逆作法施工技术在高层建筑的应用

金戈

（哈尔滨华兴建筑工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150010）

逆作法施工技术是高层建筑物目前最先进的施工技术方法。逆作法施工的原理，就是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。

下面，就某工程具体谈下逆作法的具体的施工工艺及相关措施。

1 工程概况

该工程地下室周边采用地下连续墙的挡土形式,并利用首层楼板、负一层框架梁和负二层局部框架梁用于基坑内水平支护。连续墙长度为147.83m,槽宽为85cm,约分为35个槽段。槽段之间采用工字钢刚性接头。地下连续墙墙底嵌入强风化岩不少于3m。并最小深度(由+0.00 起计)应不少于16m。地下连续墙混凝土设计强度为C40,抗渗等级为S8;采用逆作法进行施工。为了方便逆作法的实施,地下室结构柱全部为钢管混凝土圆柱,钢管柱的直径为600-800mm。

通过地质勘查报告的分析,建筑所处场地上层土质较差,环境比较复杂。本场地地下水埋藏较浅,地下水静止水位埋深为1.60-3.03m,标高为5.79-7.19m,其中砂层为主要含水层。因此在土方开挖前,必须做好相应的场内降水工作。

2 地下室逆作法施工及相关措施

2.1 连续墙中梁盒的预埋

由于考虑到基坑将采用首层、负一层及负二层框架梁作为水平支撑体系,因此在地下连续墙施工阶段,就必须在墙体上准确预留出框架梁的接口。为了节省工期和成本,摒弃了以往惯用的植筋或是预留梁筋的方法,而采用了预留梁盒的方法,即通过准确的计算和安装时的控制,事先在连续墙墙体钢筋笼上放置梁盒,日后待土方开挖后将梁盒内的填充物清理干净即可进行框架梁的安装,简单而又快捷。

2.2 钢管柱的选用和框节点环梁的设计

目前多数使用逆作法的地下室结构都是采用钢管混凝土柱作为竖向支撑,其优点在于:

安装快捷、节省时间。逆作法时,地下室三层的钢管柱可以从地面一次吊装就位,并通过在桩承台中部埋置钢板定位器,进行钢管柱的定位和固定;它容易满足逆作法时柱与桩承台以及框架梁的搭接施工。由于钢管柱定位钢板是埋在底板以下的桩承台部分,在能够固定钢管柱并满足竖向支撑受力的同时,避免了如使用混凝土柱时必须预留出与底板连接的大量钢筋,从而减少了由于与承台底板的不连续施工时而带来的各种工艺和质量问题,如裂缝、渗漏等;地下室各层框架支撑梁与钢管柱的连接,可以通过在钢管柱上套设钢筋环梁来实现。首先在钢管柱制作阶段,通过对框架梁位置及现场实际柱底标高的计算复核,在钢管柱身留出加劲抗剪环箍。地下室钢管柱安装固定好后,再将框节点环梁套入柱身至抗剪环箍位置并固定,日后待土方开挖完成后再进行清洗和校正。框架梁施工时,将梁筋按设计要求伸入环梁即可。

2.3 框支柱和框支梁的设定

考虑到本工程是框一剪结构,核心筒剪力墙是支撑上盖结构的一个重要组成部分。逆作法时,上盖结构的进度必定会快过地下结构的施工,在地下室核心筒剪力墙全部完成前,上盖结构部分的荷载必须由一个另外附加的竖向支撑体系承受,这时核心筒框支柱和框支梁就应运而生了。设计单位通过核算,提出通过在地下室核心筒四角增加四条1m×1m 的框支柱、在首层核心筒四周剪力墙身增加一道500-650×1400 的框支梁,来满足上盖结构施工至18 层结构楼面的要求,18 层以上的结构就必须待地下室核心筒全部完成后才可以施工,这样就为上下结构的同步施工做出了保证。

