浅谈逆作法中差异沉降的控制

　　摘要：自上世纪80年代国外首次提出逆作法施工概念至今，逆作法在工程建设中得到了突飞猛进的应用和发展，已经广泛地应用于高层建筑和超高层建筑的多层地下室结构。但是由于逆作法工艺的复杂性，仍然有很多问题需要解决。如何有效控制施工中的差异沉降并减少对周边建筑物的影响，是目前目前逆作法施工中亟待解决的重要问题之一。
　　关键词：逆作法、差异沉降、监测控制
　　
　　
　　0引言
　　伴随着我国城市现代化建设的飞速发展，建筑物越来越密集，高层建筑和超高层建筑不断涌现。城市地上空间愈加狭窄，地下空间的开发利用愈加重要，利用逆作法施工深度大的多层地下结构具有十分明显的优势。
　　1项目概况
　　某大型地下停车库工程位于厦门市中山医院东侧、湖滨中路和湖滨南路交叉口西北角，北侧为筼筜湖。该地下停车库为两层地下框剪结构，总建筑面积约26281m2。地面待工程完工后恢复为公园。
　　该工程地处市区繁华地段，施工作业面狭小。场地为海湾滩涂，淤泥层深厚。地质变化大，场地西侧局部中风化岩面倾斜呈45度。工程临近筼筜湖，地下水位高，施工难度大。若采用传统的顺作工艺，很难按期完成施工任务。结合设计图纸及地勘资料，经专家论证后，决定采用逆作法施工。
　　2逆作法中差异沉降产生的原因
　　逆作法施工中，在完成地下连续墙和立柱时，基坑还未开挖，墙及立柱均受到了自重及桩周摩阻力的作用，处于平衡状态，此阶段墙及立柱基本上不会发生沉降。随着施工的展开，基坑开挖表层土后，土中部分应力被释放，此时地下连续墙沉降特性与顺作法时相同。
　　随着地下室梁板及上部结构的施工进行，使得立柱及地下连续墙受荷增加，导致立柱桩基沉降；但在同时，由于基坑开挖深度增加，基坑内土体开挖卸荷，连续墙对坑内土体的压缩和外侧土体向坑内的移动，导致坑内土体回弹，带动立柱桩基上移。在上述两种力的综合作用下，整个过程表现为一个复杂的受力和平衡过程，立柱桩基最终表现为抬升或少量沉降。
　　因此，逆做法施工过程中，地下连续墙表现为持续沉降，而立柱表现为抬升或少量沉降。两者沉降速度不一致，导致差异沉降的产生。
　　3逆作法中差异沉降的控制措施
　　我们知道，逆作法施工过程中，各立柱之间以及立柱与连续墙之间的沉降差如果过大，就会在梁、板、柱、墙内部和连接点处产生很大内应力，从而导致结构出现裂缝影响到正常使用，甚至危及结构安全。因此，控制立柱和连续墙的不均匀沉降是逆作法施工的关键技术之一。而目前要事先精确计算在底板封底前的沉降或抬升还有一定难度，完全消除沉降差也是不可能的，只能通过各方面措施，把沉降差控制在一定的允许范围之内，以保证结构安全。
　　该地下停车库在项目设计阶段，就已经采取了多种措施，以期降低差异沉降对结构的不利影响：
　　(1)连续墙和立柱桩基侧面、底部高压注浆。由于逆作法施工过程中差异沉降主要是在连续墙和立柱桩基之间产生的，因此对连续墙及立柱桩基侧面及底部注浆能有效提高连续墙和立柱桩基的摩阻力，减少连续墙沉降和基坑土体回弹时立柱的抬升。
　　(2)连续墙穿过软弱土层和承压水砂层。根据地勘报告，连续墙分段设计，深度以穿过淤泥层和承压水层为原则。在土方开挖过程中，随着开挖深度的增加，坑底回弹愈加显著，连续墙穿过软弱层可以有效减小地下墙的沉降和坑外土体向坑内的移动的影响，减少坑底回弹，从而抑制坑底土体对支撑柱的抬升。连续墙切断承压水层，再辅以坑内降水措施，也可以减小基坑底回弹。
　　(3)逆作梁板支撑与连续墙间隔离。本工程逆作梁板与连续墙之间设置临时支撑，临时支撑与连续墙间做隔断处理。临时支撑仅限制连续墙向基坑内侧的水平位移。在逆作梁板立柱和连续墙的沉降不同步时，临时支撑和连续墙可以发生相对位移，以减小差异沉降导致的梁板结构内应力问题。
　　(4)使用根据现有规范关于沉降计算公式编制的计算软件，软件包含墙体计算和开挖回弹情况下立柱的沉降计算。并在施工过程中通过监控数据及时修正计算软件，根据最新结果指导现场逆作施工。
　　(5)对逆作节点作专门处理，采用钢托盘与钢筋砼环梁组合结构；对于后浇带位置按照刚度匹配的原则采用H型钢连接，这些措施对增强立柱与结构梁板、墙与主体结构的抗沉降协调能力有很大的作用。
　　在地下车库项目施工阶段，对桩基、连续墙的沉降进行全程监控与预测，及时分析数据。当发现差异沉降超过警戒线时，根据施工方案，可以采取局部加快或放慢挖土节奏、改变土方开挖区域、暂停或调整上部结构施工速度以及在施工部位局部节点增加压重等措施，减小差异沉降的影响。
