深基坑环梁支护和部分地下工程逆作施工工法

'深基坑环梁支护和部分地下工程逆作施工工法(YJGF03—2000)天津一建建筑工程有限公司一、引言近年来，国内深基础工程的支护技术发展很快，不断推陈出新。天津一建建筑工程有限公司在软土地基基础支护技术方面做了长期、大量、深入的研究，已取得了多项科技成果和专利发明。如“深基坑环梁护壁工艺”、“自撑式双排抗浮桩护壁工艺”，以及“工程桩与基坑支护结构联合支挡工艺”等。在降低施工操作难度方面，尤其是在降低支护工程造价及提高支护结构整体稳定性安全性等方面取得了显著成效。但通过在天津国际大厦、澳东大厦、交通指挥中心等深基坑支护工程实践中，我们发现，支护工程尤其水平支撑结构，在基础结构施工时，每施工一层工程结构前要拆除一层水平支撑，影响基础结构的正常施工，而且支护工程的拆除量较大，投资也较大。对于基坑平面面积愈大，深度愈大的工程，拆除量和投资就更大。为解决这一问题，天津一建建筑工程有限公司研究出一种基于保证工程结构质量基础上的更加经济。高效。安全的支护工艺——深基环梁支护和部分地下工程逆作法施工工法。二、本工法的特点和运用范围1.本工法的特点此工艺的特点有以下三点：（1）占用的场地很小，适用于毗邻建筑物多而近，且周围施工地界极其狭窄的工程。（2）水平支撑结构在支护作用完成后不需要拆除，并成为永久结构的一部分，可大幅降低工程造价，缩短施工工期。（3）水平支撑结构由上向下逆向施工，且基坑中央留有足够大的空间，使主要竖向工程结构可以正向施工，保证工程的整体内在质量。（4）工期短，造价低廉。2.适用范围凡是同时具有以下特点的工程均可采用本工法。第1页 （1）基础结构必须是桩箱基础。（2）基础防水采用混凝土结构主体防水。（3）工程毗邻建筑物多而近。（4）周边地界狭窄的工程。三、支护原理1.概述一般而言，在深基础支护技术中，均在非水平工程结构标高位置处设置水平支撑，因此每当工程结构施工至水平支撑附近时，就必须拆除这道水平支撑。这将使得工程的工序繁琐，而且造成大量工程材料浪费。本工法则大胆的将水平支撑设置于水平工程结构标高位置处，且水平支撑结构的设计必须满足所覆盖部分的水平工程结构使用功能的要求。换言之，利用部分水平工程结构的一部分替代水平支撑结构。与前者不同的是，当基础结构施工至水平支撑的标高位置时，不需要拆除水平支撑，只要将水平支撑之外的水平工程结构按照正常顺序施工完毕即可。特别是水平支撑中央留有足够的空间，使主楼基础结构能正向施工，从而保证工程结构的整体质量。这是一种不同于“逆施施工工艺”的一种更加经济、简便且安全可靠的支护新工艺。采用本工法必须与建筑结构设计相结合，以便得到建筑结构设计单位的认可和支持。2.竖向支护结构竖向支护结构可采用支护桩（灌注桩）或地下连续墙。（1）采用支护桩（灌注桩）时，支护桩必须连续封闭，设置于基础结构外侧。其中部分支护桩可以利用部分工程桩代替，具体代替方法可按照《工程桩代替护壁桩深基础支护工法》（TYJGF037—96）。（2）采用地下连续墙时，可利用地下连续墙代替部分或全部基础外围结构，地下连续墙的构造设计与施工应符合《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—9）的规定。3.水平工程结构的利用基础结构中，负一层以及负一层以下的各层结构的群房部分，基础底板除外，均可被利用作为水平支护结构，施工时由上向下逆向施工。基坑中央留有足够的空间，保证基础结构由基础底板向上正向施工。（1）基坑中央六社孔洞的原则。