半逆作法主體結(jié)構(gòu)與支護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

何 亮

(太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030002)

0 引言

隨著商業(yè)、交通、人防等方面的需求對(duì)城市地下空間開發(fā)利用的影響，近幾年地下建(構(gòu))筑工程和基坑工程在數(shù)量、規(guī)模、深度上都有了迅猛的發(fā)展。各種全新支護(hù)方式的迅速推廣運(yùn)用，在很大程度上解決了基坑工程實(shí)施過程中施工場(chǎng)地狹小、臨近建筑環(huán)境復(fù)雜、土方量大、降水控制嚴(yán)格諸方面的問題。

1 半逆作法基坑工程及其發(fā)展

這里是指兼作(臨時(shí)或永久)支護(hù)結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件在滿足巖土設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求下，先行實(shí)施豎向結(jié)構(gòu)，依照自上而下的施工順序完成豎向結(jié)構(gòu)與各結(jié)構(gòu)層水平結(jié)構(gòu)的連接，并以此形成安全有效的支撐體系的基坑工程。

2008年以來，地下超過三層，深度大于16 m的多個(gè)深基坑工程在太原市的交通和商業(yè)繁華地區(qū)陸續(xù)展開。針對(duì)基坑工程的一次性投入成本較高，而使用期相對(duì)主體工程較短的特點(diǎn)，建設(shè)單位與設(shè)計(jì)、施工單位經(jīng)過多方面的調(diào)研，開始在本地實(shí)施主體結(jié)構(gòu)與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同作用半逆作法施工的基坑工程。經(jīng)過近五年的實(shí)際操作，在設(shè)計(jì)、工法、土方清運(yùn)等方面積累了很多當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)施工節(jié)點(diǎn)得到了進(jìn)一步的優(yōu)化，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

2 主體結(jié)構(gòu)和支護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的幾種方式

第一種:外圍護(hù)支擋結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)外墻相結(jié)合。這里的外圍護(hù)支擋結(jié)構(gòu)系指地下連續(xù)墻。通過單一墻、疊合墻和復(fù)合墻的方式完成“兩墻合一”或“三墻合一”的效果。

第二種:(部分或全部)支護(hù)立柱樁與主體框架柱相結(jié)合。系指在基坑實(shí)施過程中，根據(jù)支護(hù)設(shè)計(jì)需要，利用(部分或全部)支撐立柱樁完成基坑支護(hù)需求，在支護(hù)任務(wù)完成后，通過外包疊合、局部拆除的方式完成向主體結(jié)構(gòu)柱的轉(zhuǎn)變。

第三種:水平支撐構(gòu)件(支撐梁)與主體結(jié)構(gòu)水平梁系相結(jié)合。系指通過寬扁梁、現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋、加厚水平樓板等方式提高水平支撐的抗彎、抗剪承載力，并依據(jù)現(xiàn)行主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求滿足主體工程使用階段的設(shè)計(jì)要求。

基坑工程實(shí)施過程多以其中幾種或全部組合的方式進(jìn)行。

3 工程水文地質(zhì)條件和外圍超載對(duì)結(jié)構(gòu)體系的影響

在主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，原則上只考慮地下室外墻的最終擋土(水)墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(外圍超載折算成主動(dòng)土壓力參與設(shè)計(jì)計(jì)算)。而對(duì)于前述第一種“兩(三)墻合一”的結(jié)合方式，其所受土(水)側(cè)壓力的范圍、大小、影響深度受施工工況的直接影響，與主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(以基礎(chǔ)和各結(jié)構(gòu)層為水平支座擋土水壓力的連續(xù)梁板設(shè)計(jì))在設(shè)計(jì)內(nèi)容上有較大的區(qū)別。JGJ 120-2012應(yīng)依據(jù)建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程進(jìn)行整體計(jì)算分析，并與主體設(shè)計(jì)結(jié)果協(xié)同考慮。

1)在基坑施工過程中，前述第一種結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從懸臂式到有支撐式的變化過程，各階段應(yīng)滿足對(duì)應(yīng)施工工況的施工設(shè)計(jì)和受力構(gòu)造的要求。需完成對(duì)應(yīng)工況下的支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形設(shè)計(jì)計(jì)算和整體穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定等驗(yàn)算。

