CN110106915A - 一种免支撑逆作地下工程施工方法及地下工程建筑结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种免支撑逆作法的地下施工方法，通过将预制空腔楼盖构件安装在素混凝土层上的隔离层上，在预制空腔楼盖构件上表面及相邻预制空腔楼盖构件的间隙处浇筑混凝土形成肋梁和楼板，因此楼板下翼缘为预制板，其与地模隔离层无粘结，便于后续地模清除；且在土方开挖时，只需挖至结构层施工标高，无需搭设和拆除钢管支架体系，可以浇筑完一层楼板后再逐层下挖，缩短了工期，节省施工经费。

Description

一种免支撑逆作地下工程施工方法及地下工程建筑结构

技术领域

本发明涉及地下工程建设施工领域，尤其涉及一种免支撑逆作地下工程施工方法以及由该施工方法形成的地下工程建筑结构。

背景技术

随着中国城市建设的跨越式发展，大规模的高层建筑地基基础与地下室、大型地下商场、地下停车场、地下车站、地下交通枢纽、地下变电站等的建设中都面临着深基坑工程的问题。由于工程地质和水文地质条件复杂多变、环境保护要求越来越高、基坑工程规模向超大面积和大深度方向发展、工期进度及资源节约等开发条件要求日益复杂。深基坑支护方法很多，每一种基坑支护都有各自的适用条件和一定的局限性。所以，对施工方案的选择应慎之又慎，否则一旦出现深基坑支护倒塌事故，不仅给工程造成重大经济损失，还对周围环境造成不良影响。逆作法就是一项新发展起来的新兴的基坑支护技术。它是施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的有效方法。

逆作法施工技术的原理是将高层建筑地下结构自上往下逐层施工，即沿建筑物地下室四周施工连续墙或密排桩，作为地下室外墙或基坑的围护结构，同时在建筑物内部有关位置，施工楼层中间设置支撑桩，从而组成逆作的竖向承重体系，随之从上向下挖一层土方，然后搭设模板支撑系统浇筑一层地下室梁板结构，当达到一定强度后，即可作为围护结构的内水平支撑，以满足继续往下施工的安全要求。与此同时，由于地下室顶面结构的完成，也为上部结构施工创造了条件，所以也可以同时逐层向上进行地上结构的施工，大大地缩短整个工程工期。

逆作法施工，根据支撑系统的不同大体可以分为地胎模和模板钢管支架体系。对于现浇砼楼盖采用地模工艺时，由于砼在硬化过程中与地模的隔离层粘结比较牢固，后期下层土方暗挖后板底隔离垫层清理难度较大，结构层表观质量难以控制，脱模费用较高且安全隐患较大等诸多不利因素。

因此，对于现浇砼结构常采用模板钢管支架体系方案(方案1)。

逆作法施工，根据支撑系统的不同，大体可以分为地胎膜、砖胎模和模板钢管支架体系。

采用地胎膜工艺时，由于砼在硬化过程中与地膜的隔离垫层普遍粘结，因此存在后期下层土方暗挖后板底隔离垫层清理难度较大，结构层表观质量难以控制，脱模费用较高且安全隐患较大等诸多不利因素。

砖胎模工艺一般仅用于地下室外墙外防水或者模板不易拆除的部位，当模板用的一面需要用水泥砂浆进行抹面，费时、费工、费料，同时对砌筑工人有一定的技术操作要求，现场施工质量较难保证，而且砖胎模很厚，产生大量土方外运。此外，在建筑成型后，砖胎模不易拆除、结构稳定性差。

基于以上问题，目前在地胎膜工艺及砖胎膜工艺均难于大地下工程中广泛使用。多数地下工程现浇砼结构多采用模板钢管支架体系施工方案。例如CN109235493A所公开的一种逆作法中地下室梁板超挖与短支模施工方法，即为模板钢管支架体系施工方法的一种。

