临时围护结构在逆作法工程中的应用实例分析

2018-05-02余波江钱礼平陈卫东

安徽建筑 2018年2期

余波江，钱礼平，陈卫东

（安徽省建筑科学研究设计院，安徽合肥 230001）

0 前言

在逆作法的深基坑工程中除常采用“两墙合一”的地下连续墙作为主体兼作围护结构的情况外，也可以采用临时围护结构作为围护体；临时围护结构主要包括：钻孔灌注桩（或结合止水帷幕）、型钢水泥土搅拌墙以及咬合桩等。采用临时围护结构的逆作法工程主要有以下特点：

①在满足变形控制的前提下，可根据计算需要灵活调整围护体的截面尺寸厚度，实现最优化的设计；

②当主体地下室的轮廓形状不规则时，采用临时围护体可根据具体位置进行改变调整围护体的轮廓以减少围护体的工程量；

③在开挖深度不深的基坑工程中，采用临时围护结构可以提高围护体的经济性；

④在需要分区施工的基坑工程中，采用临时围护结构作为隔断，减少工程量的同时也方便后期围护桩的凿除。

基于以上特点，周边临时围护结构结合坑内水平梁板体系代替支撑的逆作法设计一般适用于面积较大、地下室不超过3层、开挖深度小于16m的深基坑工程。本文结合某大型深基坑工程实例，介绍该工程的关键技术的应用情况，反映出临时围护结构在逆作法工程中应用的主要特点，并且采用有限元法和现场变形监测手段，通过数值模拟与现场实测数据分析相结合的方法，获得基坑周围临时围护结构在逆作法施工过程中的变形响应特征规律，评价该基坑采用临时围护结构方案的合理性，力求为类似逆作法深基坑工程的设计和施工提供技术参考。

1 项目概况

某大型深基坑工程位于城市中心地段，地下3层，开挖深度约16m，开挖面积近2万m2，地上办公楼21层、酒店23层、裙房5层。基坑与东北角6～8层煤监局办公楼净距约20m，与西南角25层众悦广场最近处15m。经反复论证，确定了“两层逆作，上下同步”的施工方案，采用排桩作为临时围护，其周边环境情况总平面图如图1所示。

图1 周边环境情况总平面图

该场地地貌单元属波状平原，微地貌单元为二级阶地；场地内地下水较贫乏，主要为素填土中赋存的上层滞水及基岩中的承压水，其土层性质如表1所示。

基坑开挖土层性质表1

2 关键技术的应用

2.1 “两层逆作，上下同步”

结合现场条件和业主需求，对该项目采取“两层逆作，上下同步”的施工方案。具体如下：临时围护排桩和角钢格构柱施工完毕后，负一层土方先行开挖，顺作负一层结构和负二层顶板结构；再开挖负二层土方，逆作负二层底板结构，同步顺作地上一层结构；最后开挖负三层土方，逆作底板及基础。

负一层土方先行开挖避免了全逆作盖挖取土效率低和出土慢的缺点，既降低了成本、又加快了进度；地下二层和地上一层结构同步施工，也为项目施工缩短了工期，满足了业主提前预售的需求。

另外，“两层逆作”以永久楼盖结构代替临时内支撑，免去拆撑、换撑，节约成本，保护环境。

2.2 临时围护结构与主体结构的连接

采用临时围护结构的逆作法基坑工程中，其构造措施主要是针对临时围护结构与水平结构梁板之间的水平传力体系。

临时围护结构与主体结构之间必须设置可靠的水平传力支撑体系，该支撑体系的设计至关重要。水平传力支撑一般可采用钢支撑、混凝土支撑或型钢混凝土组合支撑等形式，在满足刚度要求的前提下，该支撑结构的布置比较灵活，一般应满足以下几点要求：①逆作法实施时内部结构周边一般应设置通长闭合的边环梁；②水平支撑形式和间距可根据支撑刚度和变形控制要求进行计算确定，一般应遵循水平支撑中心对应内部结构梁中心的原则；③在支撑刚度满足的情况下，尽量采用型钢构件作为水平传力体系；④当对水平支撑的刚度要求较高，或主体结构出现大面积缺失时，也可以采用混凝土支撑作为水平传力构件。

图2 临时围护体与结构连接平面图

图3 临时围护体与结构连接剖面图

图2、图3是本工程实例中采用临时围护排桩与主体水平结构连接的局部平面图和剖面图。采用混凝土支撑作为水平传力构件，考虑到外墙防水的需要，后期采用分段间隔拆除临时水平支撑，分段浇注结构外墙的方式进行，避免混凝土支撑穿越地下室外墙留下二次浇注的渗水通道。

2.3 角钢格构柱与梁的连接

角钢格构柱一般由4根等边的角钢和缀板拼接而成，角钢的肢宽以及缀板会阻碍梁主筋的穿越，根据梁截面宽度、主筋直径以及数量等情况，梁柱连接节点一般有钻孔钢筋连接法、传力钢板法和梁侧加腋法。

图4 角钢格构柱大样

图5 角钢格构柱与梁连接平面图

本工程实例中采用角钢格构柱作为支撑立柱，如图4所示；梁柱连接节点采用钻孔钢筋连接法，如图5所示。该方法在框架梁宽度小、主筋直径较小以及数量较少的情况下适用，但由于在角钢格构柱上钻孔对逆作阶段竖向支撑钢立柱有截面损伤的不利影响，因此应用该法时通过了严格计算，确保截面损失后的角钢格构柱截面承载力满足设计要求，必要时还采取了增加补强角钢的加强措施。