新亚大厦深基坑半逆作法施工技术

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1 工程概况深圳新亚大厦为高层商业办公楼，由主楼和裙楼组成，裙楼5层，主楼30层，5层以下为商场和餐厅，6层以上均为办公用房，地上部分总高度为108.00m，总建筑面积40 696m2。主楼为钢筋混凝土框架-核心筒结构，裙楼为钢筋混凝土框架结构。本工程地下2层，呈规则长方形，平面尺寸为124.70m-83.20m，地下1层作为车库和设备用房，层高4.5m，地下2层作为车库，层高4.0m，地下建筑面积20 750.08m2。根据地质勘察报告，场地地基土自上而下依次为:人工填土、淤泥及淤泥质土、淤泥质砂、砂混黏土、砾质黏性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微分化花岗岩。地下水主要赋存于第四系地层中，属于潜水型，来源主要为大气降水渗入及地表水补给，水位变化因季节而异。稳定地下水位埋深3.80～4.20m，绝对标高1.45～1.85m。该建筑基础形式采用钻孔灌注桩+筏板基础，桩端持力层为强风化花岗岩和中风化花岗岩，裙房基础底板厚1.0m，主楼基础底板厚2.0m。2 地下室深基坑施工方案2.1地下室深基坑支护方案的选择地下室基坑面积10 375.04m2，场地自然地面的绝对标高为5.650m，相对标高为－0.500m。基坑开挖深度为10.100m，主楼核心筒部位局部最大开挖深度为11.100m，土方工程量约96 000m3。地下室基坑平面如图1所示。由于基坑平面尺寸较大，采用顺作法施工，需设置大量的临时支撑，增加了基坑工程造价，临时支撑的拆除也影响工期。采用全逆作法施工，利用结构梁板作为支撑，基坑内土方需全部暗挖，对施工要求较高，同时需设置大量的一柱一桩，加大了施工难度、影响工期。根据基坑面积、开挖深度、周边环境等实际情况，对工期、造价、安全因素进行综合比较，最终确定采用中心区域顺作，周边环板逆作的半逆作法施工方案，即采用地下连续墙两墙合一作为围护结构，裙楼地下1层结构梁板作为水平支撑，沿基坑周边，保留部分土体，利用土体的被动土压力支持地下连续墙的稳定，混凝土灌注桩内插钢格构立柱作为基坑的竖向支撑系统，裙楼地下2层结构由上而下逆作施工，主楼和裙楼地下1层以上结构由下而上顺作施工。2.2地下室深基坑围护结构与支撑体系采用地下连续墙作为基坑围护结构，墙体厚度800mm，入土深度20m，非开挖侧承受水土压力，开挖侧承受被动土压力及内支撑作用，两侧受两边地下连续墙的约束，地下连续墙墙底受伏土的约束作用。在挖土阶段各道横向支撑都没有形成前，主要依靠连续墙抵挡外侧土压力。基坑开挖时水平内支撑体系采用地下1层结构梁板，把基坑平面分为中心区域和周边区域，中心区域地下室采用由下而上的顺作法施工，周边区域地下2层逆作法施工，地下1层以上采用顺作法施工。裙房柱网尺寸规则，采用一柱一桩形式，混凝土钻孔灌注桩直径分别为800，1 000，1 100，1 200，1 400，1 600，2 000，2 100和2 400mm。周边逆作区施工阶段竖向支承体系采用钢格构立柱，即钻孔灌注桩内插钢格构立柱作为裙房周边地下2层逆作法施工的竖向支承构件，钢格构立柱采用4└160mm-16mm制作，截面为460mm-460mm，钢材型号为Q345，钢格构立柱利用裙楼结构框架柱下的工程桩作承载体，角钢格构柱插入钻孔灌注桩中2.0m，周边逆作区总共70根钢格构立柱，每根长8.0m，柱顶标高为－4.5m，地面标高为－0.05m，格构柱顶距地面为4.0m。钢格构立柱在施工阶段承受逆作区全部竖向结构自重和施工荷载，顶部与结构框架梁整体浇筑连接。根据钢格构柱与框架柱的关系，在地下结构施工完成时外包混凝土形成永久框架柱。从施工进度与经济角度考虑，在逆作区地下室施工期间，逆作可至上部5层。3 地下室结构半逆作法施工3.1施工顺序1)施工地下室周边地下连续墙、钻孔灌注桩、裙楼逆作区域钢格构立柱。2)基坑土方全面开挖至地下1层，板底标高为－4.700m，然后施工裙楼周边逆作区域地下1层结构梁板。