在一个平面内开的孔越小，在孔周围的集中应力则越小。我们希望在利用工程结构代替水平支护结构时，将圆孔开深越小越好，以获得较好的受力效果，这将造成大部分竖向结构包括主要的即主楼部分的受力结构不能由下向上连续施工，只能分层采取逆施法，必定会影响主楼结构的整体受力性。因此，孔洞最小的界限应该保证主体基础结构的完整性，并且能够连续正向施工。第2页 （2）孔洞边缘施工缝的留设与加固。孔洞边缘施工缝的留设应该符合《混凝上结构工程施工及验收规范》（GB50204—2）的要求。根据规范留设的施工缝，在平面呈锯齿状。然而，这样留设的不光滑的孔洞边缘，容易因结构边缘应力分布不均匀而产生破坏裂缝，因此必须在孔洞边缘设置钢筋混凝上环梁或格构式钢筋混凝上环梁。格构式钢筋混凝土环梁是由小截面钢筋混凝土梁组合而成环状受力结构，适用于直径大于60m的环状受力结构。（3）水平结构与竖向结构结合部的设计。水平结构与竖向结构结合部的连接方法直接影响两结构之间的传力效果。实践证明，采用钢筋混凝土边梁连接水平结构与竖向结构的方法，传力效果好，结构稳固可靠。具体构造方法，当竖向结构是地下连续墙时，则在地下连续墙的相应位置留设凹槽，并沿地下连续墙与水平结构的连接处设置连续封闭的钢筋混凝上边梁。当竖向结构为支护桩（灌注桩）时，则在相应设置钢筋混凝土桩顶帽梁或桩腰边梁，并在帽梁或边梁与基础结构外墙相交的位置，分别向上和向下生出墙根，以利于基础结构施工时能和工程结构很好的结合在一起。如图1（a）所示。（4）垂直支撑的设置。水平支撑结构的自重较大，而且跨度也很大，承受水平荷载时，容易失稳而破坏。因此必须设置足够的垂直支撑。垂直支撑可采用刚格构柱，上端锚固在支撑结构内，下端锚固在工程桩或支撑桩内，如图1（b）所示。（5）基础结构防水。采用“逆支正施施工工艺”时，基础外围结构与竖向支护结构相互连接在一起，不具备做基础外防水的施工条件，因此基础结构防水必须采用混凝土结构主体防水。4.水平结构的设计第3页 对于这样一个复杂的受力结构进行受力分析，仅仅采用一般的简化力学模型和方法时，其结果往往比较保守，而且精确度也不高，容易造成支护工程投资的增加。因此，必须采用一种较为精确的受力分析方法，实践证明，采用启明星4.0版本的基坑支护结构分析软件所分析的结果较为精确。该软件是采用有限元法对整个结构的受力进行分析。依据这一结果进行环梁及其他辅助支撑梁的设计和配筋。另外，利用工程结构代替水平支撑结构必须取得结构设计单位的同意，并对于被利用作为水平支撑的工程结构进行受力验算，增加必要的受力筋或结构截面。四、施工要点1.地下连续墙的施工地下连续墙的施工，包括钢筋制作、焊接，混凝土浇注，垂直度控制，墙段连接，以及地下连续墙与水平支撑连接结点的预埋件施工必须符合《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）的规定。必须保证地下连续墙的良好防水性能，保证预埋件的位置准确。2.防水工程基坑降水采用封闭式内降水，根据不同的土质、地下水位等情况，做相应的基坑涌水量计算，确定降水系统的降水方法和设备数量，确保降水工程可靠、经济、高效。3.土方工程土方开挖必须根据基坑的平面形状，以及水平支撑系统的设计荷载和受力特性，制定科学、安全、高效的施工方法。并严格按照预先制定的方案进行施工，要分层均匀的开挖土方，均匀的释放坑边土体荷载，避免局部荷载完全释放，使支护结构的局部受到突变集中荷裁，从而造成支护结构突然破坏，给工程带来不必要的经济损失。