采用模板钢管支架体系时，主要施工步骤如下(其施工结构参见附图1)：

(1)土方超挖：根据主体结构设计情况及出口通道设计，进行土方开挖，在土方超挖过程中需对超挖深度进行严格计算，确保超挖深度在设计荷载和基坑安全的允许限值内，一般挖至基底标高以下2米深处以预留工作空间；

(2)浇筑垫层1-1：土方开挖完毕后，立即进行土方平整和垫层浇筑，对于土质条件较好的基坑，可直接浇筑素混凝土，对于土质条件不佳的基坑，浇筑配筋混凝土垫层；

(3)支撑搭设1-2：根据基坑安全和荷载条件，针对不同的挖土深度采取不同的支模材料和支模方式，对于支模高度2米的区域，可采用短钢管满堂架支撑体系或盘扣式脚手架支撑体系；

(4)模板支设和钢筋绑扎：在支撑体系搭设完成并验收合格后，进行梁板模板的支设和梁板钢筋的绑扎，形成肋梁1-3；

(5)浇筑混凝土：模板及钢筋施工完成后，进行混凝土的浇筑形成楼板1-4；

(6)拆除支撑搭设1-2：混凝土浇筑完成后，拆除支撑搭设1-2和垫层1-1；

(7)继续向下超挖土方，进行下层空间施工。

采用模板钢管支架体系进行地下施工时，为便于支撑搭设施工，通常需超挖土方至结构层标高以下至少2米深，且每层施工均需搭设和拆除竖向支撑，从而造成施工工期长，且施工难度大，工程造价高。

发明内容

1.要解决的技术问题

本发明提供了一种免支撑逆作地下工程施工方法，采用土方挖至结构层施工标高后铺设预制轻质楼盖构件后浇筑楼板的方法，取代常规逆作法中的模板钢管支架体系，可以浇筑完一层楼板后再逐层下挖，大大缩短工期、节省经费。

2.技术方案

本发明所述免支撑逆作地下工程施工方法，包括以下步骤：

(1)土方开挖至结构层施工标高，进行土方平整和垫层浇筑；

(2)在垫层上铺设隔离层；

(3)在隔离层上间隔铺装预制轻质楼盖构件；

(4)在预制空腔楼盖构件的上表面及相邻空腔楼盖构件的间隙处浇筑混凝土形成密肋空腔楼板；

(5)继续开挖下一层结构层至结构层施工标高，进行土方平整和垫层浇筑，并清除上一层垫层及隔离层。

本发明采用预制轻质楼盖构件进行现场装配式空腔楼板现浇矼施工，使得所形成的密肋轻质楼板下翼缘为预制板，预制轻质楼盖构件的预制底板构成地下各层楼板底部，仅在肋梁处底部为现浇矼。因此，避免了传统地胎膜工艺所存在的因现浇矼楼板与地模隔离层粘结而清除困难的问题；同时因省略了钢管支架搭设，相对于现有模板钢管支架体系施工方法，施工成本及施工期均大幅度降低。

本发明所采用的预制空腔楼盖构件，可以是现有的各类预制轻质填充体楼板构件，如申请号为201521110815.1的实用新型提供的加肋空腔楼盖构件，也可以是如申请号为201521111136.6所提供的空腔楼盖构件。

为进一步降低施工成本，使所形成的密肋轻质楼板等效重量进一步降低，减少垫层施工量，可优选采用装配式预制空腔楼盖构件。具体施工时，上述步骤(3)中包括以下步骤：

(1)放置底板：将装配式预制空腔楼盖构件的底板放置在隔离层上，相邻底板之间具有空隙；

(2)绑扎钢筋：在相邻底板的间隙处布放基础钢筋，形成肋梁钢筋结构；

(3)安装装配式预制空腔楼盖构件的侧板和上板：将侧板竖直放置在底板上，将上板盖在侧板上，侧板、上板、底板围成空腔。

所述装配式预制空腔楼盖构件的上板和/或底板的端部具有露出的钢筋，在浇筑混凝土之前，先将露出的钢筋与肋梁钢筋结构绑扎在一起，使得所形成的密肋轻质楼板具有更良好的网状肋梁结构，空腔楼盖构件与肋梁连接更紧密。

