城區(qū)地下工程逆作法關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

1

工程概況北京某鄰地鐵織補(bǔ)項(xiàng)目，是集商業(yè)文化、餐飲、地下車(chē)庫(kù)和地鐵設(shè)施于一體的大型公共建筑。項(xiàng)目南側(cè)離地鐵6號(hào)線28.5?m，東側(cè)離地鐵5號(hào)線48?m，距離周邊構(gòu)筑物均非常近，場(chǎng)地亦狹小，為此，采用逆作法施工便成了解決該項(xiàng)目唯一方法。項(xiàng)目總占地面積約1.2萬(wàn)㎡，總建筑面積53?524?㎡，地下4層，基坑深達(dá)25?m，地上3層，屋檐最高約22?m，設(shè)計(jì)±0.000標(biāo)高相對(duì)于絕對(duì)標(biāo)高45.400?m。負(fù)4層為人防、地下車(chē)庫(kù)、設(shè)備用房及地鐵設(shè)施，負(fù)3層為地下車(chē)庫(kù)、設(shè)備用房及地鐵設(shè)施，負(fù)2層與地下一層設(shè)商業(yè)區(qū)、設(shè)備用房等，地上一層為商業(yè)文化，地上2~3層為商業(yè)文化、餐飲。2

逆作法關(guān)鍵施工技術(shù)2.1

一樁一柱后插法施工技術(shù)本工程逆作支撐柱為800?mm的鋼管混凝土柱是地下室永久結(jié)構(gòu)柱，安裝鋼管柱的標(biāo)高、軸線位置、垂直度的控制是逆作法施工的關(guān)鍵點(diǎn)。根據(jù)規(guī)范要求，對(duì)于長(zhǎng)度大于10?m鋼管柱的垂直度偏差不大于l/1?000且不大于25?mm，軸線偏差小于5?mm，標(biāo)高偏差小于10?mm。近年來(lái)，也有施工項(xiàng)目在鋼管柱安裝施工中采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)技術(shù)，但該設(shè)備主要用于樁基清障作業(yè)，只有一套夾緊裝置，存在安裝精度不高、施工效率低、配套設(shè)備多、施工費(fèi)用高等問(wèn)題。吸收總結(jié)傳統(tǒng)的蓋挖逆作法鋼管柱就位的工藝及經(jīng)驗(yàn)，本工程引入了鋼管柱安裝植入機(jī)設(shè)備——DAG鋼立柱植入機(jī)，并采用后插法施工技術(shù)，即先澆筑豎向支撐樁混凝土，在混凝土初凝前用該設(shè)備插入豎向支撐樁柱的施工方法，其核心在于在鋼管柱下插過(guò)程中能夠有效地保證鋼管柱的垂直度、中心位置及柱頂標(biāo)高等參數(shù)符合要求。（1）樁基超緩凝混凝土材料選擇及配合比確定?？紤]到超緩凝混凝土超長(zhǎng)的初凝終凝時(shí)間對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，對(duì)混凝土的凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線及坍落度、擴(kuò)展度的損失變化情況進(jìn)行相關(guān)的配合比設(shè)計(jì)與拌合物試驗(yàn)。超緩凝混凝土需水下樁混凝土澆筑后有足夠的初凝時(shí)間和良好的流動(dòng)性，以保證鋼管柱順利插入樁混凝土中。1）特點(diǎn)和要求。超緩凝混凝土要的初凝時(shí)間在30?h左右，且具有良好的流動(dòng)性，強(qiáng)度為C30水下樁混凝土，保證鋼管柱有足夠時(shí)間進(jìn)行安裝和調(diào)整。2）原材料的選用。普通硅酸巖水泥：P·O42.5R。3d強(qiáng)度29.7?MPa，28?d強(qiáng)度54.2?MPa，初凝時(shí)間183?min，終凝時(shí)間254?min，標(biāo)準(zhǔn)稠度27.9，安定性雷氏法合格。機(jī)制砂：細(xì)度模數(shù)2.8，亞甲藍(lán)值MB值0.75?g/壓碎指標(biāo)值14.1%，石粉含量3.2%，泥塊含量0.4%。山碎石：碎石5~25?mm連續(xù)級(jí)配含泥量0.4%，泥塊含量0.2%，針片狀含量4%，壓碎指標(biāo)4.7%。粉煤灰：II粉煤灰燒失量2.59%，細(xì)度19.7%，需水量比99%。礦渣粉：礦渣粉S95級(jí)，密度2.85?g/cm3，比表面積413?㎡/kg，流動(dòng)度比100%，活性指數(shù)7?d83%，28?d?103%，燒失量0.44%。緩凝高效減水劑：PCA?-Ⅰ(T)聚羧酸高性能減水劑緩凝型，減水率28%，含固量27.13%，密度1.061?g/cm3，pH值6.8，坍落1?h經(jīng)時(shí)變化量5?mm。含氣量2.6%，抗壓強(qiáng)度比7?d?160%，28?d?148%。3）配合比試配。混凝土的技術(shù)要求：C30水下灌注樁混凝土的性能，坍落度220~240?mm擴(kuò)展度550~600?mm；粘聚性好。混凝土初凝時(shí)間不小于30?h；混凝土抗28?d壓強(qiáng)度36.0?MPa。（2）樁位測(cè)量控制。