3)待地下1层逆作区域梁板结构混凝土达到设计强度后，基坑中心顺作区土方开挖至地下2层，板底标高－10.100m，主楼核心筒部位开挖至－11.100m，周边逆作区与中心顺作区采用1∶2留土放坡，浇筑中部顺作区域基础底板，同时施工逆作区域地下1层结构梁板。4)顺作区域地下室结构施工至地下1层结构梁板，使其与周边逆作区域结构梁板连接封闭。5)地下1层梁板混凝土达到设计强度后，分块挖除逆作区域9.0m宽预留平衡土体至地下2层，板底标高－10.100m，裙楼周边逆作区底板分块施工，同时裙楼逆作区上部结构与顺作区继续进行结构施工。即:①1层梁板、柱和墙→2层梁板～5层柱和墙;②裙楼逆作部分地下2层结构施工同时进行。3.2地下室基坑土方开挖分3个阶段开挖，总土方量为96 000m3。1)第1阶段由自然地面－0.50m采用机械开挖至地下1层板底－4.70m，开挖深度为4.2m，总挖方量为43 575m3。2)第2阶段中心顺作区域土方开挖，在裙楼周边分别预留9.0m宽的平衡土体，中心顺作区域土方采用机械开挖至地下2层板底标高。开挖深度为5.0m，总挖方量为39 981m3，基坑周边逆作区与中心顺作区高差采用1∶2放坡，利用平衡土体作为地下连续墙的支撑体系，边放坡开挖边施工护坡，护坡采用50mm厚C20细石混凝土内配6@200钢筋网，以防雨水冲刷，保证平衡土体稳定。3)第3阶段裙楼逆作区预留平衡土体开挖，总挖方量为12 342m3。由于基坑内中心区域结构以及周边逆作区域地下1层的梁板已施工完成，逆作区域预留土体开挖的作业面较小，基坑深度大，所以周边区域基坑内采用0.2m3小型挖掘机进行开挖和基坑内短距离驳运，用1.0m3的挖土机在坑外进行接挖装车，边角区域人工开挖。地下室土方开挖平面如图2所示。4 地下室半逆作法施工技术处理方法4.1顺序优化为了利用时空效果原理，控制基坑变形，对大面积深基坑开挖工序进行优化，分块、顺序地挖除边跨部分的预留土体，采用先中间、后边跨开挖方法，边开挖边及时完成相应位置处板的浇筑，加快施工进度，减小基坑变形。地下室逆作区域施工顺序为:在开挖边跨预留土体时，先开挖基坑边跨跨中部分底板1部位土方，底板1混凝土浇筑完成后，再开挖底板2部位土方和底板混凝土施工，最后开挖底板3部位土方和底板混凝土施工直至整个结构底板完成，如图3所示。在施工边跨部分时，先施工跨中部分，把大尺寸基坑变为小尺寸基坑，有效地利用基坑的空间效应。4.2地下1层梁板混凝土施工质量控制重点解决浇捣混凝土时的沉降问题。梁板混凝土采用二次浇捣的施工方法，首先逆作法区域的土方挖至板底下100mm，然后开挖梁沟至梁底下100mm，在夯实土体的基础上，梁底采用木方格栅，间距200mm，上铺18mm厚木模板，结构梁两侧采用砖胎模外加设18mm厚木夹板，保证混凝土的平整度，在梁混凝土达到一定强度后，浇筑板混凝土，板面下浇筑100mm厚C10混凝土作胎模，原浆压光，采用涂有隔离剂的木模。4.3钢格构立柱与框架梁节点处理技术钢格构立柱共有70根，采用4└160-16制作，在地下室施工完成时外包混凝土形成永久框架柱，地下1层框架梁截面有500mm-850mm，400mm-900mm，500mm-900mm 3种，框架梁纵向钢筋设计为22，框架柱截面尺寸主要为800mm-800mm，800mm-1 100mm，原框架梁纵向钢筋较多，为了保证在不损伤角钢的情况下将框架梁钢筋全部穿过钢格构柱，采用框架梁水平加腋的方法，在与设计单位沟通后框架梁纵向钢筋直径调整为25以减少钢筋根数，将框架梁每排钢筋最大根数调整为7根，以保证纵向钢筋全部穿过钢格构立柱。具体施工方法如下:框架梁在梁柱节点处按1∶6设置水平加腋，增加框架梁宽度，框架梁上下排纵向钢筋最外两排按最大1∶6弯折后从外侧绕过格构柱的角钢，框架梁中间3根纵向钢筋从两角钢之间空隙穿过，避免在钢格构立柱角钢上钻孔以穿过梁钢筋。从节点加腋处理实施效果表中可以看出，梁柱节点处的框架梁纵向钢筋全部穿过了钢格构柱，很好地解决了在不损伤支承柱的前提下将梁的受力钢筋穿过中间支承柱的难题。钢格构柱与框架梁节点加腋处理如图4所示。为保证钢格构立柱竖向支承系统的可靠性，在框架梁底部，钢格构立柱上焊接钢牛腿，另外在格构柱上与框架梁整体浇筑部分焊接19mm圆柱头栓钉，以提高格构柱的抗剪性能。钢格构柱与框架梁节点处理如图5所示。