悬挂式结构施工技术在某窑洞工程中的应用

王 虎

河南省第一建筑工程集团有限责任公司（450014）

1 工程概况

某工程观光电梯厅位于独立的山体内,其结构形式为直径10.8m、筒壁厚35 cm、高21.6m的钢筋混凝土筒状结构,筒体下部为原有的窑洞。鉴于工程位于一座独立的山体内和现场环保条件制约，无法采用放坡开挖的方式施工。由于结构位于的土体以湿陷性黄土为主,无法采用传统的锚杆支护体系进行支护和开挖；筒壁下部为中空的窑洞，也无法采用传统逆作法进行施工。

课题组通过总结各种基坑施工方法,在逆作法施工的基础上，采用桩基作为支撑结构，利用基坑混凝土护壁或结构自身的维护结构抵抗地下水平力,从而创新出一种新型的地下基坑施工技术——悬挂式结构施工技术。

2 工艺原理

悬挂式结构施工技术是一种集地下基坑支护和地下构筑物结构施工为一体的新型逆作施工工艺,该技术通过利用工程结构本身的8根扶墙圆柱作为竖向承重构件，将竖井筒体作为支护结构悬挂于扶墙圆柱上;竖井筒体结构承担结构施工过程中的基坑支护作用，逆向进行悬挂结构施工。

3 工艺流程

该窑洞工程采用悬挂式结构施工技术的工艺流程为:定位放线→人工挖孔圆柱施工→邻近窑洞支撑加固→第一模环板、环梁施工→施工依次各模→窑洞内条基础施工→筒壁内附属结构施工。

4 施工工艺要点

4.1 测量定位

该工程窑洞内和山体上不能通视,无法一次性对电梯井圆心进行定位。需要构建多个辅助测量导线对山顶筒壁圆心和窑洞内筒壁圆心进行测量和复核,必须确保上下点的精确照准；另外，山体与给定坐标基准点间高差较大，且水平距离较近（仅30m）,在如此陡峭的测量环境中进行角度、距离控制如采用传统的钢尺和经纬仪进行,测量精度不易保证。工程使用全站仪进行测量定位，由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量系统，测量结果能自动显示，并能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。用全站仪向山上投影,投影到山上后定出观光电梯井的圆心。

4.2 人工成孔施工地下圆柱

圆柱开挖前首先固定柱位,按图纸要求测定柱位及标高，然后用水泥砂浆砌120mm围脖。圆柱土方采用人工挖孔，使用工具为洛阳铲。人工挖孔开始时每根柱可出1人操作，挖深后改为二人操作，用洛阳铲从上到下逐层进行，土装入吊土包后，用辘辘提出。挖土次序先从中间后周边，柱孔直径1m来控制截面，扩底部分采用先挖圆柱体，再按扩底尺寸从上至下削土修成喇叭形来满足设计要求。

每根柱成型后，要及时清理净洞口周围的存土，检查成孔质量后，用板盖好洞口，为下一道工序做准备。安放钢筋笼，浇筑圆柱混凝土。

4.3 加固方案与凿除方案

为防止在观光电梯厅施工时对周围临近窑洞形成破坏，根据本工程的现场实际特点实施加固。

4.3.1 使用材料

观光电梯厅相邻窑洞加固主要采用砌筑砖墙填实支撑方式和搭设满堂脚手架支撑，模板采用钢模和木模两种。支撑系统由定型空腔龙骨（桁架梁）、立杆、横杆、斜杆、立杆垫座、立杆可调底座、木方组成。

4.3.2 圆柱施工时临近窑洞的加固措施

在筒壁圆柱外1500mm处垂直与洞壁砌筑砖墙,一直砌筑到与原有土体接触，即从圆柱以外1.5m处到原有土体（除圆柱预留空间以外的）所有空间全部砌筑砖墙填实，砖墙填实以外部分，全部搭设满堂脚手架。脚手架与拱顶之间用模板和方木顶托。脚手架立杆间距为400mm,横杆500mm。

4.3.3 凿除方案

本工程在施工中有一部分筒壁穿过窑洞，需对原有窑洞混凝土进行剔凿,原有窑洞洞顶、洞底混凝土厚度为400 mm，墙壁混凝土厚度为500 mm，设计图纸要求施工时如遇到原有结构，尽量用机械切割和剔凿的方式敲除，敲除后应用高一级的膨胀混凝土与拟建结构共同浇筑,在剔凿前已对原有窑洞进行加固。