根據(jù)場(chǎng)區(qū)平面控制網(wǎng)用全站儀放樣，確定樁中心點(diǎn)，后安置鋼柱固定平臺(tái)與樁中心點(diǎn)重合并調(diào)平，鋼柱固定平臺(tái)4個(gè)角用12根膨脹螺栓固定；鋼柱固定平臺(tái)驗(yàn)收合格后，安置植入機(jī)并調(diào)平。（3）鋼管柱垂直度控制技術(shù)。垂直度采用雙測(cè)雙控，控制鋼管柱垂直度：施工中通過(guò)在鋼管柱頂端安裝傾角儀及兩臺(tái)全站儀互成90°來(lái)測(cè)量鋼管柱垂直度。這種雙測(cè)雙控的測(cè)量方法確保了鋼管柱安裝的垂直度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具體做法如下。1）在工具柱頂端安放傾角傳感器，通過(guò)36?V電壓與地面的傾角顯示儀連接，可直觀地看到傾斜數(shù)據(jù)，每個(gè)鋼管柱下壓行程校準(zhǔn)儀一次，要求傾角儀數(shù)據(jù)不大于0.1°。2）在兩個(gè)垂直的方向各架設(shè)一臺(tái)全站儀，利用全站儀的測(cè)距功能，測(cè)量工具段上互成90°角的兩直線上各3個(gè)點(diǎn)的距離，以此來(lái)校準(zhǔn)鋼管柱垂直度，每個(gè)鋼管柱下壓行程校準(zhǔn)一次。要求工具段4?m線上每個(gè)測(cè)站三個(gè)點(diǎn)的測(cè)距允許偏差不大于5?mm。（4）鋼管柱標(biāo)高測(cè)量控制。1）根據(jù)場(chǎng)區(qū)高程控制點(diǎn)，用水準(zhǔn)儀觀測(cè)下壓植入過(guò)程中工具段上已標(biāo)記好的鋼管柱頂標(biāo)高。鋼管柱壓到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，固定平臺(tái)及植入機(jī)共同加緊，保證其固定牢固。2）樁混凝土初凝后回填石子到達(dá)要求標(biāo)高后，松開(kāi)植入機(jī)固定夾后觀測(cè)工具段的沉降（與原觀測(cè)點(diǎn)位置對(duì)比），混凝土終凝后（及再次回填石子到達(dá)要求標(biāo)高后）松開(kāi)鋼柱固定平臺(tái)固定夾，復(fù)測(cè)其標(biāo)高。（5）鋼管柱垂直度復(fù)測(cè)控制。鋼管柱施工過(guò)程的垂直度控制雖然是采用雙測(cè)雙控的測(cè)量方法，但對(duì)鋼管柱施工完成后的垂直度復(fù)測(cè)只能等到鋼柱挖出來(lái)后才能進(jìn)行，一旦有問(wèn)題很難處理。針對(duì)此問(wèn)題，項(xiàng)目部研發(fā)一種鋼管柱垂直度測(cè)量?jī)x——自動(dòng)安平激光鉛錘儀。利用該技術(shù)復(fù)測(cè)鋼管柱垂直度，能及時(shí)直觀地反映鋼管柱垂直度情況，并可以根據(jù)反映的情況在混凝土初凝前對(duì)鋼管柱進(jìn)行垂直度糾偏，進(jìn)而確保鋼管柱垂直度控制的可靠性。本工程研究的自動(dòng)安平激光鉛錘儀是在鋼立柱還有100?mm余量就壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)安放工具段頂部的激光鉛錘儀，該鉛錘儀通過(guò)激光對(duì)準(zhǔn)鋼管柱底部中心直接測(cè)鋼管柱垂直度，受干擾因素小，很直觀地測(cè)量鋼管柱垂直度。（6）鋼管柱內(nèi)混凝土后置澆筑施工控制以往在植入機(jī)移走前就開(kāi)始安裝鋼管柱內(nèi)鋼筋籠和澆筑鋼管柱內(nèi)混凝土，若采用傳統(tǒng)的植入機(jī)固定鋼管柱并在固定的過(guò)程中澆筑鋼管柱內(nèi)混凝土，將會(huì)導(dǎo)致旋挖鉆施工出現(xiàn)間歇，進(jìn)而增加工期、加大成本，在植入機(jī)上部澆筑鋼管柱內(nèi)混凝土，由于鋼管柱內(nèi)混凝土為C60高性能混凝土，在狹窄的工具段內(nèi)進(jìn)行操作工效較差，即使采用鋼管柱內(nèi)下導(dǎo)管的方式進(jìn)行管內(nèi)混凝土澆筑，實(shí)際操作會(huì)出現(xiàn)工具段內(nèi)嚴(yán)重充滿(mǎn)浮漿，進(jìn)而影響工具段的拆除。這種方法不僅會(huì)擾動(dòng)已安裝鋼管柱，影響鋼管柱安裝進(jìn)度，而且還占用植入機(jī)有效工作時(shí)間，降低鋼管柱安裝效率。為改變這種狀況，將鋼管柱內(nèi)混凝土澆筑后置，即改為植入機(jī)移走后，待樁混凝土到達(dá)一定強(qiáng)度后再澆筑鋼管柱內(nèi)混凝土。為提高平臺(tái)的使用效率，又不因?yàn)楣潭ㄆ脚_(tái)的吊移影響鋼柱安裝質(zhì)量，采取在樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后澆筑鋼管柱內(nèi)混凝土。根據(jù)樁混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線可知，其強(qiáng)度達(dá)到100%需10?d。因此，在固定平臺(tái)吊移情況下，選定在樁混凝土澆筑完成10?d后澆筑鋼管柱內(nèi)混凝土。2.2

