逆作法理论研究与桩基施工实例

1、1、逆作法施工技术原理逆作法施工技术1是高层建筑物目前最先进的施工技术方法。其做法：先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后施工地面一层的梁板楼面结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。同时，由于地面一层的楼面结构已完成，为上部结构施工创造了条件，所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。2、逆作法施工适用条件：1) 开挖面较大（一般20000以上）；2) 距周围建筑物较近，尽

2、量防止因开挖基坑而引起的邻近建筑物沉降；3) 避免土方开挖或其他施工产生的噪音对周围居民的影响；4) 需要及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构。3、一柱一桩调垂施工钢立柱的施工必须采用专门的定位调垂设备对其进行定位和调垂。目前，钢立柱的调垂方法主要有气囊法、机械调垂法和导向套筒法三大类。3.1、气囊法角钢格构柱一般可采用气囊法进行纠正，在格构柱上端X和Y方向上分别安装一个传感器(如图1、图2)，并在下端四边外侧各安放一个气囊，气囊随格构柱一起下放到钻孔中，并固定于受力较好的图层中。每个气囊通过进气管与电脑控制室相连，传感器的终端同样与电脑相连。系统运行时，首先由垂直传感器将格构柱的偏斜信息送

3、给电脑，由电脑程序进行分析，然后打开倾斜方向的气囊进行充气，由此推动格构柱下部纠偏，当格构柱达到规定的垂直范围后，即指令关闭气阀停止充气，同时停止推动格构柱。待混凝土灌注至离气囊下方1m左右时，即可拆除气囊，并继续灌注混凝土至设计标高。 图1 气囊平面布置图 图2 改良后气囊平面布置图 Fig.1 airbag layout Fig.2 modified airbag layout 3.2、机械调垂法机械调垂系统主要由传感器、校正架、调节螺栓等组成。在钢立柱上端X和Y两个方向上分别安装一个传感器。钢立柱固定在校正架上(如图3)，钢立柱上设置2组调节螺栓，每组共4个，两两对称，两组调节螺栓有一定

4、的高差，以便形成扭矩。测斜传感器和上下调节螺栓在立柱两对边各设置一组。若钢立柱下端向X正方向偏移，X方向的两个上调节螺栓一松一紧，使钢立柱绕下调节螺栓旋转，当钢立柱达到规定的垂直度范围后，停止调节螺栓，同理Y方向的偏差可通过Y方向的调节螺栓进行调节(如图4)。 图3 钢管校正架实景图 图4 “一柱一桩” 校正架实景图Fig.3 steel pipe correction map Fig.4 “a pile of a column” correction map3.3、导向套筒法导向套筒法是把校正钢立柱转化为导向套筒，导向套筒的调垂可采用气囊法和机械调垂法。待导向套筒调垂结束并固定后，从导向套筒

5、中间插入钢立柱，导向套筒内设置滑轮以利于钢立柱的插入，然后浇筑立柱桩混凝土，直至混凝土能固定钢立柱后拔出导向套筒。导向套筒施工流程如下：定位埋设护筒钻孔测孔第一次清孔吊钢筋笼第二次清孔安放格构柱导管浇混凝土移机气囊法适用于各种类型钢立柱的调垂，且调垂效果好，有利于控制钢立柱的垂直度，但气囊法有一定的形成，若钢立柱与孔壁间距离过大，钢立柱就无法调垂至设计要求， 因此成孔时孔垂直度控制在1/200内，钢立柱的垂直度才能达到1/300的要求。由于采用帆布气囊，实际使用中常被钩破而无法使用，气囊也经常被埋入混凝土中而难以回收。机械调垂法是几种调垂方法中最经济使用的，但只能用于刚度较大的钢立柱的调垂，若

6、用于刚度较小的钢立柱，在上部施加扭矩时将导致钢立柱弯曲变形过大，不利于钢立柱的调垂。导向套筒法由于套筒比钢立柱短，故调垂容易，效果较好，但由于导向套筒在钢立柱外，势必使孔径变大。3.4、一柱一桩不同强度等级的混凝土施工竖向支撑体系采用钢管立柱时，一般钢管内混凝土强度等级高于工程桩混凝土，此时在一柱一桩2混凝土施工时应严格控制不同强度等级的混凝土施工界面，确保混凝土浇捣施工，水下混凝土灌注至钢管底标高时，即更换高强度等级混凝土，在钢管内混凝土浇筑的同时，在钢管立柱外侧回填碎石、砂等，阻止管外混凝土上升，混凝土浇筑过程见图5。图5 钢管内混凝土浇筑示意图Fig.5 Steel pipe concr

