逆作法的关键施工技术主要包括以下几个方面。
1)中间支承立柱施工
中间支承立柱的作用是,在逆作法施工期间,在地下室底板未浇筑之前,与地下连续墙一起承受地下和地上各层的结构自重和施工荷载;在地下室底板浇筑后,与底板连接成整体,作为地下室结构的一部分,将上部结构及承受的荷载传递给地基。因此,中间支承立柱是地下室结构的永久承力柱。
中间支承立柱的位置和数量,要根据地下室的结构布置和制订的施工方案详细考虑后经计算确定,一般布置在柱子位置或纵、横墙相交处。中间支承立柱所承受的最大荷载,是地下室已修筑至最下一层,而地面上已修筑至规定的最高层数时的荷载。因此中间支承立柱的直径一般比设计的要大。由于底板以下的中间支承立柱要与底板结合成整体,因此中间支承立柱底板以下部分多用灌注桩形式,底板以上部分多为钢管柱、H型钢柱或钢格构柱,其断面小而承载能力大,而且也便于与地下室的梁、柱、墙、板等连接。底板以上的中间支承立柱后来再包裹混凝土作为正式地下室柱,从地面层向上一般是将钢柱再转换成混凝土柱。
由于中间支承立柱上部多为钢柱,下部多为混凝土柱,所以多采用灌注桩方法进行施工。
在泥浆护壁下用反循环或正循环潜水电钻钻孔时(图4.45),顶部要放护筒。钻孔后吊放钢管,钢管的位置要十分准确,否则与上部柱子不在同一垂线上时对受力不利。因此,钢管吊放后要用定位装置调整其位置。钢管的壁厚按其承受的荷载计算确定。利用导管浇筑混凝土,钢管的内径要比导管接头处的直径大50~100 mm。而用钢管内的导管浇筑混凝土时,超压力不可能将混凝土压上很高,所以钢管底端埋入混凝土不可能很深,一般为1 m左右。为使钢管下部与现浇混凝土桩能较好地结合,可在钢管下端加焊竖向分布的钢筋。混凝土桩的顶端一般高出底板面300 mm左右,高出部分在浇筑底板时将其凿除,以保证底板与中间支承立柱连成一体。混凝土浇筑完毕吊出导管。由于钢管外面不浇筑混凝土,钻孔上段中的泥浆需进行固化处理,以防止在清除开挖的土方时泥浆到处流淌,恶化施工环境。泥浆的固化处理方法是在泥浆中掺入水泥形成自凝泥浆,使其自凝固化。水泥掺量约10%,可直接投入钻孔内,用空气压缩机通过软管进行压缩空气吹拌,使水泥与泥浆很好地拌和。
图4.45 泥浆护壁用反循环钻孔灌注桩施工方法浇筑中间支承柱
1—补浆管;2—护筒;3—潜水电钻;4—排浆管;5—混凝土导管;6—定位装置;7—泥浆;8—钢管;9—自凝泥浆;10—混凝土桩
中间支承立柱也可用大直径套管灌注桩成孔方法(图4.46),它是边下套管、边用抓斗挖孔。由于有钢套管护壁,可用串筒浇筑混凝土,也可用导管法浇筑,要边浇筑混凝土,边上拔钢套管。支承立柱上部用H型钢或钢管,下部浇筑成扩大的桩头。混凝土桩浇至底板标高处,套管与H型钢间的空隙用砂或土填满,以增加上部钢立柱的稳定性。中间支承立柱也有用挖孔桩施工方法进行施工的,还可用大直径钢管桩作为中间支承立柱。
图4.47为某工程逆作法施工时中间支承立柱的布置情况。其中,支承立柱为大直径钻孔灌注桩,桩径为2 m,桩长30 m,共35根。
图4.46 中间支承立柱用大直径套管灌注桩施工
1—套管;2—抓斗;3—混凝土导管;4—H型钢;5—扩大的桩头;6—填砂;7—混凝土桩
图4.47 中间支承立柱布置
2)地下挖土
逆作法施工是在顶部楼盖封闭条件下进行的,在各层地下室结构施工时,需进行施工设备、土方、模板、钢筋、混凝土等的上下运输,所以需预留一个或几个上下贯通的垂直运输通道。为此,在设计时就要在适当部位预留一些从地面直通地下室底层的施工孔洞——垂直运输孔洞,也可利用楼梯间或无楼板处作为垂直运输孔洞。
