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[博士]超高层建筑工程施工控制理论、方法和技术及其工程应用_pdf.pdf

长峰商城工程由于基坑面积大，深度深，且周边环境复杂，所以，挖土采 用分区、分层、分块开挖，在制定挖土工序时充分考虑时空效应既保证了工期 进度的要求，又确保了周边环境的稳定

11.5.3土方开挖过程中基坑施工监测的变形控制

在第七章“超高层建筑工程施工全过程的状态监测”已经阐述监测的重要 性。这里，不妨简单回顾信息化发展情况 日本在90年代已采用自动化控制的检测系统，人员在上海带着一台计算机 可以观测在东京现场的基坑监测的数据；本世纪在隧道工程也开始采用，费用 比较贵。 同样，也是在90年代，上海采用简单的人手操作，例如，监测基坑的地下 连续墙的水平位移，埋设测斜仪，进行定时观测，控制水平位移与开挖基坑深 度，控制水平位移的速率，可视作第一阶段：但是，很快进入第二阶段，人手 脑并用，根据监测数据，可以推测或者利用相关公式，可以推测下一时间的位 移，该两阶段的成果，可参见文献[1，21。明确：监测资料是信息化施工的依

据，预测分析是信息化施工的指导，经验与判断是信息化施工的决策。 对于本工程，仍然是第二阶段的观测手段。现处在人工控制和自动化控制 价段。原来，在现场理设许多监测仪器，以期全面观测逆作法的全过程，可借， 在施工过程中不慎遭到破坏，还是，庆幸得很，获得在地下连续墙和许多立柱 上埋设测点的全部观察的宝贵数据，见图11.6所示的观测点。这样，能够监视 地下连续墙和立柱竖向变形（隆起和沉降）的全程变化。这些宝贵有效数据， 为本工程指导施工和事后从理论上分析提供有力的证据，成功地说明本工程的 施工的技术路线的正确性和施工措施的有效性。

DB61／T 1417-2021 水工隧洞施工通风技术规范.pdf.4顺作、逆作转换过程施工控制技术

.6A区立柱桩和地下连续增沉降或隆起测点的

长峰商城主楼由于原设计的支撑柱采用H型钢外包混凝土的劲性柱形式， 且是从地下两层开始做起，所以主楼的竖向结构无法象裙房一样采用逆作法施 工，但主楼的周边环境复杂，离地铁二号线距离只有3m，为保证周边环境的稳 定和地铁二号线的正常运行，也为使裙房与主楼的水平支撑形成一个整体，保 证稳定性，所以主楼水平结构和竖向结构的设计与施工采用一顺一逆的施工方 法。 本工程群房逆作，主楼顺作，考虑基坑围护稳定安全性，在BO、B1、B2、

图11.9板内撑部面

长峰商城通过板带撑和板内撑的施工方法很好地解决了主楼顺、逆作转换 的设计与施工，既达到了保护周边环境的稳定和地铁二号线的正常运营，又很 好的保证了结构的正常受力和施工质量，为今后其他工程的顺、逆作的转换施 工提供了宝贵经验。

11.5.5承压水水位控制

由于主楼开挖深度较大，为防止地下水压力使基坑坑底隆起，对周边环境 （特别是对地铁）的影响减少到最低限度，所以，降低承压水的水位十分重要。 对于承压水的处理，作如下总体考虑： （1）由于工程距离地铁2号线轨道仅30m左右，地下连续墙深度未截断 位于第③层的承压水层，考虑到降水对地铁结构的影响及坑底土体的稳定。承 压水的设计计算分别对主楼与群楼的正常地质区域进行验算，主要验算开挖深 度21.80m，群楼验算开挖深度17.25m。经复核群楼区域不抽承压水能保持稳 定，而主楼需考虑承压水问题（有关计算见后附施工方案）。 （2）由于地质资料反映承压水头高度为414m，不能反映实际情况，通过 现场钻井观测，实际水头高度在地表以下6.8m，以此作为计算依据。 （3）考虑到对地铁结构的影响，采用有控制的降水措施，降承压水过程中 通过观测水头高度与开挖标高的实际比较计算，确定开抽时间。 （4）经计算基坑下覆土重与下伏承压含水层的顶托力持平时基坑开挖深度 为17.8m，考虑到预抽水时间，开抽准备确定在基坑开挖深度为12m时，并进行 水头变化记录。 根据验算结果分析：当本工程主楼基坑开挖至设计标高时，下部承压水顶 托力大于基坑底至承压含水层顶板间的土压力，即基坑是不稳定的。因此只要 在主楼基坑范围将第①层的承压含水层的水头降低8.40m，即降至地表以下 15.20m，绝对标高一12.40m时，就能保证主楼基坑底板的稳定。

