设计和施工主要取决于中间支撑柱的结构形式.

 当中间支撑柱采用钢格构柱形式时,中间支撑柱与梁钢筋的连接方法主要有:

在中间支撑柱型钢上钻孔以穿过梁钢筋的钻孔钢筋连接法和在中间支撑柱的型钢翼缘处焊接传力钢板以焊接连接梁板受力钢筋的传力钢板法.前者节点简单、柱梁接头混凝土浇筑质量好但是在型钢上钻孔削弱了截面,使承载力降低.后者可以解决钻孔过多导致梁钢筋无法定位穿越的问题,但材料消耗大,施工工艺复杂,传力钢板下面的焊缝施焊困难,钢板下面混凝土的浇筑质量难以保证.

 当中间支撑柱采用钢管混凝土柱时,前述两种方法也可以采用,多以后者为主.采用后者时形式很多,常用的有钢牛腿和接驳器两种形式.前者是在钢管表面焊接钢牛腿,通过钢牛腿连接钢筋与钢管,达到传递弯距与剪力的目的.后者则是在钢管表面焊接环型钢板,传递结构剪力.钢筋连接接驳器直接与钢管焊接,传递结构弯矩.

 目前这二种方法在实际逆作法施工中存在很大的缺陷.一是现场焊接,焊缝高,焊接融化会对钢管柱受力产生影响.二是地下室配筋量大,采用的钢牛腿或接驳器量大,现场焊接条件又较差,会影响工程工期、质量与成本.三是大量焊接废气的产生会影响作业环境.所以针对钢管混凝土中间支撑柱与梁的连接节点,通过双梁节点的设计使节点处理工厂化,达到简化梁板结构与钢管砼柱连接节点的目的,从而产生一种新型单柱双梁钢管混凝土组合结构节点.

由由国际广场工程占地面积三万余平方米,地下两层,挖深最深达17米左右,基坑平面呈不规则的多边形.工程采用裙楼逆作、主楼顺作的半逆作法进行施工,围护体系为钻孔灌注桩挡土结合深层搅拌桩止水的复合围护形式,逆作施工时的竖向荷载由一柱一桩形式布置的450×450米米钢格构立柱承担.其中间支撑格构柱与框架梁的相交节点处理采用钻孔钢筋连接法,见图

图1由由国际广场中间支撑住与梁的相交节点图

由于逆作施工水平结构梁板时,框架梁的钢筋将穿越工程中处于未来框架柱位置的钢格构立柱.同时,由于逆作法利用水平梁板代支撑的原因,逆作区域的框架梁配筋也往往较正常使用区域的框架梁大许多,梁钢筋在直径加大的同时布置得也更加密集.针对该情况,采用了如下的节点处理原则:

①框架梁钢筋必须按设计要求通长布置或锚入支座,严禁在钢格构柱处直接切断.

②尽量让框架梁钢筋从格构柱侧面绕过格构柱,在相交节点处可适当对框架梁作加腋处理.

③当框架梁钢筋因太密集而不能直接绕过格构柱时,可与设计协商,在作适当的补强加固措施后,对格构柱角钢作开孔处理供钢筋穿过.

 兴业大厦工程位于黄浦区183号地块,占地面积7856.8米2,主楼部分十九层,高度为82.5米,地下三层,埋深14.00米.地上部分总建筑面积55783米2,地下部分总建筑面积18889米2.主体结构为钢筋砼框架剪力墙体系,大楼地下部分采用全逆作法施工,柱为钢管砼柱,底板浇筑前为一柱一桩.围护采用地下连续墙（兼作地下室外墙即二墙合一）.逆作法阶段结构受力为支承桩,主要是指一柱（上部φ609钢管砼柱）一桩（下部φ900钻孔灌注桩）,共72根.对于钢管柱与梁的节点部位的处理为:

钢管柱节点处通过钢牛腿连接钢筋.由一个“I”字型牛腿改为上下二个“T”字型牛腿.8根梁钢筋焊接在钢牛腿上,其余从钢管周围穿过,见图

图2兴业大厦中间支撑柱与梁的相交节点

长峰商城位于长宁区地铁2号线中山公园站即长宁路、汇川路、凯旋路合围处.主体结构为一幢10层裙楼和60层（框-剪结构）主楼组成.地下四层单层面积22000米2,最大开挖深度达24米,且周边紧邻地铁2号线（最近处距离仅1.9米）和明珠轻轨线.裙楼采用框架结构,主楼采用核心筒体结构,38层以下采用Υ550×16、Υ500×12、Υ400×12圆钢管型劲性柱结构,基础形式均采用筏式基础.长峰商城基坑深度分别为主楼19.55米（4000米米厚底板处）、20.55米（5000米米厚底板处）、21.80米（6250米厚底板处）;裙楼为18.75米、局部电梯井为20.95米.采用钻孔灌注桩桩径850米米、桩深72.50米.地下室外墙采用800米米（非地铁侧）和1000米米（地铁侧）厚两墙合一的地下连续墙作为围护挡土墙,裙楼利用结构梁板、主楼利用结构次梁作为水平支撑,利用Υ550×16的钢管和475×475格构柱的一柱一桩作为逆作竖向承重体系.该工程采用裙楼逆作、主楼顺作