上海软土地基逆作法施工技术介绍

上海软土地基逆作法施工技术介绍

上海软土地基 逆作法施工技术介绍 1 、绪 论 2 、逆作法设计 3 、逆作法施工技术 4 、逆作法工程实例 5 、逆作法发展趋势展望 目 录 第一章 绪 论 我国的高层建筑越来越多，地下室也越来越深，已达到地下 6 层。我市的 500KVA 世博输变电站地下室挖深达 30.4 米，为目前国内最深的基坑。且地铁建设的增多，车站的挖深也越来越深，动辄超过 20 米，基坑工程的施工风险随之增加。目前深基坑支护方法很多，而且在不断发展之中，每一种基坑支护都有各自的适用条件和一定的局限性。所以支护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。 逆作法是一项近年发展起来新兴的基坑支护技术，在国内外已广泛应用，收到较好的效果。如： 1 ）上海市的明天广场； 2 ）日本读卖新闻社大楼； 3 ）美国芝加哥水塔广场大厦。 　　 1.1 前 言： 第一章 绪 论 逆作法 ( 逆筑法 ) 在西方一些国家称之为 up-down method 意思是指从上往下施工的方法，在日本称之为逆打工法 (Slab Substitute Shore 简称 sss 法，意思是指用楼板代替支撑的方法 ) 。这种工法最早在意大利米兰得以首次使用，当时是在马路下施工地下连续墙，另一半马路仍旧通车，一边地下连续墙做好了之后，再做另一边墙。连续墙施工完毕之后，利用半夜时间，打开一小段马路，进行挖土运土，接着在地下墙上架设析架，上铺临时路面。在析架下浇筑顶板，然后设置支撑，继续挖土，直至浇好底板。这种米兰做法为逆作法施工的先驱。其后随着地下连续墙在欧洲、美国及日本的传播和发展逆作法施工也逐渐在这些国家发展起来。逆作法是施工高层和超高层浇筑多层地下室和其它多层地下结构的有效方法。 1.2 逆作法发展历史及现状： 第一章 绪 论 目前如美、日、德、法等国家，在多层地下室和多层地下结构施工中已广泛应用，收到较好的效果。世界最高的钢筋混凝土结构， 75 层高 203 二的美国芝加哥水塔广场大厦的 4 层地下室，即用 18m 深的地下连续墙和 144 根大直径钻孔灌注桩做中间支撑柱，以逆作法进行施工的。法国巴黎拉弗埃特百货大楼的 6 层地下室、日本读卖新闻社大楼 6 层地下室等都是用逆筑法施工的 152 。高层建筑地下室逆作法在欧美等发达国家用得不多，而在日本用得比较多。据了解日本的高层建筑地下室的基坑围护，有近四分之一的施工方法用的是逆作法。我国对逆作法研究和施工运用较迟，虽然在八十年代上海市基础公司曾搞过一个试验性工程，但由于在信息化施工等方面的技术条件不具备，所以没有在更大的工程上推广。九十年代初，上海地铁一号线工程在淮海路上同时有三个地铁车站开工。 1.2 逆作法发展历史及现状： 第一章 绪 论 当时施工进度要求很急，市里明确规定 : 作为繁华商业区的淮海路交通中断不能超过十个月。为此，在 16m 多深的地铁车站多层地下室施工中，采用了一明二暗的半逆作法施工方法，即车站顶板先施工，再进行下部各层板和基础底板的施工，这一方法大大缩短了淮海路交通中断的时间，也为逆作法施工工程的进一步开展积累了经验 171 。到九十年代中期，上海高层建筑地下室用逆作法施工的工程己逐渐多起来，如上海横积大厦、明天广场、京沙住业大厦、森茂大厦、海洋大厦等均为逆作法施工。由于这个施工方法能缩短工期，有减少挡墙变位对周边环境影响小等优点，在上海地区掀起了一股逆作法热。另外，由于媒介的传播，此法的优点也被其它省市接受，在北京、天津、厦门、南京、杭州、广州和昆明等地也均有工程运用了逆作法施工。 地下工程逆作法作为一种新的方法，将会得到工程界越来越多的重视和广泛应用。 