　　4逆作法中差异沉降的监测控制
　　通过在项目设计及施工阶段采取科学合理的设计、施工方案是控制沉降的关键环节，而科学合理的监测控制措施则是设计、施工方案得以有效实施的最直观和必不可少的手段。通过监测得到的实时数据，可以及时发现沉降的部位，分析沉降的原因，及时调整应对措施，保证工程的顺利进行。因此下文将着重探讨如何科学合理地进行沉降监测控制。
　　4.1合理确定监测的项目
　　合理确定监测项目是进行沉降监测的重要基础，合理的项目能为建筑物的沉降提供全面的数据。一般来说，沉降控制应该对以下项目进行监测：地下连续墙顶平面位移及沉降；地下连续墙及土体侧向变形（测斜）；地下连续墙内力；钢立柱变形及沉降；水平支撑轴力及梁板内力；地下水位监测；基坑周围地表及邻近建筑物沉降。
　　4.2选择合理的沉降监测点
　　合理确定监测点的位置和个数是进行沉降监测的基础。在逆作法施工中要对施工现场的连续墙、立柱桩等进行全面动态的信息化监测，设置沉降监测点。用二等水准往返测法定期监测基准点间的高程变化，并将基准点与零层柱全部监测点进行环形闭合测量。对于工程中比较隐蔽的基准点，采用支水准测量并闭合，保证其准确性。
　　选择理论计算中支护结构水平位移较大节点作为水平位移监测点，并用电子全站仪观测每个监测点的坐标。
　　根据本工程特点，在基坑周边和连续墙顶每隔约20米布置一个监测点；在每根立柱顶布置沉降变形监测点；在每根支撑1/3长度处布置两个钢筋应力计，测定水平支撑内力。测点布置如图1所示。
　　4.3选择合适的监测方法
　　垂直位移或沉降观测采用高精度水准测量；测定监测点的平面位移采用轴线投影法或小角度法；连续墙测斜、土体侧向位移采用孔顶假设不动点，以孔顶平面位移值作为测斜修正值；支撑内力、立柱内力监测采用传感器，通过传感器的频率变化，换算成支撑内力的变化。
　　图1监测点布置图
　　4.4加强对立柱的沉降监测
　　逆作法施工中对立柱的沉降控制是监测的关键环节。立柱桩在上部荷载及基坑开挖土体应力释放的情况下，可能会发生沉降，如果沉降过大，就会影响结构安全。《建筑基坑工程技术规范》(YB9258-97)中规定：相邻立柱间和立柱与侧墙之间沉降差应控制在0.002L(L为轴线间距)之内，若沉降差超出以上范围，应该采取有效措施尽量减小沉降差异。
　　本工程在地下室主体结构底板施工之前，立柱间以及立柱与连续墙之间的差异沉降不大于16mm。
　　4.5做好施工现场的监测反馈工作
　　合理布置测点，分别监测连续墙顶垂直、水平位移，地下水位变化，立柱桩沉降，土体侧向和垂直位移，支撑轴力。另外还要注意把握监测频率，使之与工程实际情况紧密相连。保证监测的精度，严格按照工程测量规范中变形测量要求：高程采用精密水准测量，采用闭合路线或往返观测；平面位移采用轴线投影法进行。
　　根据监测反馈的数据，一旦接近或达到设计预警值。我们可以根据现场实际情况，采取相应的方法进行沉降控制，保证结构安全和工程的顺利进行。
　　5结束语
　　该车库即将竣工，在施工过程中监测的项目：基坑土体侧向位移22.36mm，地表沉降最大49.7mm，连续墙水平位移最大21.0mm，支护桩内钢筋应力最大62.84Mpa，地下水位变化最大0.82m，立柱沉降值最大4.8mm，所有监测数据均在设计预警值范围内，取得较为满意的监测结果。
　　从监测结果来看，地下室结构对立柱的差异沉降有一定影响。在土方开挖和施工荷载比较均匀时，上部结构的刚度对立柱的差异沉降有一定的限制作用。从地下连续墙的变形情况来看，两端的水平位移要小于中间各点的水平位移，远小于顺做法时地下连续墙的变形。
　　因此逆作法在周边情况复杂，相邻建筑物较近、地下室层数较多的情况下具有较大的技术优势和成本优势。然而金无足赤，如何在充分利用逆作法优点的同时以最小的代价解决其存在的不足是我们仍要研究的课题。进行科学合理的动态监测不失为一种代价较小的沉降控制手段。可以预见，随着逆作法在全国范围内的大量推广应用，未来几年内逆作法在研究、设计、施工等方面将会有新的提高和突破，获得更大的发展。
　　
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