在封闭情况下,地下挖土难度大,其不仅是影响工期的关键因素,也是保证施工安全的关键因素,而且还是产生土体变形的主要原因。因此,要预先部署好挖土作业流程及运输车辆路线,采用信息化施工,统一控制挖土位置和速度,以提高挖土效率。
采用逆作法施工较多的上海总结出的施工经验是:先从两端的取土口,直接用取土设备挖出工作面,然后由人力(或小型挖土机)从取土口的挖土工作面向基坑中间开挖。挖出的土方用双轮手推车运至取土口,然后由取土设备装车外运。
目前,地面取土设备主要有取土架、长臂挖机和伸缩臂挖机等。
3)地下室结构浇筑
根据逆作法的施工特点,地下室结构不论采用哪种结构形式,都是由上而下分层浇筑的。地下室结构的浇筑方法有两种。
(1)利用土模浇筑梁板
对于地面梁板或地下各层梁板,挖至其设计标高后,将土面整平夯实,浇筑一层厚约50 mm的素混凝土(地质好抹一层砂浆即可),然后刷一层隔离层,即成楼板模板。对于梁模板,如土质好可用土胎模,按梁断面挖出槽穴[图4.48(b)]即可,如土质较差可用模板搭设梁模板[图4.48(a)]。
图4.48 逆作法施工时的梁、板模板
1—楼板面;2—素混凝土层与隔离层;3—钢模板;4—填土
至于柱头模板(图4.49),施工时先把柱头处的土挖出至梁底以下500 mm左右处,设置柱子的施工缝模板。为使下部柱子易于浇筑,该模板宜呈斜面安装,柱子钢筋通穿模板向下伸出接头长度,在施工缝模板上面组立柱头模板与梁模板相连接。如土质好,柱头可用土胎模,否则就用模板搭设。下部柱子挖出后搭设模板进行混凝土浇筑。
关于施工缝处的浇筑方法,国内外常用的方法有直接法、充填法和注浆法三种。
直接法[图4.50(a)],即在施工缝下部继续浇筑混凝土时,仍然浇筑相同的混凝土,有时添加一些铝粉以减少收缩。为浇筑密实,可做一假牛腿,待混凝土硬化后可凿去。
充填法[图4.50(b)],即在施工缝处留出充填接缝,待混凝土面处理完毕后,再于接缝处充填膨胀混凝土或无浮浆混凝土。
注浆法[图4.50(c)],即在施工缝处留出缝隙,待后浇混凝土硬化后用压力压入水泥浆充填。
图4.49 柱头模板与施工缝
1—楼板面;2—素混凝土层与隔离层;3—柱头模板;4—预留浇筑孔;5—施工缝;6—柱筋;7—H型钢;8—梁(www.xing528.com)
图4.50 施工缝处的浇筑方法
1—浇筑混凝土;2—充填无浮浆混凝土;3—压入水泥浆
在上述三种方法中,直接法施工最简单,成本也最低。施工时可对接缝处混凝土进行二次振捣,以进一步排除混凝土中的气泡,确保混凝土密实和减少收缩。
(2)利用支模方式浇筑梁板
用此法施工时,先挖去地下结构一层高的土层,然后按常规方法搭设梁板模板,浇筑梁板混凝土,再向下延伸竖向结构(柱或墙板)。为此,需解决两个问题:一个是设法减少梁板支撑的沉降和结构的变形;另一个是解决竖向构件的上、下连接和混凝土浇筑。
为了减少楼板支撑的沉降和结构变形,施工时需对土层采取措施进行临时加固。加固的方法一是可以浇筑一层素混凝土,以提高土层的承载能力和减少沉降,待墙、梁浇筑完毕,开挖下层土方时随土一同挖去,这就要额外耗费一些混凝土;另一种加固方法是铺设砂垫层,上铺枕木以扩大支承面积(图4.51),这样上层柱子或墙板的钢筋可插入砂垫层,以便与下层后浇筑结构的钢筋连接。有时还可用其他吊模板的措施来解决模板的支撑问题。
图4.51 墙板浇筑时的模板
1—上层墙;2—浇筑入仓口;3—螺栓;4—模板;5—枕木;6—砂垫层;7—插筋用木条;8—钢模板
关于逆作法施工时混凝土的浇筑方法,由于混凝土是从顶部的侧面入仓,为便于浇筑和保证连接处的密实性,除对竖向钢筋间距作适当调整外,构件顶部的模板需做成喇叭形(图4.52)。
