地下工程逆作法设计与施工的若干问题

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1、 2 5 8 建筑技术 A r c h it e c t u r e T e c h n o l o g y 增刊 2 0 0 0 地下工程逆作法设计与施工的若干问题 洪海灵黄力平 摘要 方法之 一 . 逆作法是特定条件下处理深基坑、施工高层建筑多层地下室、地铁车站及其它地下结构的有效 本文根据工租实戏及经脸。对逆作法工租设计与施工的若干要点问趁进行总结及探讨。 1 前言 在人口急剧膨胀、城市规模 日益扩大的今天，发 展城市快速轨道交通系统、开发利用地下空间是缓解 城市交通压力、改善城市人口居住环境的有效手段。 随着城市建筑和市政工程的高速发展，高层建 筑、地铁等的深基坑工程规模越来越大，以深

2、圳地区 为例，目 前高层建筑的基坑开挖深度最深已达2 0 m . 单个墓坑面积最大约5 万xm;而即将全面开工的深圳 地铁一期工程地铁车站荃坑深度一般在 2 0 m以内，基 坑长度一般为2 0 0 一 2 2 0 m ,基坑宽度一般为2 0 m左右。 由于城区内构筑物密集，道路交通繁忙，地下管 线错综复杂， 要求深基坑工程施工必须确保周围环境 的安全，因此深基坑工程问题以其高风险、高投人、 高难度的特点而成为地下工程建设的控制性环节。 逆作法是特定条件下处理深荃坑、施工高层建筑 多层地下室、地铁车站及其它地下结构的有效方法之 一。 本文根据工程实践及经验，对逆作法工程设计与 施工的若干要点问题

3、进行了总结及探讨。 2 地下工程逆作法设计的若干间题 2 . 1 逆作法工程的概念设计问 题 逆作法既是设计思想的体现，也是一种较为先进 的施工工法， 在环境条件复杂、交通硫解困难等特定 条件下，暗与明挖或浅埋暗挖等工法进行技术、经 济、安全性比较后，必要时可选用逆作法。 逆作法的工艺原理为:首先沿地下结构轴线或周 边施工地下连续墙或护坡桩等支护结构，同时或随后 施工地下结构的柱荃础，完成中间支承柱系统的施 工; 然后开挖土方至地下一1 层底面标高，完成地下 一 1 层顶板及墙柱施工;继续向下开挖土方，并向下 逐层施工下层结构，同时可向上逐层进行地面各层结 构的施工。地下结构的梁板体系在逆作法

4、施工过程中 作为支护结构的水平支撑体系。 逆作法工程的概念设计是指基于工程经验和工程 概念建立的基本设计原则，是指设计的总体思想及总 体方案， 主要着重解决以下对于逆作法工程的技术可 行性、经济性、安全性起着决定作用的间题: ( 1 )墓坑支护结构的选型、基坑支护结构是否与 主体结构合一的问题; ( 2 )设计工况的设定间题; ( 3 )中间支承柱系统的设计问题; ( 4 )地下结构防水间题; ( 5 )地下结构的抗浮问题。 2 . 2 基坑支护结构及复合墙结构的设计问 题 采用逆作法施工地下结构，基坑支护桩 ( 墙)多 选用刚度大、抗渗性能好的地下连续墙，广州地铁一 号线地铁车站还采用了咬合

5、挖孔桩排桩、咬合矩形桩 排桩等支护结构形式。支护桩 ( 墙)应尽可能与地下 结构的外墙合一， 做成兼有挡土、防渗、承重等多项 功能的复合墙，以节省工程造价。 深基坑支护结构体系应采用有限元技术对其施工 阶段及使用阶段的工作性状进行仿真计算分析，以确 保支护结构具有足够的刚度、强度和稳定性。支护结 构的人土深度是一个重要指标，对于工程造价、变形 控制影响甚大，应结合工程经验在计算的基础上加以 优化。根据深圳地区的工程实践，逆作法支护桩 ( 墙)的嵌固深度一般为 1 . 5 一 0 . 8 11 ( H为基坑开挖深 度) 。 对于承受水平、垂直荷载及地展的地下连续墙复 合墙结构应采用刚性接头，以保

6、证摺段之间的钥筋贯 通， 避免由于接点不连续导致强度及刚度的削弱，从 工程实践来看，H型钢桩刚性接头优于交叉十字型刚 性接头; 如采用柔性接头，建议做内衬墙，同时支护 结构的顶部宜设置与地下一层顶板整体浇筑的加强连 梁，以提高结构的整体性、强度和刚度。为保证支护 桩 ( 墙)的垂直承载力，减少支护桩 ( 墙)与主体内 部结构之间的沉降差，除在施工中严格控制沉渣厚度 外，可在支护柱 ( 墙)内预埋浇浆管，待混凝土初凝 后对沉渣部位进行高压注浆加固。 洪梅炙，8 2 年毕业于同济大学，班从事工程管理及设计工作 裸圳市住宅几探圳市人民玻府住房侧度改革办公宣5 1 8 0 3 : 增刊 2 (X 刃