4.4 土方开挖

本工程土方开挖采用人工开挖的形式，首先把建筑物范围内的山体与土方由29.5 m挖至设计标高21.6 m,新挖土方用手推车搬运到施工工作面以外，土方随山体抛土而下，回填采用三七灰土分层夯实。然后用人工开挖预挖工程中间部位直径约1m的出土洞，主体筒壁施工时就由此处从洞内下土，人力手推车运土到窑洞口出土处，再用自卸汽车运至甲方指定位置。

基坑开挖前应作出系统的开挖监控方案,监控方案应包括监控目的、监测项目、监控报警值、监测方法及精度要求、监测点的布置、监测周期、工序管理和记录制度以及信息反馈系统。

4.5 模板的支设与拆除

4.5.1 模板的支设

1）第一模2.44 m，水平围梁每道墙设置四道，上平水围梁距模板底200mm，上平水围梁距模板上口200mm，中间三道围梁均分设置。第二模以后依此类推。

2）采用钢管定型脚手架搭设，并铺设架板,安装浇筑的操作平台。对于窑洞内园柱的施工，采用10mm厚钢护筒或定型钢模板，由于原有窑洞在施工拱圈时回填不实，因在开挖园柱时距原有窑洞上方出现1.5～2.8 m不等高度的塌孔现象,且柱与柱之间塌孔部分连通，所以圆柱施工时应采取增加钢护筒的施工方法。对于护筒以外塌孔处，采取灌筑混凝土或塞砖的方法进行有效的加固。

3）施工前，先在圆心位置挖直径1 m孔至基底，预埋钢管16根，可与筒壁内脚手架拉结和固定，同时在打筒壁混凝土时，在筒壁上预埋16根钢管，间距1.5 m、高1.2 m，作为防护栏杆，同时还可固定筒壁模板使用。

4.5.2 模板的拆除

1）侧模拆除:在混凝土强度能保证其表面及棱角不因拆除模板而受损后，方可拆除。

2）拆装模板的顺序和方法，应遵循先支后拆，后支先拆；先拆不承重的模板，后拆承重的模板；自上而下，支架先拆侧向支撑，后拆竖向支撑等原则。

3）模板工程作业组织，应遵循支模与拆模统由一个作业班组执行作业。支模就考虑拆模的方便与安全，拆模人员熟知情况，易找拆模关键点位，对拆模进度、安全、模板及配件的保护都有利。

4.6 混凝土浇筑

本工程采用商品混凝土,用臂架式泵车输送,并人工配合翻浆至浇筑现场,必要时配地泵进行施工。浇筑筒壁混凝土时，混凝土必须通过溜槽，在筒壁内搭台，人工翻浆进行。

考虑浇筑及振捣的原因，浇筑口形成喇叭口，但此道工序在立模板时难度较大,若模板支撑不够或支撑稍有不对称，则极易产生“爆模”。所以在筒壁（尤其是第一模筒壁）进行浇筑时，要特别注意对称浇筑，每边混凝土浇筑一次不得高于40 cm，振捣时也应对称进行。先浇混凝土下方，将其做成向里方向的倾角,在后浇的模板上部设置高30 cm的漏斗型的浇筑口，当混凝土浇筑至此高度时，依靠浇筑压力（需0.4 kg/cm2）和振捣器将混凝土缝隙填充密实。待漏斗部分的混凝土硬化后,表而修凿平整。由于混凝土的硬化会产生下沉，上部会产生缝隙，宜采取二次振捣方式确保接缝的严密性。

5 效益分析

采用悬挂式结构施工工艺进行基坑支护的施工,一方面省去了单独设立的围护墙,另一方面可最大限度增加竖井有效使用面积。围护墙的支撑体系由竖井本身代替，省去大量支撑费用。而且解决了传统的竖井采用沉井结构对周围地形的破坏，受力更加合理。采用悬挂式结构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%。

6 结语

该窑洞工程施工完毕后，工程的主体结构垂直度小于18 mm及1/1000总高；沉降量均匀，混凝土浇捣密实，防水性能良好。基坑及周围环境未造成任何安全隐患。悬挂式结构施工技术目前建筑行业现行的逆作法施工工艺相比，无须大型施工机械，工艺简单，造价相对较低，环保效益显著，具有广阔的发展前景。