在土方平整后，可先铺设碎石层，再浇筑垫层。然后铺设隔离层，所述隔离层可采用常规隔离材料，优选油毛毡。

进一步地，本发明优选装配式预制空腔楼盖构件的厚度为450mm，长宽各为1000mm,等效重量折算板厚为228mm，仅为普通300mm厚实心板的76％，且无需搭设竖向支撑系统。因此，本发明中对地基承载力要求较低，采用80mm厚素混凝土垫层即可。

本发明还提供一种地下工程建筑结构，包括从土体地面向下施工形成负N层地下结构，其特征在于：每层楼板为包含预制空腔楼盖构件的密肋空腔楼板，预制空腔楼盖构件的预制底板构成密肋空腔楼板底部的主要部分。

所述预制空腔楼盖构件为装配式预制空腔楼盖构件。所述装配式预制空腔楼盖构件包括由侧板围成的箱体，以及平行设置的上板和底板，所述底板为预制钢筋混凝土板；所述箱体放置在底板上，所述上盖板置于箱体上，所述箱体、上板、底板围成空腔。

为使施工更为便利同时保证楼板支撑强度，所述预制空腔楼盖构件厚度为350-370mm，形成的所述密肋空腔楼板的厚度430-450mm。

3.有益效果

相比于常规逆作法，本发明还有以下优点：

(1)基坑开挖深度减小，费用减少，工期缩短。传统的模板钢管支架体系需搭设支撑系统，因此施工每层时基坑通常需多开挖2米多，侧墙竖向跨度较大，施工风险极高，需要搭设临时支撑系统，以减少竖向侧墙的受力及变形；本发明向下开挖土方时，只需挖至结构层施工标高，利用结构层作为侧向水平支撑，最大限度减少外围护墙受力及变形，无需搭设和拆除钢管支架体系，因此节省施工经费，缩短工期。同时，本发明基坑开挖深度减小，也使得基坑降水深度降低，每层降水费用减少。

(2)对垫层、地基承载力要求降低。模板钢管支架体系需搭设临时支撑系统，因此土层硬化层(垫层)需要150mm以上，而本发明采用预制空腔楼板形成的轻质楼板，其等效重量仅为普通实心板的75％左右，且无需搭设竖向支撑系统，因此，本发明对地基承载力要求降低，垫层施工量减少，且变形易于控制。

附图说明

图1为常规逆作法中采用模板钢管支架体系施工结构(单层)的示意图；

图2为本发明施工结构(单层)的示意图。

图中：1-1、垫层；1-2、支撑；1-3、肋梁；1-4、楼板；2-1、素混凝土垫层；2-2、隔离层；2-3、装配式预制空腔楼盖构件；2-4、肋梁；2-5、密肋空腔楼板。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施方式，对本发明作详细描述。

如图2所示，本发明从土地地面向下施工形成负N层地下结构。具体施工步骤如下：

(1)土方开挖，每层土方挖至结构层施工标高。

在进行第一层土方开挖前，应做好基坑降水，根据施工现场坐标控制点首先建立该区测量控制网，包括基线和水平基准点，并根据测量控制网对基础用白灰进行放线，灰线、标高、轴线经复核检查无误后进行挖土施工。同时，沿建筑物地下室四周施工连续墙或密排桩，并设置中间支撑柱，作为工程施工期间承受地上、地下结构荷载及其施工荷载的构件。此外，应先浇筑地下室首层楼板。首层楼板结构完成后，即可以在地上地下同时开展施工。土方开挖由专用取土设备与人力相结合继续向下开挖土方至负一层结构层施工标高，设置在基坑两端的取土口专用取土设备将挖出的土方提升装车外运。