基坑降水施工技術(shù)確保基坑干槽作業(yè)是明挖施工的要點(diǎn)，更是蓋挖逆作施工的關(guān)鍵。基于絕大部分城市對(duì)自然環(huán)境保護(hù)的要求，大量降水將導(dǎo)致水土流水的方法已將成為過(guò)去。現(xiàn)逆作施工中大部分采用基坑內(nèi)疏干與坑外降水相結(jié)合的方式控制坑內(nèi)水位，這種方法一般都會(huì)在土方開(kāi)挖前進(jìn)行基坑帷幕止水，比較常見(jiàn)的3種止水方法有高壓旋噴樁、SMW工法樁及地下連續(xù)墻，其中地下連續(xù)墻止水最適用于逆作法基坑，逆作施工過(guò)程中不僅起到圍護(hù)結(jié)構(gòu)及止水效果，也可以兼做地下室永久墻的作用。而對(duì)于前兩種止水方法，一般適用于工期周期短、造價(jià)低、地下水位較深的情況，逆作施工過(guò)程中僅有上層滯水與潛水的情況能起到較好的止水效果。根據(jù)本工程地質(zhì)水文情況，逆作施工中存在上層滯水與潛水，地下承壓水水頭位于地下室底板以下3?m，基于這種水文地質(zhì)情況，該基坑降水采取了基坑明溝排水+自滲井點(diǎn)（每30?m布置）降水方法得到了較好的效果。2.3