图11.10点降水平面图

水头的下降幅度，减少应降水而引起的地面沉降。 5)降水运行期间，现场实行24小时值班制，值班人员认真做好各向质量记 录，做到准确齐全。 6)降水运行过程中对降水运行记录，应及时分析整理，绘制各种必要图表， 以合理指导降水工作，提高降水运行效果。降水运行记录每天提交一份，对停 抽的井及观测井应及时测量水位，每天1～2次。 上海长峰商城主楼基坑为目前上海较深的基坑，且周边环境复杂，所以承 压水的水位控制对结构和周边环境的稳定是十分关键的。长峰商城在承压水降 水的过程中，根据现场施工的工况及对周边坏境监测的数据分析，不断调整开抽 承压水的时间和水量。通过根据实际施工工况和监测数据分析对承压水的水位 控制，很好的保证了结构和周边环境的稳定，确保了地铁二号线的正常运行。为 今后的逆作法承压水施工提供了宝贵的经验

11.5.6地下空间连通施工控制

本工程周边环境复杂，有地铁二号线及轻轨明珠线，并都已投入运行。其 地铁一号出入口有待建长峰商城的地下空间位置。原有的连通口及预留出入 口由于长峰商城设计规划原因需进行改建、移位、拆除，并要在实施过程中要 保证地铁运行的正常进行，其中要实施一系列的相关施工技术，保证零换乘的 建筑设计方案得到实现。 一号出入口位于待建长峰商城内，现需拆除原有1号出入口部分通道，以 满足长峰商城工程桩及地下连续墙施工。另外该出入口与建成后的长峰商城地 三层连通，并处于同一标高。在结构处理中考虑连通口处理节点并保证地铁2 号线该处通道正常运行。 考虑施工的可行性与过程的可控性，确定如下的施工技术路线。 （1）对地下结构与1号出入通道进行处理； （2）第一阶段地下结构连通（商城地下二层处）； （3）第二阶段地下结构连通； （4）对已有出入口进行移位； （5）采取针对性措施加强对周边建筑的保护； 上述施工步骤各有特点，其中体现了施工控制的思想和方法。 在第一阶段地下结构连通阶段，长峰商城地下结构完成至B3，底板B4层未

图11.11围护加固

e）土方开挖时候，采用由西向东的退挖方式，边挖边施工两道支撑。先 挖第一皮土方，施工第一道钢支撑，再往下挖，施工第二道580钢管 支撑，直到土方挖完及两道支撑施工完毕。 本工程周边建筑的保护工作是施工过程的重要部分。地下空间开发的零换 乘必然会带来对已建地下空间的保护，由于相邻距离很小，保护的要求及难度也 随之加大，长峰商城地下空间与地铁二号线相邻仅1.9m，相邻平行长度160m，基 亢面积大，挖深大，对地下二层正在运营的地铁2号线的保护带来很大的难度，采 取了一系列的措施来保证地铁的正常运营。 1）为确保地铁2号车站和周边管线和建筑的安全，防止管涌和坑底土体 隆起的发生以及土方开挖和放坡的需要，对超深的主楼基坑进行满堂 高压旋喷桩加固，高压旋喷桩采用三重管高压旋喷施工工艺

图11.12底板旋喷加固图

由于本工程临近地铁和轻轨，故施工中应严格控制挖土施工中基坑的 变形，避免因基坑变形过大而危胁到地铁、轻轨或周边管线的安全。 当地面一层楼板施工完成后进行盆式挖土，挖土应在周边留有足够宽 度的“盆”边土，“盆”边土外侧按1：1比例进行放坡，利用盆边土 产生的被动土压力与该层顶板共同起到水平支撑的作用（盆边土宽度 留设10m）。当“盆”式挖土完成后，在“盆”底按设计要求随即浇捣 砼垫层。“盆”边土的挖除应按“分层、分区、分块、分段、分时”的

原则，利用土体“时空效应”的原理，限时、对称、平行开挖，每块 土体从开挖至垫层浇捣完毕总时间控制在36小时以内（地铁侧需在 16小时之内）。“盆”边土挖除之前，应分层先刨除上面2.5m高度的 土体，以防由于抽条时土体太高、塌方从而产生危险。按照设计规定 流程，对“盆”边土进行抽条工作（对有土体加固的土体，应先抽除 未加固部分的土体），抽条之后，马上浇捣砼垫层，时间控制在24小 时之内（地铁侧16小时），新浇捣的砼垫层与“盆”底的垫层连接 一起形成砼支撑。挖土施工中，加强基坑变形及周边环境尤其地铁 侧变化的监测，设立专职人员对周边环境及基坑变形监测数据进行整 理分析，发现险情及时报警，施工中及时采取措施、进行处理。

图11.13基坑与地铁的相对关系

长峰商城地下空间的连通施工不但保证了周边环境的稳定和地铁的正常运 行，而且实现了零换乘的建筑设计方案，为今后类似工程的地下空间的开发利 用提供了宝贵经验，具有一定的指导意义。

逆作法设计和施工的主要关键是如何设计和控制差异变形问题。这样，需 要从上下部结构的共同作用理论角度进行分析，如何协调彼此间的差异变形 作好墙与楼板的联结，立柱桩与楼板的联结等问题， 逆作法理论是高层建筑与地基基础共同作用理论的延伸，见第五章