7、建筑技术 A 川 h i t 以 比 u 花Tec L n o 】 0 盯 2 5 9 为保证支护桩 ( 墙)与后浇内衬墙的整体结合共 同工作，根据日 本和上海地铁、深圳高层建筑地下室 逆作法的建造经验， 建议采用顶埋剪力键、抓栓的方 法连接。实践证明， 这种连接方式的复合墙体的承载 及防水性能不亚于现浇墙体。 逆作法工程中地下结构各层的楼面梁板体系除承 受施工期间及使用期间的荷载外， 还作为水平支撑体 系承受水平荷载;设计时应进行支护结构一地下结构 梁板体系、中间支承柱的空间协同作用分析， 特别要 注惫楼板的开孔 ( 如车道、 楼梯孔等)对于水平支撑 刚度的影响，开孔不能太接近支护结构，一般

8、至少应 保证1 。的距离，并对局部梁板进行加强，如设置深 梁，以作为永久水平支撑抵挡横向水平力，根据支护 结构的内力及变形的计算情况，可在逆作法工序中布 置临时水平支撑，以进一步优化设计， 减少支护结构 的配筋t。 2 . 3 中间支承柱系统的设计问题 在逆作法施工期间，中间支承柱可以在地下室底 板未浇筑之前承受地上和地下各层结构的部分自重和 施工荷载; 在底板浇筑后，与底板连接为整体，作为 地下室结构的一部分，把荷载传递给地基。 中间支承柱的柱身在底板以上多为断面小而承载 力大的钢管硅柱或 H型钢柱，这种结构形式也便于与 地下结构的梁、板等进行有效的连接;底板以下多为 钢筋硷灌注桩。中间支承

9、柱的柱下桩的施工精度严格 控制，一般桩位差宜取 士 sc二 ，垂直度偏差宜不大于 1 乃 00 。 中间支承柱系统的设计内容主要有中间支承柱的 数量及位t的设计、中间支承柱的断面及浦柱桩设 计、中间支承柱与结构的连接设计等。 中间支承柱的数量及位里要根据结构的布里及设 计工况、 施工工序等进行详细考虑后通过计算综合确 定， 原则上应尽可能与结构桩位合一，必要时可布置 临时立柱。如采用逆作法施工的深圳 “ 地王大厦”考 息到士 O t oo层施工荷载较大，设置了 部分临时立柱; 而深圳 “ 赛格广场”大厦逆作法施工则不另设中间支 承柱，均采用 O I J 】 一1 6 叹 I nun 的钢管硷工

10、程柱。 24 逆作法的地下结构防水问题 地下工程防水是设计的主导，地下结构的强度、 刚度、稳定性设计都必须服从于这个前提。城市地下 工程防水更应强调 “ 以防为主”的原则， 辅以防排结 合的措施。地下工程防水效果的好坏，其影响因素是 多方面的，首先要有一个科学合理的防水体系; 其二 是选用质量合格、适用于工程所在区域的防水材料; 其三为最重要的一环，即防水施工。 对于逆作法工法，防水是一个较难处理的薄弱环 节。地下连续崎的接头及地下结构的各种结构设缝 ( 施工缝、后浇缝、伸缩缝和诱导缝等)都是防水处 理的重点部位。 在防水设计中，应充分利用硷的自防水作为第一 道防线， 提商硷的抗渗、抗裂性能，

11、必要时设置附加 防水层。根据深圳地区的工程实践，采用 U E A徽膨胀 抗渗硷施工技术可以收到较好的效果。 对于地下连接境兼作地下结构外摘的复合墙工 程， 地下连续墙的接头是最容易产生渗漏水的通道， 目 前有关单位已开发了 多种防水接头构造，图1 是88 层的上海金茂大厦防水接头的构造，其特点是在槽段 端头嵌有橡胶止水带的防水接头板，同时接头形状加 大了地下水的渗径，对防水极为有利;图2 为H型 刚性接头， 其防水效果较好，由于成本较高，在深圳 地区目前仅在 “ 现代苑” 、“ 集建国际广场”两个工程 中应用。 圈1 地下连续姗防水接头 图Z H型钢桩接头 对于采用柔性接头的地下连续墙，可另设

