溶(土)洞区钢结构库房逆作法施工关键技术

李运启

(中铁四局集团南京分公司，江苏 南京 210000)

0 引 言

逆作法可使建筑物上部结构和地下基础平行立体施工作业，多应用在建筑规模大、上下层次多时，能够节约成本，缩短工期，是一种具有发展前景和推广应用价值的施工技术。某数据中心工程溶(土)洞区钢结构库房采取逆作法施工，即先施工钢结构库房，后进行溶(土)洞注浆。为提高工程质量与安全管理水平，在注浆时应用智能技术对水泥浆拌和、注浆量、注浆压力实时监控，并在项目建设全过程对逆作法施工可能产生影响的范围布设观测点，安装传感器，进行垂直位移及倾斜角度的实时连续监测，尤其在溶(土)洞注浆阶段将智能注浆与监控量测联动联控，为逆作法施工提供了技术保障。

1 工程概况

某数据中心工程规划总占地面积27万m2，建筑面积11.6万m2。新建1栋五层钢筋混凝土框架结构综合楼、8栋门式刚架单层库房及配电所、门卫室、道路、绿化和其他配套附属设施。

地勘钻探揭露，区域地层结构按其成因类型自上而下可分为人工填土层(Qml)、第四系坡积土层(Qdl)、第四系残积土层(Qel)、泥盆系(D)基岩层等四大层。园区内不良地质作用主要表现为岩溶，岩面埋深在10.06～60.80 m。溶洞高0.30～28.80 m，平均高度3.41 m；土洞高0.66～13.20 m，平均高度3.66 m，如图1所示。洞内为半充填或全充填流塑～可塑状黏性土，部分为无充填状，分布无规律。洞顶埋深17.00～36.20 m，平均埋深27.78 m。

图1 6#～8#库房溶(土)洞分布图

2 关键技术

2.1 施工工艺流程

2.2 施工准备

认真审核设计文件，编制实施性施工组织设计和专项施工方案，组织进行安全和技术交底，开展教育培训；做好交接桩、加密点布设和导线点复测，按试验及检测要求设置工地试验室和委外工作。平整施工场地，清除红线范围内的杂填土等，回填坑穴，保证有足够的承载力，水电、施工便道满足施工需求；探明地下管线，做好排水系统规划，确保场地不积水。

2.3 地基与基础处理

地基与基础按照复合型设计，其中桩基为SDDC桩，桩体达到中密状态，压实系数为0.97，桩间土挤密系数为0.93，其承载力特征值不小于180 kPa。SDDC桩基钻孔直径为1.2 m，成桩直径为1.8 m，平面呈梅花形布置，桩长为4.9～24.7 m不等。设计原则为：上部有承载要求时，桩端进入原状土不少于2 m；无承载要求的，桩端进入原状土即可。

地基与基础处理的SDDC桩施工采用旋挖钻干法成孔，为防止塌孔，成桩顺序按照隔行、隔列间隔跳打施工。填料前先进行孔底夯实，桩体填料为土与片石或碎石、砂砾石按5∶5配制的碎石土。夯锤使用非脱钩式，夯锤重12 t，每填料3.0 m3击实4次，落距8 m，以此重复由下往上逐层回填并夯实，使桩身填料沿竖向深层压密固结的同时对桩周土体进行横向的强力挤密加固。

经检测，动力触探试验，碎石桩密实度根据《建筑地基基础检测规范》(DBJ 15-60-2008)，修正后的N63.5进行推定，5

表1 SDDC桩基平板检测结果汇总表

2.4 钢结构安装

钢结构库房长235.6 m，宽50.8 m，高10.2 m，最大跨度为20.3 m，柱底荷载约400 kN,总体为单层，局部两层，屋面设置双坡单屋脊，排水横坡5%，单体建筑面积12 727.5 m2，库房整体耐火等级为二级。

钢结构安装全部采用栓接，柱与基础，柱、梁与檩条间螺栓紧固时，按照从中间开始、对称向周围的顺序进行。高强螺栓的紧固分两次进行，扭剪型高强螺栓终拧时以梅花卡头拧掉为合格标准。钢结构安装顺序遵循先主后次的原则，采用汽车吊两点式起吊安装，利用曲臂车辅助配合，吊具与钢梁的棱角等尖锐处设置防护措施，并先进行试吊。钢梁安装就位后在其两端檩托板上安装两根竖向立杆，并横向连接一根钢丝绳，用于安装屋面檩条等悬挂安全带所用，以增加高处作业的安全性。