1.2 逆作法发展历史及现状： 第一章 绪 论 先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后施工地面一层的梁板楼面结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。同时，由于地面一层的楼面结构已完成，为上部结构施工创造了条件，所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。 　　 1.3 逆作法原理： 第一章 绪 论 1.3 逆作法原理： 工程桩 临时柱 B1 板 B0 板 地下连续墙 底板 永久柱 F1 F2 第一章 绪 论 1 ）全逆作法：利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板对四周围护结构形成水平支撑。楼盖混凝土为整体浇筑，然后在其下掏土，通过楼盖中的预留孔洞向外运土并向下运入建筑材料。 2 ）半逆作法：利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板中先期浇筑的交叉格形肋梁，对围护结构形成框格式水平支撑，待土方开挖完成后再二次浇筑肋形楼板。 3 ）部分逆作法：用基坑内四周暂时保留的局部土方对四周围护结构形成水平抵挡，抵消侧向压力所产生的一部分位移。 1.4 逆作法分类： 第一章 绪 论 1.4 逆作法分类： 明天广场 城市规划展示馆 恒积大厦 全逆作施工工程 城市航站楼 第一章 绪 论 1.4 逆作法分类： 兴业银行大厦 半逆作施工工程 长峰商城 廖创兴大厦 兴业银行大厦 第一章 绪 论 1.4 逆作法分类： 顺作逆作混合施工法工程 河南路地铁站 陕西南路地铁站 第一章 绪 论 优点： 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 ）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。 缺点： 1 ）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。 2 ） 挖土作业空间狭小，不利于规模机械化施工、土方施工困难 3 ） 结构接头处理多 4 ） 对围护结构施工精度要求高 1.5 逆作法优缺点： 第二章 逆作法设计 由于逆作法可以使地下主体结构设计更加趋于合理，因此，采用地下主体结构逆作法施工的结构要求设计和施工紧密结合，这样才能保证结构设计的合理，也是逆作法工程成败的关键。 2.1 设计与施工紧密结合的原则： 总体设计主要包括两个方面： 1 ） 逆作法流程设计：即逆作法施工的时间顺序和空间顺序； 2 ） 逆作法的结构整体分析：根据逆作法的施工流程，分析结构在不同施工阶段的受力及变形机理，进行总体概念设计。 2.2 逆作法的总体设计： 第二章 逆作法设计 由于逆作法可以使地下主体结构设计更加趋于合理，因此，采用地下主体结构逆作法施工的结构要求设计和施工紧密结合，这样才能保证结构设计的合理，也是逆作法工程成败的关键。 2.1 设计与施工紧密结合的原则： 总体设计主要包括两个方面： 1 ） 逆作法流程设计：即逆作法施工的时间顺序和空间顺序； 2 ） 逆作法的结构整体分析：根据逆作法的施工流程，分析结构在不同施工阶段的受力及变形机理，进行总体概念设计。 2.2 逆作法的总体设计： 第二章 逆作法设计 由于逆作法可以使地下主体结构设计更加趋于合理，因此，采用地下主体结构逆作法施工的结构要求设计和施工紧密结合，这样才能保证结构设计的合理，也是逆作法工程成败的关键。 2.1 设计与施工紧密结合的原则： 总体设计主要包括两个方面： 1 ） 逆作法流程设计：即逆作法施工的时间顺序和空间顺序； 流程设计时应考虑以下几方面：工程的具体条件和要求 、主体结构形式 、施工的可操作性 。 2 ） 逆作法的结构整体分析：根据逆作法的施工流程，分析结构在不同施工阶段的受力及变形机理，进行总体概念设计。 