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高层建筑深基坑工程顺逆作法施工技术的运用

2025-06-22 41 上传者：管理员

摘要：以某高层建筑为例探究了顺逆作法施工技术在深基坑工程中的应用。采取中心顺作、周边逆作的土方开挖方式，开挖中心土体并依次完成地下室底板、梁柱墙等主体结构以及顶板的浇筑施工，在主体与基坑围护体之间布置梁板支撑后，再逆作开挖周边预留土体，最后完成地下室外墙施工。在顺逆作法施工中，除了加强各环节的技术控制，还对围护墙（边坡）的顶部位移、周边建筑和地表的位移展开监测，确保现场安全。

关键词：
位移监测
深基坑
稳定性验算
顺逆作法
高层建筑
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在深基坑工程施工中,有顺作法和逆作法两种常用工艺,两者各有优点和适用范围｡但是在一些复杂的深基坑工程中,单纯使用顺作法或逆作法不能满足施工要求,这种情况下就需要将两种技术融合应用,达到取长补短的效果｡顺逆作法综合施工中,中心顺作区域为敞开式放坡开挖,能节约工期,并且不需要额外设置临时支撑,节省了成本;周边逆作区域使用预留土体和梁板共同承担围护土压力,避免了围护体变形,保证了安全｡因此,在高层建筑深基坑施工中选用顺逆作法并加强技术控制和位移监测,充位移监测分发挥该技术的优势,对提升工程质量与确保施工安全有积极帮助｡

1、工程概况

某高层建筑原计划有3层地下室,基坑开挖深度为19.0m;因工程变更需要将地下室增加1层,基坑开挖深度追加为23.2m,东西长208.6m,南北宽197.4m｡地质勘察资料表明,施工区域内主要有4类岩土,自上而下分别是杂填土､粉质黏土､粘土和软岩,各层岩土的物理力学性质见表1｡地下水类型主要是潜水,补给水源为大气降水入渗补给和侧向径流补给,地下水位埋深5.9m~10.3m,在深基坑开挖之前需要实施人工降水措施｡

原支护方案采用桩锚支护体系,围护桩长度26.7m,从地面往下每4m布置一道预应力锚索｡变更设计后,重新计算承载力､稳定性并开展变形验算,并设计新的基坑支护方案｡

2、深基坑支护方案的比选及稳定性验算

2.1方案对比

在综合考虑安全､工期､成本等因素后,初步拟定了以下3种基坑支护方案:

方案1:沿用原桩锚支护体系,但是在外侧新增一处排挡土桩,然后再继续向下开挖第4层地下室｡

方案2:沿用原桩锚支护体系,在向下开挖第4层地下室时新增一层锚索｡

方案3:沿用原桩锚支护体系,使用顺逆作法施工完成工程变更后的地下室结构施工｡

对以上3套方案进行横向对比:

方案1需要新增排挡土桩,按照相关规定要求的“桩身入土深度要大于桩身长度的1/3”,则该排挡土桩的长度至少要达到35m｡由于桩身太长,加上地层结构的复杂性,使得成桩难度大幅度增加,很容易出现倾斜､断桩等情况｡如果桩体质量不达标,除了会增加施工成本,还会带来安全隐患,因此该方案不予考虑｡

方案2为加锚直挖顺作施工,理论上存在可行性｡但是在实际施工中,由于地下室第4层的岩土硬度较大,布置锚索有一定难度｡另外,锚索施工中混凝土养护时间较长,无形中增加了工程工期,因此从施工的可行性和经济性上看,不建议采用该方案｡

方案3为顺逆作法综合施工,具体来说是保留基坑周边预留部分土体暂不开挖,按照相关规范将中间土体放坡开挖至-23m处,随后采取“顺作法”完成地下室中间部分的主体结构施工｡在该阶段施工完毕后,让主体结构充当水平梁板支撑成立点,让预留土体充当施工平台,从该平台向基坑周边做梁板支撑｡经检查确定符合支撑强度后,再采取“逆作法”完成预留土体的开挖[1]｡中心顺作､周边逆作的基坑开挖顺序如图1所示｡

图1中心顺作周边逆作土方开挖示意

该方案的优点在于结构稳定性好､施工成本较低､作业风险可控,因此最终决定使用方案3进行深基坑支护｡基坑变更设计后支护桩与冠梁的布置情况见表2｡

表2基坑变更设计支护桩及冠梁布置

2.2稳定性验算

在深基坑开挖作业中,由于振动､暴雨或者是坡度过陡､围护体支撑力不足等因素的影响,基坑可能会出现失稳､滑塌等情况,影响现场作业人员与施工设备的安全｡因此,在基坑施工前必须要开展稳定性分析,根据计算与分析结果为基坑围护体系的设计和现场施工布置提供参考｡根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011),基坑失稳主要有两种类型:一种是由于土体自身强度不够,或者是受到地下水渗流影响而失稳;另一种是支护结构的强度､刚度不足,无法提供足够的支撑力而失稳[2]｡本文分析基坑稳定性时主要考虑了后一种情况,并开展了抗倾覆稳定性计算｡假设基坑围护结构以前趾位置(图2中A点)为中心转动,构建计算模型如图2所示｡

图2抗倾覆稳定验算计算简图

抗倾覆安全度指标(K1)的计算公式为:

上式中,M1表示基坑外侧土压力､水压力以及围护体外侧地面荷载导致侧压力的合力对围护体前趾位置的倾覆力矩标准值,M2表示重力式围护墙自重及被动土压力区域侧压力对围护体底部前趾的力矩标准之和,两者的单位均为kN*m/m｡其中,M1主要与主动土压力(Fa)､静止土压力(Fw)有关,可表示为:

M2主要与被动土压力(Fp)､重力式围护结构自重(G)有关,可表示为:

上式中,B表示围护桩的直径,Za､Zw､Zp均表示对应土压力作用点距离基坑底部的高度｡根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011),要求K1值不低于1.3,方可保证基坑的抗倾覆稳定性｡在本工程中,收集基坑开挖作业时的监测数据,将其带入上式中展开计算,求得K1的实际值为1.9,大于规定中要求的1.3,因此方案3中基坑抗倾覆稳定性安全度控制指标满足规范要求[3]｡

3、顺逆作法施工技术的运用与变形位移观测

3.1施工流程

在施工准备阶段,测量放线确立高程控制网并做好技术准备｡通过技术交底让施工人员了解设计图纸和相关技术规范,安排各类机械设备入场并进行检验｡本次深基坑顺逆作法施工中使用到的主要机械设备有SY385S-9型挖掘机､T815S型自卸车､SD16型推土机､CX-300电焊机､WJ40-1钢筋弯曲机､35T吊车､110kVA钻机､TZ-5注浆泵等｡同时对施工所需材料(如钢筋､混凝土)进行质量验收,确定材料､设备均符合施工要求后,按照既定方案开始施工[4]｡顺逆作法施工流程如图3所示｡

图3顺逆作法综合施工流程

在实施顺逆作法施工前,该工程的基坑部分已经按照原方案开挖至地下19m处,并且从地下4m开始每隔4m布置一道预应力锚索,相邻两道锚索之间的水平间距为1.8m,预应力设置为360kN,在此基础上开始顺逆作法施工｡以基坑边缘为基准向内量出8m,这8m宽的土体暂不开挖,靠近围护结构的土体预留4m宽平台面,其余内侧4m宽土体按照1:0.5的坡度放坡开挖｡按照此方法继续向下开挖4m(即地下23m处),期间注意控制开挖速度且严禁超挖｡检查确定基坑稳定后(如果不稳定需要使用竖向钢板提供支撑),在基坑中心区域按照“顺作法”施工工艺,依次完成第四层地下室底板､柱､墙､梁､顶板等主体结构的施工,并在每一构件施工结束后进行质量检查和保养[5]｡在完成主体结构施工后,以地下室顶板作为新的施工平台,以主体结构作为支撑点,向基坑围护结构做梁板结构体系支撑,并与围护结构预先设置的围檩结合建立起水平支护体系,如图4所示｡

图4连接处的节点设计

在梁板支撑结构布置结束后,现场检测支撑强度是否达到设计强度,如果达不到需要在薄弱区域进行重点加固｡在确定支撑强度达标后,再采取“逆作法”对保留的8m宽土体进行逆作开挖,直到设计标高,作为第四层地下室的底板｡与顺作法施工中开挖的地下室主体底板连接起来,最后完成地下室外墙施工,至此完成顺逆作法综合施工｡

3.2监测方法及精度

顺逆作法综合施工技术适用于超大面积深基坑工程,既保留了顺作法设计简单､施工难度较低等优点,又融合了逆作法节约工期､扩大地下室建筑面积的优点,因此在高层及超高层建筑中被广泛应用｡在实际应用顺逆作法时,除了要加强施工过程中预留土体加固､地下室底板浇筑､主体结构施工等技术要点的控制,还要做好深基坑高陡边坡的变形位移观测,以防发生临空面滑塌事故｡本工程中参照《建筑基坑工程项目监测技术规范》(GB50497-2019),使用全站仪､测微器和自动安平仪开展了位移监测,监测精为度1mm｡监测项目包括围护墙顶部的水平和竖向位移,周边地表与建筑的竖向和水平位移｡监测频率为每天1次,当位移值超过基坑深度的0.2%(最大为30mm)立即报警｡

4、结论

高层建筑深基坑施工中,随着开挖深度的增加会形成临空面,很容易发生位移甚至是滑塌｡顺逆作法综合施工技术融合了顺作法和逆作法的优势,一方面,通过中心顺作施工降低了开挖难度､加快了施工速度,起到了节约工期与成本的效果;另一方面,周边逆作施工又能提高围护体的承载力,防止围护体变形和临空面滑塌,营造了安全的施工环境｡在应用顺逆作法时,分别从技术控制和位移监测两方面着手,发挥技术优势､提高深基坑施工的效率和质量,为高层建筑上不工程施工创造良好条件｡

参考文献:

[1]张坤勇,张梦,聂美军.考虑开挖应力路径深基坑顺逆结合施工支护变形分析[J].中国港湾建设,2023(3):29-37.

[2]吴岗,付艳斌,赵鹏.复杂环境中高地下水位区深基坑倒挂井壁逆作法技术[J].建筑结构,2023(S2):2531-2535.

[3]侯永莲,田杰.柱支式地下连续墙+喷锚支护在深基坑逆作法施工中的应用[J].江西建材,2023(4):321-322.

[4]邹磊.逆作法与顺作法在建筑工程施工中的比较与选择[J].工程技术研究,2024(9):49-51.

[5]刘天龙,王强,刘虎,等.超大深基坑工程基坑围护体系设计研究[J].城市建筑,2024(6):213-216.

文章来源:景玲.高层建筑深基坑工程顺逆作法施工技术的运用[J].科学技术创新,2025,(16):146-149.