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某工程逆作法结构设计

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第10期作者：徐艳苗

[导读] 摘要：逆作法施工技术为将高层建筑地下室结构自上往下逐层施工，通过建筑物四周地下室连续墙或密排桩及建筑物内部的立柱桩，组成逆做竖向支撑系统[1]。

        深圳市筑道建筑设计工程有限公司前海分公司广东省深圳市 518000
        摘要：逆作法施工技术为将高层建筑地下室结构自上往下逐层施工，通过建筑物四周地下室连续墙或密排桩及建筑物内部的立柱桩，组成逆做竖向支撑系统[1]。随之逐层开挖，逐层施工水平梁板结构，当达到一定强度后，形成维护结构的水平支撑系统。与此同时，随着逆做面施工完成，具备了上部结构施工条件，可以同时逐层向上向下施工。
        关键词：逆作法；逆做面；工况设计；水平支撑系统；竖向支撑系统
        引言：当前，我国经济飞速发展，城市规模急剧扩张，土地资源紧缺，场地狭小成为现代建筑开发的主要特点，保障周围建筑、管线、道路及地下室结构安全，显得尤为重要。逆作法，通过颠覆传统施工方法顺序，利用主体结构各层楼板、构件及地下室连续墙等作为深基坑的维护结构，逆做面上下同时施工，既满足基坑支护需求，又可满足上部建筑开放发进度需求，使空间及时间都得到充分利用和发挥。
        1工程概况
        本工程位于佛山市禅城区，共由四层地下室、两层商业裙房及两栋超高层办公组成。本建设场地东侧紧邻地铁接驳口，西侧紧邻护城河，南侧及北侧紧邻城市道路，建设用地面积仅为9785m2。两栋塔楼主体屋面高度均为为150.00米，二层商业裙房为14.05m，底板厚度为1.0米，地下室底板底面标高为-19.800米。
        因场地狭小且基坑较深，本工程四周均采用地下室连续墙作为支护结构，东北角由于地铁风井设备需不间断运营，主体地下室外墙无法一次施工到位，在内部增设临时支护排桩作为前期维护结构，待地铁设备迁移完成，再行破除及二次施工此部位地下室连续墙。
        2工况设计
        综合考虑工期、成本及施工组织安排等，本工程逆做面设置在地下室顶板。逆作面承担转换向上及向下施工的重要角色，除应按常规结构考虑之外，还应综合考虑施工荷载，并配合出土车行路线，对原设计部分楼板开洞位置进行临时封堵，或对原设计为楼板部分临时开洞以满足预定功能要求。本工程根据项目开发需求共设计五个施工工况，如下：
        工况一：原始地面上，进行主体桩、立柱桩及地下室连续墙的施工；
        工况二：全地下室土方开挖至-2.950标高，完成地下室顶板施工后，上部塔楼可施工至6层；
        工况三：全地下室土方开挖至-7.700标高，完成负一层楼面施工后，上部塔楼可施工至18层；
        工况四：全地下室土方开挖至-12.900标高，完成负二层楼面施工后，上部结构可施工至24层；
        工况五：全地下室土方开挖至-19.900，完成底板及承台施工，上部结构可施工至24层；
        逆作法施工过程是逐步进行的过程，在进行每个工况施工时，结构构件受力随工况不同而不断变化。
        3维护结构设计
        本工程开挖深度大、环境保护要求高且基坑较深，维护结构采用“两墙合一”地下连续墙形式[2]，分别以一层、负一层及负二层结构梁板代替水平支撑传递水平力。维护结构设计主要分为两个阶段，即施工阶段的设计及正常使用阶段的验算。
        3.1施工阶段的设计
        地下室连续墙施工阶段主要承受内外侧水土压力，需满足开挖阶段对承载力的要求[3]。第二工况时，连续墙为单侧承受水土压力的2.95m悬臂墙；第三工况时，为一层楼面形成简支支座，下端嵌固，计算高度为7.7m高的单侧受荷墙；第四工况时，为一层楼面及负一层楼面形成简支支座，下端嵌固，计算高度分别为5.25m及7.25m两层单侧受荷外墙；第五工况时，为一层楼面、负一层楼面及负二层楼面形成简支支座，下端嵌固，计算高度分别为5.25m，5.20m及8.35m的三层单侧受荷外墙。包络以上设计工况确定地连墙的截面及配筋，局部因坡道或开洞等形成的墙计算段较高的位置通过增设临时支撑以控制地连墙满足施工开挖阶段承载力设计要求。如下图所示，本工程中2#坡道与施工组织中出土坡道为方向完全相反，临时出土车道因车辆高度等使用要求分别在首层、负一层及负二层开设临时洞口以满足出土车辆净高要求，待出土完成后进行封堵，此时要求永久车道首层及负一层车道口处均增设临时支撑以满足此处地连墙承载力要求，在临时出土车道完成出土后，方可对此临时支撑进行拆除。