逆作法是一个分步的施工过程，结构的主要受力构件兼有临时结构和永久结构的双重功能，其结构形式、刚度、支承条件和荷载情况随开挖过程不断变化， 2.2 逆作法的总体设计： 第二章 逆作法设计 1 ）出土口、进料口； 2 ） “一柱一桩”的定位； 3 ）模板体系； 2.3 逆做法设计时应考虑以下施工问题： 当采用地下连续墙与主体地下结构外墙相结合时，其设计方法因地下连续墙布置方式（即与主题结构的结合方式）不同而有差别。地下连续墙作为主体结构的布置方式主要有四种：单一墙、分离墙、重合墙和复合墙。 把地下连续墙既作为围护结构又作为主体结构来设计时，即两墙合一的设计，应验算三种应力状态： （ 1 ） 在施工阶段由作用在地下连续墙上的土压力、水压力产生的应力； （ 2 ） 主体结构竣工后，作用在墙体上的土压力以及作用在主体结构上垂直、水平荷载产生的的应力； （ 3 ） 主体结构建成若干年后，水土压力已从施工阶段恢复到稳定的状态 。 2.4 地下连续墙作为主体结构的布置方式 ： 第二章 逆作法设计 利用地下结构的梁板等内部水平构件兼作基坑支撑、围檩时，结构水平构件除应满足地下结构使用期设计要求外，尚应进行各种施工工况条件的内力、变形等计算。 结构体系可采用： 1 ） 梁板体系 2 ）无梁楼盖 结构接头设计： 1 ） 刚性接头 2 ）铰接接头 3 ）不完全刚接 2.5 水平构件结合的设计 ： 2.6 竖向构件结合的设计 竖向构件的结合即地下结构的竖向承重构件（立柱及柱下桩）作为逆作法施工过程中结构水平构件的竖向支承构件。在逆作法施工期间，与地下连续墙一起承受地下自重和地上施工荷载；其承受的最大荷载，是地下结构已修筑完成加上地面施工荷载总和。逆作法中结构水平构件的竖向支承立柱和立柱桩可采用临时立柱与主体结构工程桩相结合的立柱桩（一柱多桩）或与主体地下结构柱及工程桩相结合的立柱和立柱桩（一柱一桩）。当采用临时立柱时，可在地下室结构施工完成后，拆除临时立柱，完成主体结构柱的托换。 由由国际广场基坑支撑平面布置图 第二章 逆作法设计 第三章 逆作法施工 1 ） 完成地下连续墙、支承立柱、立柱桩、工程桩以及地基加固施工； 2 ） 基坑降水 3 ） 开挖地面至第一层土方至地下一层标高，采用盆式开挖保留墙边土体； 4 ） 支模浇筑地下室顶板结构； 5 ） 待顶班的结构达到设计强度后，挖除边坡土体，浇筑地下一层结构楼板及与顶板之间的竖构件，同时交错进行顶板以上结构楼层的施工。 6 ） 暗挖地下二层土方，浇筑地下二层结构中板及与地下一层之间的竖向构件，同时交错进行地上结构楼层的施工； 7 ） 继续开挖土方，直至挖到坑底，并浇筑基础底板及其竖向构件，在基础底板完成之前，上部结构只能施工至设计预先规定的楼层； 8 ） 待基础地板达到设计强度后，继续施工上部结构，并进行地下室内部其他构件和隔墙等结构工程施工。 9 ） 地面以上及地面以下水电安装工程同时进行。 　 3.1 逆做法施工流程： 第三章 逆作法施工 3.2 逆作法分项施工技术： 1) 立柱桩的施工技术 ( 钢格构立柱、钢管立柱 ) A) 施工精度要求 垂直度 L/300 ～ L/600 水平定位 ±10mm 标高 ±10mm B) 控制方法 机械调垂法 气蘘调垂法 机械调垂法 第三章 逆作法施工 气囊调垂法 第三章 逆作法施工 钢格构立柱、钢管立柱 第三章 逆作法施工 第三章 逆作法施工 3.2 逆作法分项施工技术： 2 ）差异沉降的控制技术 控制标准： 10-20mm 控制方法：设定工况计算 + 施工动态控制 第三章 逆作法施工 3.2 逆作法分项施工技术： 3 ）取土、挖土施工技术 A) 取土口平面布置 取土口平面布置应分布均匀，充分考虑施工行车路线，平均每 1000 平米布置一个取土口。 取土口大小应充分考虑施工机械及材料运输需要，一般不小于 8×8 米空间大小。 