3 地下室主要施工流程

3.1 连续墙、冲孔桩的施工

根据工期计划及设计图纸要求,本工程的地下室采用逆作法施工,基坑土方开挖前必须先完成连续墙和冲孔桩的施工,再进行桩承台基础与钢管柱的接头节点的施工。连续墙和冲孔桩将按照常规的施工工艺进行。

3.2 桩承台、结构钢管柱施工

当工程桩浇筑完成且达到一定强度后,应先用泥浆泵将桩孔内的部分泥浆抽出(以孔壁不坍塌为准),然后再往孔内抛入袋装的碎石,直至有足够的高度和密实的工作面站立作业人员(碎石颗径1cm-3cm 石为宜);按照设计要求和施工经验,人工挖孔成井的内半径必须比桩承台半径大0.5m,以满足人员井下进行钢管柱定位器安装的空间要求。挖柱井孔前,要定出轴线及柱井位,放出柱井孔位中心线和柱井孔径;进行开挖时,孔井的开挖方式类似人工挖孔桩的开挖,采用钢筋混凝土护壁作为支护,以节为单位,并严格监控制好井下的空气、水位情况及开挖深度;在施工柱井完成后挖柱井孔达到要求的标高(桩承台垫层底)时,并通过鉴定和验收,符合要求后便可进行桩头浮浆打凿以及桩承台垫层的浇筑;在承台垫层及防水层施工完成后,便可按设计要求预留出承台的竖向钢筋及进行钢管柱埋件的安装,然后在浇筑桩顶及部分承台混凝土,将钢管柱脚的预埋件固定。待混凝土达到一定强度后再将钢管柱吊装至井内,将其与预埋件焊接安装牢固,最后再进行钢管柱内混凝土浇筑,并在井孔回填前安装好地下室各层的节点环梁。

3.3 土方开挖

第一次基坑大开挖土方到满足安装首层框架梁板支项施工,完成首层框架梁、板浇筑施工并留置留出土口;第二次基坑土方大开挖至满足负一层框架梁支项施工,并进行负一层框架支撑梁(不浇楼板)及核心筒剪力墙的施工;第三次开挖的部位是核心简内部和周边的土方,以满足核心筒四周局部框架粱和筒内临时支撑梁的施工要求,砼龄期过后就可进行最后一次土方开挖,就是核心筒负二层至承台底的开挖,完成后就可进行核心筒承台的施工。由于负二层至承台底的高度有将近7m,为了保证基坑连周边续墙的水平位移不超过规定值,此时在核心简周边由负二层至承台面的土方按大放坡开挖,除在承台周边留出一定的工作空间外,其余的土方作为基坑反压土严禁开挖。

3.4 地下室核心筒的施工和基坑土方开挖的完成

在基坑核心筒部位的土方开挖完成后,首先进行核心筒承台的施工,以确保核心筒剪力墙能在上盖结构施工到l8 层楼面前能够完全部成。核心筒承台和地下室的剪力墙采用顺作法施工,从底板一直做到负一层剪力墙,从而完成核心筒剪力墙的结构施工。核心筒完成后,上盖结构可以继续向上施工直至封顶,而地下室再将核心筒以外的剩余土方挖运出去,至此整个基坑土方开挖工作全部完成。

4 结语

从该工程施工的实际效果来看,逆作法与常规的施工方法相比有不可比拟的优势。

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。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。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。最大限度利用地下空间，扩大地下室建筑面积。

当然,通过对本工程的研究,我们可以看出逆作法目前仍存在一些尚待完善和解决的问题,如基坑连续墙和水平支撑的优化设计对土方开挖的影响、连续墙与楼层梁板节点的准确定位、承台与底板间施工缝的处理、连续墙槽段间的渗漏等,都有待通过工程实践不断进行改进。

[1]将曙杰.逆作法化解高层建筑施工难题[N].北京:中国建设报,2006.

[2]常士骠,张苏民.简明工程地质手册[M].北京:中国建筑出版社,1998.