7、ete pouring(a)混凝土置换开始，(b)钢管内混凝土置换至回填，(c)碎石回填，(d) 钢管内混凝土浇筑至顶4、工程实例徐家汇中心华山路地块，本工程主体结构为两幢8层商业办公楼和2层裙楼（西侧华山路和东侧天平路），主楼高度约38.4m，本工程立体效果图见图6。普遍区域设置3层地下室，主楼上部结构及地下室结构均为框架结构无核芯筒剪力墙，基础形式为桩基础。基坑面积约为12000，周长约为433米，平面图见图7。 图6 本工程立体效果图Fig.6 this project the stereo effect图7 本工程平面布置图Fig.7 the engineering layout本工程

8、基坑总体实施工况：地上地下结构同步施工，在地下结构施工的同时向上施工地上结构，逆作施工阶段完成两栋主楼地上八层结构、以及西侧裙楼（华山路侧）地上二层结构。除主楼和西侧裙楼区以外的区域（即东侧裙楼区及纯地下室区域）仅完整地下室结构施工，其上部结构需待地下室逆作完成后（即地下室基础底板完成，一柱一桩外包钢筋混凝土完成且达到设计强度后）再进行施工。根据荷载的不同，主楼逆作区域（地上同步施工）采用700×22和650×20钢管混凝土柱，西侧裙楼（华山路侧）逆作区域（地上同步施工）采用550×16钢管混凝土柱或4L200×20角钢格构柱（截面为500×5

9、00）东侧裙楼（天平路侧）和纯地下室逆作区域（待逆作结束后再实施地上部分）采用由等边角钢和缀板焊接而成的4L200×20（4L180×20）角钢格构柱，其截面为500×500。本工程1200钻孔桩。最大桩深为82.35m，为超深桩，其施工时存在如下难度：1) 最大桩深为82.35m，为超深桩，本工程采用GPS-20型钻机；2) 1200钻孔桩桩端进入层19m以上，桩身穿越多层粉砂层，累计穿越砂层厚度约为34m；3) 在深孔深度范围内，砂性土层所占比例较大，砂层累计厚度高，粉砂在泥浆中含量大且沉淀速度较快，会给清孔带来较大困难；4) 由于砂层所占比例较大，如泥浆配置

10、不合适，施工时易发生塌孔、缩颈等现象；5) 成孔的垂直度偏差不大于1/300，施工质量要求高；支撑桩施工流程：测量桩位中心埋设2m长钢护筒钻进成孔更换小直径钻头后第一次垂直度检测终孔、气举一清加工、吊放钢筋笼；6) 清孔结束后孔底500mm以内的泥浆相对密度小于1.20，含砂率小于4%，泥浆制备要求高；7) 内插钢管立柱或角钢格构柱。成孔垂直度偏差不得大于1/300，角钢格构柱垂直度偏差不得大于1/500，钢管立柱垂直度偏差不得大于1/600，由于桩孔较深，垂直度要求较高，施工中应加强对施工质量的控制。插立柱施工流程：复测桩位、安放调直架(如图8)安放测斜管、吊放钢立柱经纬仪初测调直架垂直度精

11、调(如图9)第三方垂直度监测钢立柱孔口固定吊机吊放导管气举二次清孔； 图8 调直架对中 图9 钢管调直Fig.8 straightening frame Fig.9 steel tube straightening插管后施工流程：泵车导管内浇灌C40混凝土至钢立柱底端以下1.5m改灌C60混凝土至设计桩顶标高以上1m对称、均匀回填碎石，同时继续浇灌C60混凝土(如图10)终灌直至满足超灌要求桩顶偏移复测调离调直架。图10混凝土浇灌Fig.9 concrete casting5、总结1) 使建筑物上部结构和地下基础结构施工平行立体作业3，在建筑规模大、 上下层次多时，大约可节省工时1/3。 2) 受力良好合理，围护结构变形量小，因而对邻近建筑的影响亦小。 3) 施工可少受风雨影响，且土方开挖可较少或基本不占总工期。 4) 最大限度利用地下空间，扩大地下室建筑面积。 5) 一层结构平面可作为工作平台，不必另外架设开挖工作平台与内撑，这样大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施，减少了施工费用。 6) 由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时