基坑“逆作法”施工竖向支承系统探析

基坑“逆作法”施工竖向支承系统探析

韩冬生

唐山学院河北省唐山市063000

摘要：在基坑“逆作法”施工期间，由于基础底板（或承台）还没有封底，地下室墙，柱垂直分量的功率传输路径尚未形成，比如逆施工期间的结构重量和施工荷载由垂直系统，因此，垂直设计支持系统的一个关键环节基坑逆作法施工设计。本文总结了竖向支承系统的常见形式，并对支承系统柱的垂直度校正技术进行了总结。

关键词：逆作法；竖向支承系统；立柱

随着城市建设的发展，我国许多城市的高层建筑越来越多，建筑的基础也越来越深。逆作法是高层建筑多层地下室及其他多层地下构筑物的有效施工方法。地下结构的逆作法施工的基坑抗平衡支持能力，以确保基坑土方开挖，同时也完成了地下结构的施工，其施工顺序是自上而下的，地下结构和基坑支护，和自上而下的特殊要求，所有需要解决结构设计。

1竖向支承系统的形式

1.1钢管柱（或钢管混凝土柱）

钢管柱或钢管混凝土柱适用于一柱一桩的情况。在反操作过程中，钢管柱承担地下各层和地上各规划施工层的结构自重和施工荷载。钢管柱在使用阶段被视为永久性结构柱，其平面定位和垂直度控制精度要求高，难度大。

某工程三层地下室逆作施工期间采用一柱一桩作为竖向支承体系，钢管混凝土柱直径650mm，壁厚16～25mm，下部插入直径为1000～1500mm的钻孔灌注桩内≥5.0m，在桩端进入≥5.0m，风化泥质粉砂岩，结合桩端和桩侧灌浆技术改善桩垂直承载力和沉降控制，利用钢管混凝土柱外侧外包混凝土形成型钢混凝土柱构成地下室的永久结构框架柱。

某地铁1号线车站基坑挖超过28m，基坑采用逆作法，使用桩、柱作为桩竖向承载力，竖向立柱使用900毫米x16毫米钢管混凝土桩，钢管插入混凝土桩内，混凝土桩直径1600毫米，以中风化凝灰质粉砂岩为桩端持力层，使用AM工法旋挖钻孔液压扩底，来增强单个桩的承载力

1.2点阵临时钢柱

格构钢柱只起到临时支撑的作用，因此其平面定位、垂直度控制偏差可以相对放宽，施工难度也相对较小，除基础梁外，底板梁贯入钢筋更方便，适用于多柱桩的情况。组成竖向支撑系统的临时钢柱的位置和数量，应根据地下室的结构布置和最大承载力计算确定。

酒店在施工过程中，上部结构的自重和施工的活荷载按地面以上6层计算。在酒店和公寓主楼中，按照“一柱四桩”的设计，即一根结构柱对应四根形状良好的钢柱；正方形面积，由于竖向荷载较小，按照“一柱两桩”的设计垂直支撑体系。异形钢柱下部插入工程桩2.5m，在钢柱顶部设置临时钢筋混凝土承重平台。承重平台用于将施工阶段的全部竖向荷载传递到钢柱上，然后将钢柱传递到4根工程桩的下部。底板施工完成后，可对临时钢柱进行切割，完成地下各层结构柱和墙体，完成逆向施工阶段的荷载转换。

2竖向支承柱的垂直度控制技术

由于施工偏差等原因造成的初始缺陷将严重影响立柱的承载力。使用阶段以应使用反施工阶段一柱一桩的立式支撑柱为主体结构柱，根据主体结构要求控制其竖向偏差。竖向支撑柱与下部工程桩共同施工，其垂直度控制是逆向施工的关键和难点之一。以下是目前常用的几种有效的控制方法。

2.1气囊调节方法

该系统由传感器、空压机、气囊、压力电磁阀和计算机组成。传感器安装在垂直支撑柱上端两个相互垂直的方向上，在下端四边的外侧设置气囊。安全气囊与支撑柱一起降低到地面，固定在土层中，受力较好。每个气囊通过进气管与计算机相连，形成垂直度调节控制系统。