(2)浇筑垫层2-1：土方开挖完毕后，立即进行土方平整，素土夯实后，浇筑80mm素混凝土垫层2-1，垫层混凝土须在浇筑的同时压实抹光。垫层2-1下部也可铺设碎石层。

(3)铺设隔离层2-2：利用CPⅢ控制网对隔离层铺设范围进行测量放样，弹出隔离层铺设边线。隔离层铺设进较自密实混凝土四周边缘宽出5cm。隔离层2-2采用油毛毡。

(4)放置底板：将装配式预制空腔楼盖构件2-3的底板放置在隔离层上，相邻底板之间均匀间隔设置。

(5)绑扎钢筋：将隔离层清扫干净，在相邻底板的间隙处用石笔和墨斗弹放钢筋位置线，按钢筋位置线布放基础钢筋，形成肋梁钢筋结构。四周两行钢筋交叉点应每点绑扎牢，中间部分交叉点可相隔交错扎牢，但必须保证受力钢筋不位移。双向主筋的钢筋网，则需交全部钢筋相交点扎牢。相邻绑扎点的钢丝扣成八字开，以免分片歪斜变形。

(6)安装装配式预制空腔楼盖构件2-3的侧板和上板：将侧板竖直放置在底板上，将上板盖在侧板上，侧板、上板、底板围成空腔。利用支撑部件(如钢管)将相邻侧板连接起来，形成箱体，将箱体放在底板上，再将上板盖在箱体上端。为防止浇筑混凝土时，混凝土的冲击力导致侧板、上板产生位移，在上板的下表面、底板的上表面都设置有限位部件，围成空腔后，限位部件位于空腔内、靠近侧板的端部，限位部件对侧板、上板起到限位作用。可采用1000*1000*370大小的装配式预制空腔楼盖构件。

(7)浇砼：在装配式预制空腔楼盖构件的上表面及绑扎有钢筋的空隙处浇筑混凝土，形成包含有肋梁2-4的密肋楼板2-5。上板和/或底板的端部具有露出的钢筋，在浇筑混凝土前，先将露出的钢筋与肋梁钢筋结构绑扎在一起，使得空腔楼盖构件与肋梁连接更紧密。浇混凝土浇筑前，应将装配式预制空腔楼盖构件2-3浇水充分湿润，浇筑混凝土时应轻缓下料，并用小型插入式震动器振捣，震动器不得直接作用于空腔箱体上。

(8)继续向下开挖土方，随着地下挖土工作面的推进，拆除80厚素混凝土垫层及隔离层。

重复以上步骤(2)—(8)，直至浇筑完成负N层楼板。

如图2所示，本发明所形成的从土体地面向下施工形成负N层地下结构，每层楼板为包含装配式预制空腔楼盖构件2-3的密肋空腔楼板2-5，装配式预制空腔楼盖构件2-3的预制底板构成密肋空腔楼板2-5底部的主要部分。同时，相邻的装配式预制空腔楼盖构件2-3之间间隙现浇矼形成肋梁2-4，装配式预制空腔楼盖构件2-3的预制底板伸出的钢筋与肋梁2-4的钢筋相连接。装配式预制空腔楼盖构件2-3厚度为370mm，所形成的密肋空腔楼板2-5的厚度为450mm。

本发明与常规逆作法相对比：以负一层结构层高为6.6米为例，计算范围15.6m×11.6m，建筑面积为180.96m2，施工负二层顶板时如果采用如图1所示施工工艺，那么，坑底需开挖至-8.600米处，侧墙竖向跨度较大，势必需要采取临时水平支撑系统，以减少竖向侧墙的受力及变形，以下各层类同。具体为：