12、钢筋砖 内衬或在墙边砌筑装饰墙并辅以排水措施以解决防渗 问题。如探圳 “ 远洋中心”大厦工程就使用了这一种 处理方法。 对于采用护坡桩与内衬边墙相结合的地下结构， 从广州地铁一号线的工程实践来看，存在边墙开裂、 渗漏严重的弊病，究其原因在于两者刚度不一，剪力 连接钢筋力柔， 难以共同受力，变形不均匀，同时剪 力筋的存在造成两层之间无法铺设防水板， 形成渗漏 通道。因此如果逆作法采用此方案。除设置防水的多 道防线外， 应从结构上完善沉降差的调整措施，如在 车站柱位t增设桩等。 对于地铁车站，一般不设沉降缝，只设施工缝、 后浇缝、诱导缝等。结构设缝的防水处理一般可采取 以下方法: 施工缝可设置埋入

13、式止水条 ( 遇水膨胀腻 子止水条、金属止水条等) ;后浇缝可采用接加 U E 人 膨胀荆的混凝土 ( 其强度等级大于缝两侧混凝土)浇 2 印 建筑技术 A 代 肠 t 枕恤 T eC h o 0 1 训 叮 增刊 2 以 刀 筑， 起到补偿收缩的作用，并保证 14天以上的湿养 护时间， 地下结构的防水层多用防水卷材。 2 ， 5 地下结构的抗渗间题 地下结构采用逆作法施工，对于地下结构的抗浮 是极为有利的，同时由于施工时底板支点增多，跨度 减少，可以减少底板内力， 使地下结构底板设计趋于 合理。目 前国内外所采取的抗浮措施:除了传统的压 重法和锚桩法外，近年发展起来的土层锚杆法和倒滤 层排水

14、抗浮法应用较广，如上海地铁一号线的十一个 车站均采用了倒池层排水抗浮法。 倒涟层排水抗浮法的主要设计思想是在地下结构 底板下设t永久性砂石侧雄层将地下水汇集到预设的 深井中，通过抽排水减少地下水对结构的浮力。该法 施工简单，价格低廉，效果较好;并且可以利用无纺 布等土工织物在导流和防止粘土顺粒堵塞方面的优势 取代砂垫层，从而有效地解决倒池层的老化问题;该 方法的不利之处在于降水系统的长期作用会增大地表 沉降量，影响相邻结构的稳定。 在深圳地区，高层建筑地下室多采用锚桩法抗 浮;深圳地铁一期工程的地铁车站多采用压重法抗 浮。地下结构的抗浮设计应根据逆作法的工程特点， 进行方案的比取，以达到技术、

15、经济的合理统一。 3 地下工程逆作法施工的若干问题 3 . 1 支护结构的垂直承载力问题 当支护结构作为地下结构的外墉时，为提高支护 结构的垂直承载力，减少支护结构与主体内部结构之 间的沉降差，除施工时严格控制支护结构的沉渣外， 可在地下连续墙或支护桩内预埋注浆管，待混凝土初 凝后对沉渣部位进行高压注浆加固。 32 土方开挖施工的问题 逆作法的土方挖运在士 0 . 00层楼板封闭后，即进 人暗挖作 业。 土方挖运是逆作法施工的一个难点， 其 效率是逆作法工程中影响工期的主要因素之一，除了 尽可能采用全机械化作业手段外，合理布置垂直运抽 通道是提高出土速度的重要因素，工程中多用电动抓 斗、提升架

16、结合挖掘机进行垂直运输;必要时可在基 坑内布设降水井点，以保证坑内干操，提高挖土效 率，利于地下结构施工。 土方开挖应充分利用基坑土体抵御变形的 “ 时空 效应能力，严格执行 “ 分层、分段、对称” 、“ 先端 部、 后中间”的开挖原则， 尽可能减少支护结构无支 排开挖的暴尽时间。 土方开挖必须确保控制性的施工工序与设计工况 的一致，以避免事故的发生，对于呈长条形的地铁车 站深基坑，土方开挖应严防墓坑内发生纵向滑坡。纵 向滑坡会导致滑移范围内的支护结构失去土体的支撑 作用，甚至会冲断已安装好的支撑体系，导致支护结 构产生大变形或失稳的 严重后果。这种工程事故已有 多个先例。 3 . 3 地下结构的施工问题 逆作法工程中地下结构的施工应注意以下问题: ( 1) 地下结构梁及楼板的支模: 土质条件较好 时， 建议尽可能采用土胎模。即对于地下各层及楼 板，挖至其设计标高后，将土面整平夯实，浇筑厚约 s c 。的素硅， 然后刷垫层隔离层 ( 常用废机油、滑石 粉脱膜荆) ，即可进行地下结构的浇筑;土质条件较 差时， 可将挖土面低于地下结构梁及楼板面1 一1 . s m ， 再按常规方法