2.2校准架的调整方法

调节系统主要由传感器、调节架、调节螺栓等组成。传感器安装在支撑柱上端两个相互垂直的方向上，支撑柱固定在校正架上。支承柱上设置两组调节螺栓，每组4个，成对对称。调整螺栓的两组有一定的高度差，形成扭矩。一柱一桩式竖向支承柱（650毫米钢管混凝土柱）采用该法进行垂直度控制，效果较好。

2.3定位器两点调整方法

某地铁基坑逆作法地下室采用一柱一桩式竖向支承柱，支承柱为900mm×16mm钢管混凝土柱，钢管底端深度为地表下约30m，钢管的下部插入1600mm钻孔扩底桩内。待下部混凝土桩施工完毕后，先安放直径为1600mm的钢管长护筒，抽干护筒内的泥浆后，下工人安装900mm钢管支承柱底端的定位器，通过调节钢管柱上端与护筒之间的花篮螺栓对钢管垂直度偏差进行调节。施工顺序：定位桩孔中心测量校准的保护管清洁衬垫的泥浆，凿除超级灌注桩头部分安装底部定位器，钢管混凝土柱安装，将钢管柱底在2米高吊钢管混凝土柱的钢筋笼放置钢管柱的混凝土、钢管柱和钢衬垫之间充电泥浆退出钢铁衬垫，钢管柱外回填细砂。

3竖向支承柱的承载力计算

作为一种典型的偏心受压构件，支撑柱承载力的计算涉及到结构的稳定性，侧约束状态是决定支撑柱承载力的主要因素。作为反施工过程中的竖向支撑柱，上部受已完成楼板结构的侧向约束，下部受未开挖土体的侧向约束。由于单轴作业过程的复杂性，土方开挖的不同阶段，支护柱在不同工作条件下施工的侧向约束条件是不同的，变化时，柱的稳定承载力也在变化，因此，在计算承重柱长度确定和稳定承载力计算时，必须根据不同工况分别分析不同的侧向约束状态，并根据最不利条件进行截面设计。

由于支承柱侧向约束状态的复杂性，目前尚无确定计算长度和稳定承载力计算的精确方法。目前工程设计多采用简单的计算和经验方法，结果往往保守或不安全。计算分析立柱计算长度，确定立柱承载力，对实际工程的安全和经济具有重要意义。采用有限元法分析了竖向支承柱在轴压作用下的屈曲模式，得到了竖向支承柱在轴压作用下的屈曲荷载。

以某工程为背景，采用有限元法分析了立柱承载力。三层地下室上下三层高度分别为4.80、4.50、3.75m，总深度为13.05m。柱桩采用钻孔灌注桩。桩基础承载层为中风化角砾岩粉砂岩或中风化泥质粉砂岩。桩径1.1-1.6m。立式支撑柱采用钢管柱，直径650mm，壁厚1620mm、25mm。下端埋于钻孔灌注桩5米以内。钢管柱与支撑桩同时施工，将C60混凝土灌入钢管内。地下室楼板浇筑夯实后，应在钢管柱相应的楼面范围内尽快外包混凝土。

结论

（1）立柱是反施工阶段的重要受力构件。支承柱的计算长度和稳定承载力的计算必须根据不同的工况和不同的侧向约束状态确定，截面设计必须根据最不利的工况进行。

（2）随着土体的约束柱桩、或更深的插入钢柱的下端，越强列的约束钢柱桩，以便计算长度系数逐渐降低；同样的m值或相同的插入深度、增加层数和计算长度系数略有降低。

（3）随着相对刚度的增加水平，支撑梁的约束钢柱的上端逐渐增加，因此，总体趋势是计算长度系数逐渐降低；然而，当支撑梁的相对刚度很小，约束钢柱的上端是弱，和层数的增加是不利的。因此，计算的长度系数较大。只有当支撑梁的相对刚度较大时，计算的长度系数才会随着层数的增加而减小。

参考文献

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