另外，基坑边缘的堆载以及动载（如过往载重车辆、起重机等）必须符合设计要求，避免因超载引起的支护结构破坏。4.结构洞口如果水平支撑结构必须为地下车库出入口、楼梯洞口、电梯井筒等结构预留洞口时，需采取必要的加固措施。一般有两种方法，第一种方法，当孔洞尺寸较小时，则沿洞口边缘设置钢筋混凝土边梁；第二种方法，当孔洞尺寸较大时，若只设置钢筋混凝土边梁，则边梁的截面需要作得很大，很不经济，因此可采取钢筋混凝上边梁与钢筋混凝土对撑相互结合的方法，完成支护作用后再拆除多余的部分。5.后浇带当工程结构较大时，基础结构常常设有后浇带。然而在水平支护结构上留设后浇带则破坏了水平支撑的整体性和水平力的传递，但是在主体施工至设计要求的一定高度之前，必须留设后浇带。在本工法中可采取以下两种方法。第4页 方法一，当被利用结构平面面积不很大时，在应留设后浇带的位置留设诱导缝。具体操作方法，首先在支护阶段不留设任何结构缝；当进入基础结构施工阶段，水平支撑不再起支护作用时，在后浇带位置踢出宽约10cm的凹槽，以控制结构因沉降变形引起的裂缝出现的位置，使之起到后浇带的作用。方法二，被利用的水平结构平面面积很大时，我们采取诱导缝的处理方法。具体操作方法，在后浇带位置浇筑强度等级低的混凝土。如图2所示。五、工艺流程本工艺的施工流程如下（以地下结构为三层的基础支护工程为例）：第5页 第6页 六、机具设备根据施工顺序以及不同的施工部位，需要投入不同的机具设备。现将一般工程（平面面2积小于5000m）对各种主要机具需用情况列表说明，见表1。表1工程主要机具需用情况表按不同工程部位或时间的使用数量机具设备性能单位附注支护桩或地下连续墙土方工程水平支撑灌注桩打桩机或地下连续墙台2/2成槽机帷幕打桩机台2汽车吊20-40t辆2泥浆泵台8导管4m/节节403空压机9m台2混凝土搅拌机400L台（2）电或气焊台2（2）挖土机台2自卸汽车辆6装卸汽车辆1潜水泵台（15）风钻个10混凝土输送泵台（2）插入式振捣器个（6）塔吊200t.m台（1）注：括号表示后续工程延续使用。上表未将设备损耗及维修时的备用设备计算在内，实际工程中应考虑适当的备用设备。当工程较大时，根据实际工程量和工期要求确定应增加的设备数量。七、劳动组织根据本工法的施工流程，基础工程施工由灌注桩或地下连续墙、土方开挖、钢筋混凝土及钢格构柱等多个工程组成。而各工程工种的专业性很强，所以各项工程所选用的队伍也不同，进而各工种人员亦不能在整个工程中得以延续。这里且将各工程的不同操作岗位以及不同工序中所需人数的情况列入表2。第7页 表2按不同工程部位或时间的使用数量机具设备单位附注支护桩或地下连续墙土方工程水平支撑灌注桩打桩机或地下连续墙成人15/15槽机帷幕打桩机人15混凝土浇筑人30汽车吊司机人4泥浆泵控制人4钢筋笼成形焊接人18其他人44包括机械及挖运土人120人工挖土其他机械人15破桩头人15钢筋绑扎焊接人90支模板人60混凝土浇筑人70其他人30八、质量要求基坑支护结构是一种支挡坑边土体的临时结构，一般其质量要求只要保证基坑及坑边建筑或构筑物的安全即可。但是当支护结构与基础结构关系紧密时，这就对支护结构的施工精度提出较高要求。支护结构施工精度由支护结构设计单位确定，以保证基础结构的顺利施工为标准。同时还应考虑支护结构的变形问题，将变形量控制在安全的范围内，并留出变形量的空间。如果支护结构是由部分工程结构代替（如工程桩代替护壁桩，地下连续墙代替基础机构外墙，部分基础水平结构代替水平支护结构）时，则必须同时满足工程结构施工的规范要求，并需严格控制这部分结构的变形裂缝，使之符合规范要求。