一、高層建築多層地下室傳統施工方法的不足
傳統的施工多層地下室的方法是開敞式施工,即大開口放坡開挖,或用支護結構圍護後垂直開挖,挖至設計標高後澆築鋼筋混凝土底板,再由下而上逐層施工各層地下室結構,待地下結構完成後再進行地上結構施工。
對於深度大的多層地下室,用上述傳統方法施工存在一些問題:
1)基坑很深,支護結構的擋牆長度很大,費用增加。
2)基坑內部支護結構的支撐用量大,一方面需用大量大規格的鋼材,另一方面也增加了地下結構施工的難度。
3)如用井點設備降低地下水時,水位的降低會引起土體固結,使周圍地面產生降沉,如不採取特殊措施,亦會危及基坑附近的建築物、地下管線和道路。
4)深基坑的開挖,基坑的變形和周圍地面的沉降是施工中急待解決的問題之一
高層建築多采用補償性基礎,有較深的多層地下室,它一方面利用補償原理能有效地利用地基承載力,另一方面亦可充分利用地下空間作為地下停車場、設備層用房等,增加使用面積。這也為利用“逆築法”提供了條件。
實踐證明,利用“逆築法”施工開挖深度大的多層地下結構是十分有效的。
二、“逆作法”概述
基坑工程傳統的施工方法是開敞式施工,即開口放坡開挖或用支護結構圍護後垂直開挖,直到底板下設計標高。然後從底板澆築鋼筋混凝土開始,由下而上逐層施工各層地下室結構,基礎及地下室完成後再進行上部主體結構施工,這種施工方法也稱為“順作法”。
當高層建築的基坑工程大而深時,圍護結構的內支撐體系或錨杆體系工程量十分大,而且工期很長,特別是使用內支撐體系時,隨著地下室結構由下而上,不再需要內支撐時,拆除工作量也很大,鋼筋混凝土內支撐往往還要爆破拆除。針對“順作法”的缺點,“逆作法”則是利用地下室的梁、板、柱結構,取代內支撐體系去支撐圍護結構,所以此時的地下室梁板結構就要隨著基坑由地面向下開挖而由上往下逐層澆築,直到地下室底板封底。與“順作法”由底板逐層向上澆築地下室結構的順序是相逆的,故稱之為“逆作法”,也稱之為“逆築法”。
“逆築法”的工藝原理是:
先沿建築物地下室軸線(地下連續牆也是地下室結構承重牆)或周圍(地下連續牆等只用作支護結構)施工地下連續牆或其他支護結構,同時在建築物內部的有關位置(柱子或隔牆相交處等,根據需要計算確定)澆築或打下中間支承柱,作為施工期間於底板封底之前承受上部結構自重和施工荷載的支撐。然後施工地面一層的梁板樓面結構,作為地下連續牆剛度很大的支撐,隨後逐層向下開挖土方和澆築各層地下結構,直至底板封底。與此同時,由於地面一層的樓面結構已完成,為上部結構施工創造了條件,所以可以同時向上逐層進行地上結構的施工。這樣地面上、下同時進行施工,直至工程結束。
“逆作法”施工,以地面一層樓面結構是封閉還是敞開,分為“封閉式逆作法”和“開敞式逆作法”。前者可以地面上、下同時進行施工;後者上部結構不能與地下結構同時進行施工,只是地下結構自上而下逐層施工。
與傳統的施工方法相比,用“逆作法”施工多層地下室有下列優點:
1、縮短工程施工的總工期
帶多層地下室的高層建築,如採用傳統方法施工,其總工期為地下結構工期加地上結構工期,再加裝修等所佔之工期。而用“逆作法”施工,一般情況下只有地下l層佔絕對工期,其他各層地下室可與地上結構同時施工,不佔絕對工期,因此可以縮短工程的總工期。如上述的日本讀賣新聞社大樓,地上9層、地下6層,用“封閉式逆築法”施工,總工期只22個月,比傳統施工方法縮短工期6個月。又如有6層地下室的法國巴黎拉弗埃特百貨大樓,用逆築法施工,工期縮短1/3。地下結構層數愈多,用逆築法施工則工期縮短愈顯著。
2、基坑變形小,相臨建築物等沉降少
採用“逆築法”施工,是利用逐層澆築的地下室結構作為周圍支護結構地下連續牆的內部支撐。由於地下室結構與臨時支撐相比剛度大得多,所以地下連續牆在側壓力作用下的變形就小得多。此外,由於中間支承柱的存在使底板增加了支點,澆築後的底板成為多跨連續板結構,與無中間支承柱的情況相比跨度減小,從而使底板的隆起也減少。因此,“逆築法”施工能減少基坑變形,使相鄰的建(構)築物、道路和地下管線等的沉降減少,在施工期間可保證其正常使用。
3、使底板設計趨向合理
鋼筋混凝土底板要滿足抗浮要求。用傳統方法施工時,底板澆築後支點少,跨度大,上浮力產生的彎矩值大,有時為了滿足施工時抗浮要求而需加大底板的厚度,或增強底板的配筋。而當地下和地上結構施工結束,上部荷載傳下後,為滿足抗浮要求而加厚的混凝土反過來又作為自重荷載作用於底板上,因而使底板設計不盡合理。用“逆築法”施工,在施工時底板的支點增多,跨度減小,較易滿足抗浮要求,甚至可減少底板配筋,使底板的結構設計趨向合理。
4、可節省護結構的支撐
深度較大的多層地下室了,如用傳統方法施工,為減少支護結構的變形需設置強大的內部支撐或外部拉錨,不但需要消耗大量鋼材,施工費用亦相當可觀。如上海電信大樓的深11m、地下3層的地下室,用傳統方法施工,為保證支護結構的穩定,約需臨時鋼圍檁和鋼支撐1350t,而用“逆築法”施工,土方開挖後是利用地下室結構本身來支撐作為支護結構的地下連續牆,可省去支護結構的臨時支撐。
適用範圍:
“逆作法”施工技術適用於高層建築、多層地下室結構施工及類似地下室結構的地下構築物的結構施工。但地下連續牆中柱樁沉降量必須經過計算。
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