由于上、下层构件的结合面在上层构件的底部,再加上地面土的沉降和刚浇筑混凝土的收缩,在结合面处易出现缝隙。为此,宜在结合面处的模板上预留若干压浆孔(图4.53),以便用压力灌浆消除缝隙,保证构件连接处的密实性。
图4.52 柱的上口模板
图4.53 墙的上口模板
4)地下结构相关节点施工
地下连续墙施工时,应按设计图纸要求,在与楼板连接的部位预埋连接钢筋(预埋钢板或直螺纹套筒)。绑扎楼板钢筋时,凿出预埋钢筋(钢板或直螺纹套筒),将其与楼板钢筋焊接或机械连接。楼板位置的墙体还需要凿入6 cm左右,以保证混凝土的紧密啮合。
柱梁节点是在施工中间支承柱时即在相应楼板标高处预埋钢板或锚筋节点,待地下开挖暴露出节点后,清除节点上的淤泥,按设计要求焊接上各类锚固钢筋或直螺纹套筒,然后绑扎或连接梁的钢筋,浇筑混凝土,使楼板结构与中间支承柱连接可靠、安全,并满足逆作法施工状态下的施工荷载要求,如图4.54(a)所示。
复合柱、墙与梁的节点施工是在模板垫层完成后,先按施工图定出柱、墙的竖向主筋位置,然后将主筋穿透垫层并按设计的搭接长度插入土中,如图4.54(b)所示。待地下室底板完成后,再由下而上施工外包复合柱、复合墙。
图4.54 柱梁节点
1—中间支承柱;2—预埋钢圈;3—锚固钢筋;4—梁;5—地下室楼板;6—复合柱;7—复合柱竖向钢筋
5)逆作法施工期间的结构沉降差控制
在逆作法施工期间,其全部结构施工荷载主要由中间支承柱和地下连续墙承担。因此,控制整个结构的差异沉降是十分重要的。
①为提高地下连续墙和中间支承柱的垂直承载力,减小沉降差,在施工地下连续墙与中间支承柱时应预埋注浆管,并对墙底与柱底的沉渣进行压密注浆。
②根据工程桩的静载试验P-S曲线及地质报告提供的数据,暂定一个地基垂直承载刚度,然后按实际施工的各工况荷载由计算机模拟沉降量计算,得出在极限沉降差内(由设计决定,一般为20 mm)上部结构能施工的层数。
③在结构的平面柱网线上和周边地下连续墙轴线上设置沉降观测点。一般每两天观测1次,当上部结构施工浇筑一个楼层混凝土后一周内观测1次。各点的高程均采用二次闭合测量,对得到的观察数据先进行三阶多项式平滑计算(由专用计算机程序计算),以提高数据的真实性。
④根据计算机处理后的沉降观测数据和观测沉降时的上部荷载,进行荷载(P)、沉降(S)的N次多项式曲线拟合(由专用计算机程序完成)。
根据得到的P-S荷载沉降拟合曲线来预测施工下一层楼板和上一层楼板结构后的沉降差,从而协调地下、地上结构施工进度,使整个结构沉降差控制在设计范围内。当出现相邻柱间沉降差超过报警值时,应及时采取停止上部结构施工、局部放慢或加速挖土、个别地方进行注浆和加固等措施,实现信息化动态控制施工。
6)逆作法施工的地下通风、用电和照明措施
通风、照明和用电安全是逆作法施工措施中的重要组成部分,在这些方面的处理稍有不慎将会酿成事故。
地下室的施工几乎是在封闭的环境内进行,通风相当重要。一方面应在上层楼板适当位置预留孔洞,在一些孔洞处设置抽风机向外排气;另一方面应安装数只大功率涡流鼓风机向地下施工操作面送风,使清新空气经操作面后再由排气孔和取土口流出,形成空气流通循环,保证施工作业面的通风条件。在作业面上施工的工人应配戴防护罩以防吸入尘埃,同时应定期检测地下室的空气质量。
地下施工用动力、照明线路应设置专用的防水线路,并埋设在楼板、梁、柱结构中,专用的防水电箱应设置在柱上,不得随意挪动。随着地下工作面的推进,自电箱至各用电设备的线路均需采用双层绝缘电线,并架空铺设在楼板底。施工完毕后应及时收拢架空线,并切断电箱电源。灯具布置应严格按照施工需要,同时应设置一个应急照明系统。
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