        图一 2#坡道与临时出土坡道关系示意图
        3.2正常使用阶段验算
        连续墙除需满足施工阶段承载力极限状态和正常使用极限状态外，在正常使用阶段，也需满足承载力极限状态和正常使用阶段极限状态的计算[4]。正常使用阶段，土压水压回复到稳定状态，主体结构施工完成，墙体约束条件发生变化，正常使用阶段根据实际完成支撑荷载等条件，满足规范裂缝控制要求的前提下，对地连墙进行正常使用阶段计算和设计。
        3主体水平结构与维护结构水平撑相结合设计
        逆作法结构设计中，维护结构不在单独设置支撑体系，而是以主体结构梁板等内部水平构件代替维护结构水平支撑系统。以板代撑，省去了大量临时支撑的施工及拆除，对节约环保产生重大意义[5]。
        地下室梁板结构代替维护结构支撑时，支撑体系受力分析需考虑梁板的共同作用，对支撑体系进行有限元分析，根据有限元结果，确定地下室梁板是否满足水平支撑体系受力要求，并对不满足或应力较大的主体结构部分进行加强，以满足维护结构支撑体系要求；本项目地下室超长且主楼和裙房之间上部荷重差异大，纵横向均设置了沉降后浇带及伸缩后浇带，后浇带的存在破坏水平支撑系统，使水平力无法正常传递，本工程采用在框架梁或次梁内增设工字钢来解决水平传力问题，因工字钢相对梁刚度较小，无法约束后浇带两侧变形，因此此方法既可解决水平传力问题，亦可不约束变形；本工程一层楼面高差较多，水平力传递时容易在高差处产生应力集中，使构件开裂，本项目首层楼层结构采用加腋解决高差处应力集中问题。
        4竖向支撑系统设计
        逆施过程中，以逆做面为分界，向上向下施工过程中，竖向荷载全部需由竖向支撑系统承担。逆作法施工因在地面需预先完成支承立柱及立柱桩的施工，方可进行下一步开挖工作，本项目由于施工荷载及自重荷载均较大，采用截面特性较好的钢管作为立柱，桩基选用承载力较大的灌注桩，全面实现一柱一桩布置，避免了多桩承台的托转。立柱桩施工过程中，由于逆做面在一层，逆做面以下近20m左右形成空桩区，为防止上部车行荷载等对桩位产生偏差，桩基完成混凝土浇筑后，对空桩区采用鹅卵石进行回填。本项目部分靠近坡道及洞口侧的立柱无法设置环梁，采用外包形式形成钢筋混凝土-型钢组合柱，非特殊部位，均在方钢管上设置钢环板-钢筋混凝土环梁形式与主体结构梁板进行连接。
        5小结
        本工程通过采用逆作法结构这种特殊施工工艺，通过与施工单位紧密配合[6]，解决了深基坑支护困难、保护了在营地铁正常使用及满足变形严苛控制要求、实现开发商对于房屋预售节点按正常施工方法无法完成预想等，以这种特殊施工方式实现了多方面的诉求。但逆作法这种施工形式存在相当施工困难，对施工技术水平要求较高，应与实际工程存在困难相结合，不断创新改进，取得更好的经济效益及社会效益。
        参考文献：
        [1]李万乐.浅谈逆作法施工技术原理与特点[J].城市建设理论研究，2014.
        [2]陈永才.复杂环境下深基坑工程设计实践[J].山西建筑，2016（16）.
        [3]王红武.浅谈高层建筑逆作法施工技术[J].中国高新技术企业，2009（11）.
        [4]马丽.逆作法施工设计工艺及特点探讨[J].城市建设理论研究，2015（3）.
        [5]余业江.深基坑施工技术的选择[J].中国房地产业，2012（6）.
        [6]章邦亮.高层建筑地下室逆作法施工技术应用探讨[J].城市建设理论研究，2012（32）.