2.5 溶(土)洞注浆

溶(土)洞引孔采取干法气压成孔，引孔过程无渣土和泥浆排放，有利于场地内的文明施工。为进一步判明溶(土)洞的发育变化情况，在原探明边界外的2.0 m范围内，适当布点探孔。注浆材料选用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比1∶0.9，水泥浆比重1.5，采用智能化注浆对水泥浆拌制、注浆压力、注浆量等参数实时监控。

溶(土)洞注浆运用智能技术，将注浆施工与监控量测各系统联动，进行自动化控制，如图2所示。当出现预警值时降低注浆压力，达到报警值时停止注浆，以避免对地表及其他结构的扰动。根据对溶(土)洞填充不考虑对上部结构的承载要求，以填充饱满率作为主要控制标准，注浆压力控制在0.2～0.8 MPa。注浆管在溶(土)洞范围内为花管，末端距离洞底0.3～0.5 m，回浆管(透气孔)伸入洞内0.2 m。注浆分序进行，先周边后中间，压力由低到高，分2～3次间隔压注，时间间隔为以6～10 h为宜。遵循“力小、次多、量大”的原则，终压标准以回浆管出现返浆时停止注浆。

图2 注浆实时监控界面图

2.6 监控量测

为提高监控量测精度，实时掌握位移变化及走势，采用自动化监测系统做好位移观测，系统主要包括：信号总线、处理系统、预警装置、静力水准仪、双轴倾斜仪、远程反馈设备等10部分，自动完成信息的采集、处理和输出，兼有无线远程实时查看功能，获取信息便捷。在做好实时连续监测的同时对关键部位辅以人工观测进行校核。根据单层库房的结构特点，以柱作为最小的监测单元，沿钢柱下部设置传感器，获得任意时刻的监控量测信息，其中沉降监测选用静力水准仪，倾角监测选用双轴倾斜仪。为确保监测的全面性，取溶(土)洞注浆边界10 m内为监测范围。

2.6.1 测点布设

每个库房选取一个基准点，设置基准静力水准仪。测点布设在钢结构柱脚上，如图3所示，每隔2根钢柱分别布设静力水准仪和双轴倾斜仪。沉降监测点：6号库房拟布设10个，编号SZ1～SZ10；7号库房拟布设20个，编号SZ11～SZ30；8号库房拟布设16个，编号SZ31～SZ46。倾斜监测点：6号库房拟布设10个，编号QX1～QX10；7号库房拟布设20个，编号QX11～QX30；8号库房拟布设16个，编号QX31～QX46。

图3 测点传感器安装图

2.6.2 监测频率

经过数据异常值判断，去除异常值后仍然超过报警值时，根据具体情况及时调整监测时间间隔，加密监测频率，连续跟踪监测，监控量测的相关信息可在互联网或移动设备上远程实时查看。监测时间为从溶(土)洞注浆施工开始到工程结束后7 d。

《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)规定，单层排架结构柱基沉降量变形允许值为120 mm(中、低压缩性土)和200 mm(高压缩性土)，24 m以下建筑结构的整体倾斜允许值为0.004。

表2 监测频率一览表

表3 监测预(报)警指标一览表

2.6.3 数据分析

根据监测数据资料，结合地质、气象等方面的资料进行全面分析，以长期观测数据为依据，通过分析变形量与影响其变化诸因素间的相关性，通过计算机采用软件程序作出各监测点时间-变化量过程曲线图、拟合曲线图及各监测点的变化曲线图，直观反映出各监测点的变化趋势和规律。

3 结束语

监控量测自地基与基础处理时起至溶(土)洞注浆结束止，对逆作法施工可能影响的区域范围，进行垂直位移和倾斜角度的自动化连续观测，系统全过程做好数据的采集分析和处理传输及无线远程实时查看服务，较好地指导了逆作法施工；其次，溶(土)洞智能化注浆对水泥浆拌制、注浆压力、注浆量等参数实时监控，有效控制了进行逆作法施工时对钢结构库房及地表和其他已完工程的扰动。智能建造技术的应用为逆作法施工提供了可靠的信息技术，发挥了重要作用，确保了工程质量、安全和进度。通过对地基与基础处理、钢结构安装和溶(土)洞注浆等分部分项工程检测，试验结论符合设计和施工技术规范要求。