浅析高层建筑逆作法及其施工工艺

浅析高层建筑逆作法及其施工工艺作者：麦军（茂名市建禾建设工程有限公司，广东茂名525000）发布时间：2009-9-15摘要：文章针对高层建筑日益增多的趋势，为了安全施工和环境效益，介绍了逆作法施工的原理、分类、工艺特点以及其经济、环境和社会效益，并分析了逆作法施工在国内的技术现状和应用前景。关键词：逆作法施工；安全施工；环境效益中图分类号：TV974文献标识码：A文章编号：1674-1145（2009）12-0117-021．概述据统计，我国建成的高层建筑累计已超过1.3亿平方米,高度超过100m的超高层建筑已超过200幢。高层建筑最深的地下室基坑为6层，深度-26.2m。国外已达13层。深基坑支护方法很多，而且有的方法尚在不断发展之中，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，对施工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。逆作法就是一项近几年发展起来新兴的基坑支护技术。它是施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的有效方法。在国外如美、日、德、法等国家，已广泛应用，收到较好的效果。例如：日本的读卖新闻社大楼，地上9层、地下6层。采用逆作法施工，总工期只用22个月，与日本采用传统施工方法施工的类似工程相比，缩短工期6个月。又如美国芝加哥水塔广场大厦，75层、高203m，4层地下室，用18m深地下连续墙和144根大直径灌注桩作为中间支承柱，用逆作法进行施工，当该工程地下室结构全部完成时，主楼上部结构已施工至32层。虽然逆作法的施工工艺和相关理论都取得一定成果，应用也有一定的普及，但目前仍作为一种特殊施工方法应用，主要用于对工程有特殊要求，或用传统方法施工满足不了要求而又十分不经济的情况下。2.原理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。3.逆作法分类（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。（4）分层逆作法：此方法主要是针对四周围护结构，是采用分层逆作，不是先一次整体施工完成。分层逆作四周的围护结构是采用土钉墙。4.工艺特点（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）由于开挖和施工的交错进行，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。（7）逆作法存在的不足，如逆作法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。由于挖土是在顶部封闭状态下进行，基坑中还分布有一定数量的中间支承柱和降水用井点管，目前尚缺乏小型、灵活、高效的小型挖土机械,使挖土的难度增大。但这些技术问题相信很快会得到解决。5.经济效益采用逆作法，一般地下室外墙与基坑围护墙采用两墙合一的形式，一方面省去了单独设立的围护墙，另一方面可在工程用地范围内最大限度扩大地下室面积，增加有效使用面积。此外，围护墙的支撑体系由地下室楼盖结构代替，省去大量支撑费用。而且楼盖结构即支撑体系，还可以解决特殊平面形状建筑或局部楼盖缺失所带来的布置支撑的困难，并是受力更加合理。由于上述原因，再加上总工期的缩短，因而在软土地区对于具有多层地下室的高层建筑，采用逆作法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.环境效益（１）噪音方面：由于逆作法在施工地下室时是采用先表层楼面整体浇筑，再向下挖土施工，故其在施工中的噪音因表层楼面的阻隔而大大降低，从而避免了因夜间施工噪音问题而延误工期。（２）扬尘方面：通常的地基处理采取开敞开挖手段，产生了大量的建筑灰尘，从而影响了城市的形象；采用逆作法施工，由于其施工作业在封闭的地表下，可以最大限度的减少扬尘。7.社会效益（１）交通方面：由于逆作法的采取表层支撑，底部施工的作业方法，故在城市交通土建中大有用武之地，它可以在地面道路继续通车的情况下，进行道路地下作业，从而避免了因堵车绕道而产生的损失。（２）采用了逆作法，＋0.00层平板结构先完成，可以利用结构本身作内支撑。由于结构本身的侧向刚度是无限大的，且压缩变形值相对围护桩的变形要求来讲几乎等于零。因此，可以从根本上解决支护桩的侧向变形，从而使周围环境不至出现因变形值过大而导致路面沉陷、基础下沉等问题，保证了周围建筑物的安全。（３）采用逆作法施工，地下连续墙与土体之间粘结力和摩擦力不仅可利用来承受垂直荷载，而且还可充分利用它承受水平风力和地震作用所产生建筑物底部巨大水平剪力和倾覆力矩，从而大大提高了抗震效应。我国是个地震多发区，对地震的防治是必不可少的，从建筑业角度来说，采用适宜的施工工艺便可将地震带来的危害降低到最小，逆作法施工便具有这样的优点，所以在深基坑支护中大量运用逆作法具有广泛的社会效益。