这些规范有《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94—94）、《高层建筑箱形基础设计施工规程》（JGJ120—9）、《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204—92）、《钢筋焊接及验收规程》（JGJ018—96）、《带肋钢筋套管挤压连接规程》（JGJ108—96）、《钢筋锥螺纹接头技术规程》（JGJ1O9—6）等。第8页 九、安全措施关于用电、打桩、地下连续墙施工、焊接、水平支护结构等工程的施工应符合国家有关的安全规范及天津市地区的安全规范要求。此外还应重点考虑以下两方面的安全措施。1.土方开挖阶段是基坑支护工程施工中最危险的阶段，必须严格按照土方开挖方案，均匀释放基坑边缘的土体荷载，防止局部荷载完全释放造成支护结构不均匀受力，并由此产生结构破坏和基坑坍塌事故。2.基坑成槽后，槽内作业应作好安全防护，如坑边护栏，水平支撑结构预留洞口的挂设安全网，引入槽内电缆应有很好的安全措施。尤其在向糟内吊运材料时应作好安全防范，并作好施工组织设计。十、效益分析该工法是深基坑支护技术发展的一个飞跃，这种工法具有技术先进、结构稳定可靠、综合经济效益显著的突出特点。主要表现在以下几方面：1.工程造价低。该工法利用部分水平工程结构代替水平支护结构，支护作用完成后，水平支撑不需要拆除，不仅大幅度降低了支护工程的投入，而且节省了拆除水平支撑的措施费。若同时利用工程桩代替支护桩或利用地下连续墙代替工程结构，则支护工程的造价会大幅度降低。2.工程工期短，采用该工法，水平支撑不需要拆除，可以节省拆除水平支撑所占用的主工时，大大缩短了工程工期。同时也节省了因延长工期所必须的工程开支。3.本支护法对周围地下环境毫无污染。因为本支护法不需要做拉锚、地锚等加固措施，因此不会给今后临近新建建筑物的施工造成麻烦。十一、工程实例实例1：天津市银丰花园大厦基础工程中，采用深基坑环梁支护和部分地下工程逆作法施工工法。该工程为桩箱基础，平面呈矩形，尺寸为78.1m×57.35m，基坑净深8.6m。该支护工程采用钢筋混凝土灌注桩做竖向支护结构，并沿基坑边缘设置，其中部分支护桩由工程桩代替；水平支撑则利用负二层边跨结构楼板，中间留设长圆形洞口，洞口边缘设置钢筋混凝土环梁，满足基础结构正向施工的要求，保证了主体结构完全正向施工，经工程实践，支护结构稳固可靠，最大变形为13mm，同时缩短工程工期25d，节约工程投资276万元。实例2：天津津汇广场深基础工程，地下三层，基坑总挖深13.5m，平面呈三角形，平面2面积为12020m。该支护工程采用地下连续墙做竖向支护，兼做基础结构外墙。水平结构则利用部分负二、负三层结构楼板，并分别在南塔楼、北塔楼和宾馆楼位置留设直径为40.52m（2个）和57.8m（1个）的圆孔共3个，将3个塔楼完全容在圆孔内，保证主体结构正向施工的连续性和结构的整体性。水平结构则由上向下施工，为加强水平支撑结构的整体刚度，在圆第9页 孔的边缘设置格构式环梁。经实施，支护结构稳固可靠，最大变形为65.1mm.水平支撑结构3利用了部分工程结构，节约钢筋混凝上5398m，降低水平支护工程投入量70％，此外节省垂直支撑87根，总计节约工程投资1034.873万元。较一般环梁降低造价30％，缩短工程工期101d。（执笔人：安学义毕江寰张振辉赵锡铭靳斌）第10页'