B) 取土设备： 目前国内挖土一般在基坑内设置小型挖机设备，地面设置大型取土设备以解决挖土施工作业。目前地面取土设备分为以下几种类型 : 取土架、长臂挖机、伸缩臂挖机。 第三章 逆作法施工 大型取土架 第三章 逆作法施工 第三章 逆作法施工 第三章 逆作法施工 4 ）柱、梁、板、墙的节点施工 A ）主要解决问题 主要解决钢筋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。 B ）节点构造 该节点构造主要取决于中间支撑柱的结构形式。 有双梁、宽扁梁等。 第三章 逆作法施工 3.2 逆作法分项施工技术： 钻孔钢筋连接法 第三章 逆作法施工 传力钢板法 第三章 逆作法施工 剪力栓法 第三章 逆作法施工 综合法 第三章 逆作法施工 5 ）逆作阶段地下室的通风、照明措施 A) 逆作施工阶段，利用地下室结构永久性预埋管线，穿设施工照明用电管线，布置临时照明用电，平均 100 平米设置一个照明用电。 B ）通风、利用出土口设置鼓风机、有条件的工地可设置排风机等设备，让空气流通。 第三章 逆作法施工 3.2 逆作法分项施工技术： 第三章 逆作法施工 第三章 逆作法施工 第四章 逆作法实例 4.1 上海地区逆作法工程 ： 实施逆作法施工的工程 --- 地铁一号线陕西南路站 1993 年承建的陕西路南站，基坑面积 9000 平方米，地下二层，采用直径 900 的钢管打入桩，作一柱一桩。地下连续墙二墙合一，采用逆作法施工确保准海商业街的提前通车。 第一个完成房屋建筑逆作法施工的工程 --- 恒积大厦 1994 年 10 月承建的恒积大厦，基坑面积 3600 平方米，地下四层，采用直径 900 的钻孔灌注桩，作一柱一桩。地下连续墙二墙合一，采用逆作法施工确保工程用一年的时间完成从打桩到地上 5 层的施工，专业逆作法取土架在本工程首次开发使用。 第四章 逆作法实例 第一个采用一柱一桩的工程 --- 上海机场城市航站楼 1998 年承建的上海机场城市航站楼，基坑面积 3600 平方米，地下二层，首次采用钢管混凝土与直径 900 的钻孔灌注桩结合，作一柱一桩。工程中为确保一柱一桩垂直度，首次开发使用气囊法纠偏技术，从而提高了逆作法关键节点质量。 第四章 逆作法实例 第四章 逆作法实例 到目前为止，上海市采用逆作法施工的工程有几十项之多，如：上海特种基础工程研究所办公楼、长峰商城、廖创兴大厦、明天广场、由由大厦二期、世茂滨江花园、上海铁路南站、万达商业广场等。 且目前逆做法施工工艺已经有了更新的发展方向，如：目前正在施工的上海联谊大厦、采用逆做法施工，地下 5 层、上部 23 层，计划在地下室底板施工完成时，上部结构同步完成 15 层。 目前正在施工的 M7 常熟路地铁车站及肇嘉浜路地铁车站，采用的盖挖法施工工艺也是逆做法的一种发展方向，施工期间还路于民，施工不扰民，取得了良好的社会效益。 　 第四章 逆作法实例 4.2 长峰商城施工案例 ： 1 、工程简介 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 层主楼组成。其中主楼高度 238 米 ; 总建筑面积 310000m 2 。裙楼采用框架结构 , 主楼采用核心筒体结构， 38 层以下采用 Φ550X16 、 Φ500X12 、 Φ400X12 圆钢管型劲性柱结构，基础形式均采用筏式基础。 2 、工程难特点 1) 本工程地下室外墙（地下连续墙）离地铁二号线中山公园地下车站净距仅 3 米，逆作施工时必须采取万无一失的、可靠的、切实可行的施工方案来确保地铁的安全，这是重点之重点。 2) 本工程大底板共 48000 方混凝土，如何顺利完成大面积、大方量的混凝土浇捣，对本工程至关重要。 3) 地质条件较复杂 , 整个基地有二种不同地质条件，分古河道区与正常地质区。