本文来自:安全生产网()详细出处参考：一、概述逆作法就是一项近几年发展起来新兴的基坑支护技术。它是施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的有效方法。采用“高层建筑地下室逆作法施工技术”能有效地保护周边环境，且具有施工工期快，支护费用省等优点。高层建筑在基坑开挖时，对周围建筑物的影响就必须充分考虑，逆作法为新兴的基坑支护技术，利用逆作法施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构具有良好的经济效益和社会效益。二、逆作法工艺原理多层地下室的传统施工方法是“敞开式”，而“逆作法”是一种“封闭式”施工方法。其工艺原理是：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。三、逆作法技术特点逆作法施工高层建筑多层地下室或地下结构有下述技术特点：（1）缩短工程施工的总工期；（2）基坑变形小，相邻建筑物的沉降少；（3）可节省地下室外墙及外墙下工程桩费用；（4）使底板设计趋向合理；（5）可节省支护结构的支撑；（6）可节省土方挖填方费用；（7）简化基坑的施工工序，有明显的经济效益；（8）可节省地下室外墙建筑防水层费用；（9）可最大限度利用城市规划红线内地下空间，扩大地下室建筑面积；（10）有利于结构抵抗水平风力和地震作用；（11）施工方案与工程设计密切配合，使逆作施工方案更趋合理。四、逆作法分类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。4.分层逆作法：此方法主要是针对四周围护结构，是采用分层逆作，不是先一次整体施工完成。分层逆作四周的围护结构是采用土钉墙。五、逆作法施工要求1.地下挖土施工方法先从两端的取土口，直接由取用取土设备挖出工作面，然后由人力从取土口的挖土工作面基坑中间开挖。挖出的土方用双轮手推车，运至取土口，然后取土设备装车外运。2.逆作法地下室楼板支模（1）模板设计原则根据地下室楼板结构的形式，模板采用相应的土模承重方法首先将基坑内的土按施工组织设计要求挖至标高，做好混凝土垫层，待混凝土稍硬后，按图弹出轴线与梁边线，并在模板的支点上进一步用水泥砂浆找平，使其标高误差控制在“规范”要求内，然后搁置模板。（2）模板拆除随着地下挖土工作面的推进，当楼板板底的模板外露后，即可将模板逐块拆下，并翻转至下一层施工。为防止摔坏模板，拆模时应根据模板的形式采取相应的保护措施，并把该措施编制在施工组织设计内。3.逆作法地下室结构相关节点（1）柱与梁板节点。采用一柱一桩和一柱双桩施工，施工柱之前，应先将格构柱施工至设计标高，挖土后在其顶部加设封头板，并在封头板上加设锚筋，然后进行柱、梁及底层梁、板施工，施工时在柱位置预留柱插筋及硅浇捣孔。地下一层以下各层挖土流程与自行车夹层相同，当土体全部施工完毕后可进行大底板的施工，在柱位置预留插筋，待大底板可上人后，可进行地下三层柱的施工。同时从地下三层向上逐层进行筒体剪力墙施工。待竖向剪力墙和柱达到设计强度后，割除格构柱。（2）地下连续墙与板、梁连接节点。地下室顶板：对于顶板、梁，由于地墙顶浮浆硅需凿除，并施工顶圈梁，故在施工顶圈梁时可将底层梁板同时施工，将梁、板钢筋直接锚入地墙。对于附壁柱，在地墙施工时应在地墙内预留柱的箍筋，留待柱施工时凿出使用；地下各层：在地下各层结构施工中，梁板需与地墙进行连接，其中，梁与地墙的连接因梁钢筋普遍较大，故需在地墙中按梁的位置预留钢筋接驳器。同时，为防由于地墙施工误差造成接驳器偏位带来的影响。建议在梁上下皮钢筋位置左右两侧各设增一组接驳器；底板：底板钢筋也通过预埋在地下连续墙中钢筋接驳器进行连接，应严格控制地下连续墙施工的精度，确保地下连续墙内预留埋件及钢筋接驳器位置的准确，从而保证底板钢筋可以与地下连续墙有效连接。另底板浇捣混凝土之前，应将与底板连接处地下连续墙凿毛，以便与底板混凝土连接。（3）土方施工。土体具有时空效应的特点：土体开挖形式和空间分布形式与基坑变形有密不可分的联系；土体是一种弹塑性体，土体受荷后会产生流塑变形。我们以土体的时间、空间效应理论指导挖土施工，在挖土施工时在基坑内部留有足够宽度的盆边土，用此部分土体产生的被动土压力来平衡基坑外部的主动土压力；按照设计的流程，在限定的时间内进行土体抽条以及硅垫层的施工，以此确保基坑的变形在规定的范围之内，避免因基坑的变形而威胁地铁车站以及周边建筑物、管线的安全。（4）格构柱受力转换及拆除措施。逆作法施工时，竖向荷载能够有效从上部柱传给下部格构柱，逆作法结束后，竖向荷载从格构柱有效传给永久柱。对于一柱一桩的直接施工永久柱于钢管立柱上。通过差异沉降的观察记录来安排施工进度。当施工过程中格构柱或地下墙的实测超过规定的沉降指标时，则停止上部结构施工，地下部分加快施工，直至封大底板。施工过程尽可能使桩的受力均匀，避免产生过大的荷载差异。根据结构的实际情况，按照预定的施工流程，分层、对称地进行格构柱的拆除，尽量减少因格构柱拆除引起应力变化对结构产生的影响，确保结构在正常状态工作。六、结语目前，逆作法已颁列入2001年颁布的中华人民共和