1.基坑开挖深度对比

图1方案：需搭设支撑系统，因此施工每层时基坑需多开挖2米多。

本发明方案：可开挖至结构层施工标高，利用结构层作为侧向水平支撑，最大限度减少外围护墙受力及变形。

2.基坑降水深度对比

由于图1方案需超挖2米，因此，施工每层时需超降水2米多，降水费用较本发明多。

3.结构层竖向支撑系统及地胎模硬化处理难易程度对比

图1方案：需花费较长工期搭设(拆除)竖向支撑系统，且土层硬化层需要150mm以上，后期暗挖时硬化层开挖也较为困难。

本发明方案：选择1000*1000*370大小的装配式预制空腔楼盖构件，所形成450mm厚装配式密肋空腔楼板的等效重量折算板厚为228mm，仅为普通300mm厚实心板的76％，且无需搭设竖向支撑系统，施工过程中所需浇筑垫层仅为80mm厚素混凝土层，即可满足地基承载需要。因此，本发明施工工艺简易，工期易于保证，结构层重量较轻且无支撑体系，对地基承载力要求较低，变形易于控制等。

4.工程造价对比

经过测算，采用本发明方案，可节约水平结构构件、竖向支撑体系及其构造措施方法等费用，地下室四层合计节省工期20-30天，每平方米节约造价32.50元(不含因工期节省而产生的各项经济效益，如基坑降水费用等)，可取得较好的经济效益。

Claims (10)

1.一种免支撑逆作地下工程施工方法，用以从土体地面向下施工形成负N层地下结构，包括以下步骤：

(1)土方开挖至结构层施工标高，进行土方平整和垫层浇筑；

(2)在垫层上铺设隔离层；

(3)在隔离层上间隔铺装预制轻质楼盖构件；

(4)在预制轻质楼盖构件的上表面及相邻预制轻质楼盖构件的间隙处浇筑混凝土形成密肋轻质楼板；

(5)继续开挖下一层结构层至结构层施工标高，进行土方平整和垫层浇筑，并清除上一层垫层及隔离层。

2.根据权利要求1所述的免支撑逆作地下工程施工方法，其特征在于：所述步骤(3)中，采用装配式预制空腔楼盖构件。

3.根据权利要求2所述的免支撑逆作地下工程施工方法，其特征在于：所述步骤(3)中包括以下步骤,

(1)放置底板：将装配式预制空腔楼盖构件的底板放置在隔离层上，相邻底板之间具有空隙；

(2)绑扎钢筋：在相邻底板的间隙处布放基础钢筋，形成肋梁钢筋结构；

(3)安装装配式预制空腔楼盖构件的侧板和上板：将侧板竖直放置在底板上，将上板盖在侧板上，侧板、上板、底板围成空腔。

4.根据权利要求3所述的免支撑逆作地下工程施工方法，其特征在于：所述装配式预制空腔楼盖构件的上板和/或底板的端部具有露出的钢筋，在所述步骤(4)浇筑混凝土之前，先将露出的钢筋与肋梁钢筋结构绑扎在一起。

5.根据权利要求2、3或4所述的免支撑逆作地下工程施工方法，其特征在于：所述装配式预制空腔楼盖构件的厚度为450mm，长宽各为1000mm；所述垫层为80mm厚素混凝土垫层。

6.根据权利要求5所述的免支撑逆作地下工程施工方法，其特征在于：所述垫层下面铺设碎石层。

7.根据权利要求5所述的免支撑逆作地下工程施工方法，其特征在于：所述隔离层为油毛毡。

8.一种地下工程建筑结构，包括从土体地面向下施工形成负N层地下结构，其特征在于：每层楼板为包含预制轻质楼盖构件的密肋轻质楼板，预制轻质楼盖构件的预制底板构成密肋空腔楼板底部的主要部分。

9.根据权利要求8所述的地下工程建筑结构，其特征在于：所述预制轻质楼盖构件为装配式预制空腔楼盖构件。

10.根据权利要求9所述的地下工程建筑结构，其特征在于：所述装配式预制空腔楼盖构件厚度为350-370mm，形成的所述密肋空腔楼板的厚度为430-450mm。