土方開(kāi)挖與運(yùn)輸施工技術(shù)土方施工是區(qū)分逆作法與順作法的重要施工工藝之一。對(duì)于順作法，土方施工通常在基坑內(nèi)部設(shè)置馬道進(jìn)行“明挖”，而逆作法中的土方進(jìn)行“蓋挖”施工，其土方外運(yùn)速度直接影響逆作施工的效率，土方外運(yùn)速度不僅需要考慮周邊施工環(huán)境及土方消納場(chǎng)所等因素，且場(chǎng)區(qū)土方開(kāi)挖的水平運(yùn)輸及豎向運(yùn)輸才是決定土方外運(yùn)效率的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)的蓋挖土方采用小型機(jī)械與人工相結(jié)合的方式，蓋挖土方水平運(yùn)輸采用推土機(jī)、挖掘機(jī)、鏟車(chē)，甚至人工手推車(chē)的形式。蓋挖土方豎向運(yùn)輸是通過(guò)結(jié)構(gòu)預(yù)留出土口進(jìn)行豎向提升，其使用的設(shè)備主要有提升架、門(mén)式起重機(jī)、抓斗、傳送帶、長(zhǎng)臂挖機(jī)、長(zhǎng)臂伸縮挖掘機(jī)等設(shè)置在預(yù)留出土口。對(duì)于大型逆作基坑，可以采用整體逆作與局部順作相結(jié)合的辦法來(lái)加快土方外運(yùn)速度。本工程由于場(chǎng)地狹小，不僅無(wú)法設(shè)置坡道直通地下，且地下室頂板無(wú)場(chǎng)地儲(chǔ)存土方。因此，為加快土方外運(yùn)速度，在基坑平面上將土方分為6塊，每塊對(duì)應(yīng)的施工段面積為1?000~1?500?㎡；在基坑豎向分層情況上，根據(jù)基坑變形計(jì)算、邊梁高度、邊墻預(yù)留下甩鋼筋長(zhǎng)度及結(jié)構(gòu)盤(pán)扣架體的模數(shù)將逆作施工中的土胎膜轉(zhuǎn)換為地下結(jié)構(gòu)順作模架的思路進(jìn)行中心島式分層開(kāi)挖土方；最終采取了小型挖掘機(jī)+小型鏟車(chē)相互配合將土運(yùn)至出土口的方式來(lái)提高蓋挖土方水平運(yùn)輸?shù)乃俣龋▋蓚€(gè)出土口同時(shí)出土量可達(dá)到2?000?m3/晚），并在地下室頂板預(yù)留出土口位置設(shè)置長(zhǎng)臂伸縮挖掘機(jī)進(jìn)行取土直接裝運(yùn)的方法來(lái)加快蓋挖出土豎向運(yùn)輸?shù)男?，同時(shí)解決現(xiàn)場(chǎng)無(wú)存土場(chǎng)的難題。2.4

板下豎向結(jié)構(gòu)施工技術(shù)（防水節(jié)點(diǎn)、下返深度）相比順作施工，逆作法施工中的板下豎向結(jié)構(gòu)施工是在其對(duì)應(yīng)位置的上下結(jié)構(gòu)板混凝土澆筑完成后進(jìn)行的，豎向結(jié)構(gòu)的鋼筋可以通過(guò)預(yù)埋、螺紋套筒或者鉆孔植筋等方法連接上下結(jié)構(gòu)板，而通常的混凝土澆筑方法就不再適用了。混凝土材料特性是在凝固過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生收縮，這種收縮會(huì)造成豎向結(jié)構(gòu)與上層結(jié)構(gòu)板之間產(chǎn)生裂縫間隙，影響結(jié)構(gòu)受力。本工程采用直接法施工，將下返墻體施工縫設(shè)置在梁下200?mm或板下500?mm，并要求施工縫留置為斜茬，高低差為80~100?mm，為確保該處施工縫后期不漏水，對(duì)該處位置的施工縫設(shè)置止水膠并埋設(shè)注漿管，所有豎向結(jié)構(gòu)施工完成14?d后對(duì)該處的施工縫進(jìn)行的自下而上注漿處理，后期檢查該處施工縫無(wú)滲漏，止水效果顯著。2.5

梁柱節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)逆作施工中的梁柱柱節(jié)點(diǎn)種類(lèi)較多，比如設(shè)置鋼筋混凝土環(huán)梁、變寬梁、鋼托座等節(jié)點(diǎn)措施，而混凝土梁與逆作鋼管柱的連接方式?jīng)Q定了逆作施工的效率。對(duì)于局部邊跨空洞位置，為確?；诱w穩(wěn)定，邊跨鋼管柱必須設(shè)置臨時(shí)支撐對(duì)頂至外墻上。為優(yōu)化逆作施工中的梁柱節(jié)點(diǎn)施工，本工程在鋼管柱下插前