主楼开挖深度在 24 米，复杂多变的地质条件，对基坑设计的分区考虑、承压水问题的处理及挖土施工的方法却增加了难度。 第四章 逆作法实例 4.2 长峰商城施工案例 ： 5) 本工程中逆作法立柱采用了一柱一桩的形式，其垂直度控制是整个地下工程施工的关键。 6) 逆作法地下部分施工时，一柱一桩与地下墙的不均匀沉降控制也是本工程实施过程关键技术之一。 7) 工程临近建筑物地铁地下管线及周围环境较复杂，因此加强周边环境的观察，实施信息化施工，与挖土时的 “ 时空效应 ” 紧密相结合，最大限度地减小基坑的变形。 4) 工程利用裙房的逆作楼板作为主楼顺作的支撑点，主楼的顺作支撑利用永久结构板带，施工节点处理复杂，使得基坑具有一定的难度。 第四章 逆作法实例 4.2 长峰商城施工案例 ： 3 、关键施工技术措施 1) 一柱一桩施工 6 ) 承压水设计 4 ) 逆作法吊模设计 2) 水平垂直结构节点设计 5) 逆作取土综合设计 3) 主楼顺逆作转换 第四章 逆作法实例 4.2 长峰商城施工案例 ： 第四章 逆作法实例 　　本工程，桩采用 ø 850 的钻孔灌注桩，桩长 72.5 米，工程桩身混凝土设计强度等级为水下 C35 ，总桩数 1132 根， Φ550 钢管柱共 229 根，管内浇筑 C60 砼，设计要求成孔垂直度偏差要求小于 1/400 ，格构柱垂直度偏差要求小于 1/300 。 3 、关键施工技术措施 ( 一柱一桩施工 ) 4.2 长峰商城施工案例 ： 1132 根桩全部施工完成 　　 通过纠正架智能调垂方案的实施，支撑柱的垂直度均满足 1/400 的设计要求。 　　长峰商城竖向逆作柱大多采用钢管混凝土作为柱体，柱体插入的钻孔灌注桩作为承载体，采用工厂化预制的钢管及现场制作的砼双梁；水平梁板与地墙采用预埋双排筋及底板接驳器，增加地墙周边梁等方法的有效结合来解决水平与垂直方向力的传递，使结构节点变得简单、实用、有效。 第四章 逆作法实例 3 、关键施工技术措施 ( 水平、垂直结构节点设计 ) 4.2 长峰商城施工案例 ： 3 、关键施工技术措施 ( 水平、垂直结构节点设计 ) 4.2 长峰商城施工案例 ： 第四章 逆作法实例 立柱双梁 中间支撑柱 双 梁 通过采用工厂预制钢管及双梁等一系列的节点措施，从而解决了逆作法施工中一些难题，满足节点受力，降低了施工成本，达到与目前 “ 逆作法 ” 施工工艺相配套的技术。 3 、关键施工技术措施 ( 水平、垂直结构节点设计 ) 4.2 长峰商城施工案例 ： 第四章 逆作法实例 本工程基坑面积大，且周边环境复杂，如一次性开挖施工，就需要大量支撑，工程成本太高，工期也将延长，而且势必会对周边建筑、地铁产生不良影响，现在采用中心岛开挖，群房逆作、主楼顺作，主楼部位设置混凝土板带撑，将大大节省了支撑费用，缩短了施工周期，保证了地铁线路的正常营运。 3 、关键施工技术措施 ( 主楼顺逆作转换 ) 4.2 长峰商城施工案例 ： 第四章 逆作法实例 　考虑基坑围护稳定安全性，在 BO 、 B1 、 B2 、 B3 采用结构次梁作为支撑的板带支撑，提高支撑的安全可靠性，利用主楼板板带作为支撑，分别在 -0.07m 、 -5.30m 、 -10.47m 、 -13.70m 位置设置 4 道混凝土板带支撑。 3 、关键施工技术措施 ( 板带撑施工 ) 4.2 长峰商城施工案例 ： 第四章 逆作法实例 板带撑效果 3 、关键施工技术措施 ( 板带撑施工 ) 4.2 长峰商城施工案例 ： 第四章 逆作法实例 无排模板 3 、关键施工技术措施 ( 模板施工技术 ) 4.2 长峰商城施工案例 ： 第四章 逆作法实例 第五章 逆作法发展趋势展望 目前国内的逆作法施工工艺已经取得了一定的成绩，在今后的发展过程中，以期在以下几方面能取得进展： 1 、一柱一桩的施工工艺； 2 、上下同步施工工艺； 3 、上部结构施工高度取得突破。