11.6.1 深基坑工程逆作法的计算前提

根据共同作用理论在逆作法施工中的应用方法，对A区（图11.6和图11.14） 轴连续墙、立柱、和楼板共同作用进行计算分析。 （1）A区L轴连续墙、立柱在各工况的计算变形、轴力和弯矩 为减小篇幅，计算结果见表和图11.15（工况四）和图11.16（工况五）。 注意；各工况的图还表示前面各工况的数值。例如，工况四的图还表示工况 工况三的变形、轴力和弯矩。

图11.14A区支护体系简图

的立柱（墙）最大变形和轴力以及柱和楼板的

a）变形图（工况四）

b)轴力图（工况四）

b)轴力图（工况四）

图11.15工况四的变形、轴力和弯矩分布图

）轴力图（工况五），最大轴力2692kN

图1116工况五的变形、轴力和弯矩分布图

图1116工况五的变形、轴力和弯矩分布图

必须强调：工况四表示基坑底部土已完成，尚未浇注底板，此时，产生的 差异变形为最大，这是逆作法施工中的最不利的阶段，见表11.3，墙1（即墙H）

表11.3A区L轴连续墙、立柱在各工况的变形（mm）

注：表中的1表示地下连续墙H，位于地下连续墙H26和H27的中间

从表11.3可见，计算变形随着工况而增加，这是容易理解。在底板尚未浇 注前，变形只不过23.3mm（见表中工况四的柱8），2m厚的底板浇注后，变形 为37.00mm（见表中工况的柱11）。增加13.7mm，也是相当小的变形。

11.6.3地下墙承担荷载的估计

对于A区，地下墙的周长约为152m，立柱桩共55根。在挖土已接近基坑 底面而基础底板尚未浇注前，即施工处于最不利的工况四的情况，从图11.15b） 可知墙和立柱桩的轴力数据。这样，可以计算地下墙能分担结构荷载和施工荷 载约20%。 顺便提到，曾对同济大学图书馆的基础工程的逆作法进行分析，该楼为2 栋7层的塔简结构，总高50m。塔筒外包尺寸为8.5m×8.5m，主楼总建筑面积

为9130m。上部结构总静荷载为240000kN。两塔楼建在一个桩箱基础上，箱形 基础的平面尺寸为20m×52m，箱基高9.4m，两层地下室，埋深8.9m，箱基底板 厚600mm。桩长24m，桩径0.9m。地下连续墙作为支护结构兼作地下室外墙，承 受上部结构的荷载。地下连续墙入土深度为16m，墙厚600mm。，计算结果表明， 地下墙能分担上部结构荷载约40% 由此可见，考虑地下墙承担荷载，将开辟减少桩数的前景。

11.7A区连续墙、立柱在各工况的实测变形与差异变形

兴业园消防工程施工组织设计.doc11.7.1 实测数据

正如前述，采用逆作法理论计算A区L轴，故以A区的实测数据进行全面 分析。 监测时间从2003年10月14日开始测量，直至2004年7月31日测量结束， 其中，底板浇注前的测量时间：柱在7月4日，墙在7月6日；底板浇注后的 则量时间：柱在7月11日，墙在7月16日。 为便于说明分析，形象直观地反映立柱桩和地下连续墙的沉降以及立柱桩 之间、地下连续墙与临近立柱桩的差异变形，根据测试数据，利用计算软件 latlab线性插值勾画A区在逆作法过程的各工况阶段的沉降或隆起等值线图。 （1）A区墙顶的实测变形 A区挖土从2003年8月6日开始，从图11.8可见，在基础底板浇注前，地 下连续墙最大隆起点为H24，其值达+11.1mm；地下连续墙下沉最大点为H27达 12.5mm。在基础底板浇注后，整个A区的地下连续墙均呈下沉，说明基础混凝 土的约束作用

图11.18A区培顶变形曲线图

（2）A区立柱桩的实测变形 这里只列举逆作法施工的最不利情况，图11.19和图11.20表示B4底板浇 注前后的立柱桩变形等值线图（等值线图中“+”为立柱桩、地下连续墙变形观 测点：图中正值表示隆起，负值表示沉降）。 从图11.19和图11.20可见，在基础底板浇注前后，整个A区的L1~L55根 立柱桩均呈隆起，立柱桩的最大隆起为6.2mm。在浇注基础后，由于混凝土的约 束作用，使降起得到较为均匀平缓，此时，隆起量为5.8mm。

4底板浇注前（04年07月4日）立柱桩沉降（

图11.20B4底板浇注后（04年07月11日）立柱桩沉降（隆起）等值线图

（3）A区立柱桩间和地下墙与立柱间在各工况实测的差异变形 表11.4列出A区立柱桩间和两个地下墙与相邻立柱间在不同施工工况下的 最大差异变形

DB37／T 5153-2019 中运量跨座式单轨交通系统设计规范.表11.4立柱桩间和地下增与立柱桩间的实测最大差异变形

注：表中墙H的变形取增（H26+H27)/2平均值：