2)對(duì)于前述三種組合實(shí)施的情形還應(yīng)考慮組合支護(hù)結(jié)構(gòu)間的內(nèi)力分配設(shè)計(jì)計(jì)算。

3)對(duì)于基坑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的沉降對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響應(yīng)充分考慮:在滿足嵌固和止水的前提下按照板樁的設(shè)計(jì)方法計(jì)算沉降，使之與主體結(jié)構(gòu)沉降協(xié)調(diào)，在不滿足協(xié)調(diào)的情況下應(yīng)采取變換支撐連接的形式減少差異沉降。

4)對(duì)于前述第三種結(jié)構(gòu)在主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，由于既有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算輔助設(shè)計(jì)軟件多數(shù)不考慮主體水平構(gòu)件的軸向力作用，因此應(yīng)采用專門的整體分析的基坑設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)并將兩者結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)。

5)由于前述第二種結(jié)構(gòu)在主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)考慮的節(jié)點(diǎn)連接為固定支座，因此一般情況下其內(nèi)力和配筋結(jié)果均遠(yuǎn)大于支護(hù)立柱樁的計(jì)算結(jié)果。但仍需依據(jù)基坑整體變形分析的結(jié)果和基本設(shè)計(jì)假定對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行判別和包絡(luò)以確定支護(hù)立柱樁向主體結(jié)構(gòu)柱的轉(zhuǎn)換方式。

6)對(duì)于有嚴(yán)格抗震要求的第三種結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)滿足強(qiáng)柱弱梁等抗震設(shè)計(jì)的先期考慮。利用支撐梁和框架梁的水平并聯(lián)組合完成支護(hù)實(shí)施階段，其后通過局部破拆的方式恢復(fù)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)意圖。

4 施工荷載對(duì)結(jié)構(gòu)體系的影響

這里所說的施工荷載是指除外圍施工超載外的，直接或間接作用于這種結(jié)構(gòu)體系的荷載，如垂直運(yùn)輸機(jī)械、水平運(yùn)輸機(jī)械、臨時(shí)作用于這種結(jié)構(gòu)體系上的施工加工場(chǎng)所和土方堆置場(chǎng)所。

施工荷載應(yīng)在基坑實(shí)施過程中予以足夠重視。對(duì)經(jīng)過與上述第三項(xiàng)組合設(shè)計(jì)計(jì)算，不能滿足結(jié)構(gòu)體系承載能力的荷載分布和作用區(qū)域應(yīng)明確提出施工限載和禁止堆放的設(shè)計(jì)指示。對(duì)于無法避免的臨時(shí)堆載亦可通過轉(zhuǎn)換路基箱將其直接作用于立柱。

對(duì)于施工過程中由于分段流水施工和季節(jié)、大體積混凝土等因素留設(shè)施工縫引起的設(shè)計(jì)驗(yàn)算應(yīng)給予重視。

5 設(shè)計(jì)構(gòu)造對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響

以下幾類結(jié)合部位應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):

1)對(duì)于主體結(jié)構(gòu)與支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)支座不同的部位，如結(jié)構(gòu)后置正作梁上柱(即存在于兩支護(hù)立柱樁間的主體結(jié)構(gòu)柱，采用正作法施工，需預(yù)先在支撐梁上按照抗震設(shè)計(jì)要求留設(shè)柱筋且澆筑部分混凝土)、結(jié)構(gòu)后作次梁樓板體系、立柱樁預(yù)留與水平支撐體系的連接裝置等。應(yīng)對(duì)節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生的集中力進(jìn)行驗(yàn)算并采取加強(qiáng)措施。這些部位的預(yù)留鋼筋連接方式和位置尚應(yīng)滿足抗震設(shè)計(jì)和鋼筋機(jī)械連接設(shè)計(jì)的要求。

2)對(duì)于地下連續(xù)墻的槽段剛性連接處，應(yīng)按照抗?jié)B、和實(shí)際支擋受力狀態(tài)、混凝土澆筑壓力的強(qiáng)度剛度要求進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和驗(yàn)算。

3)對(duì)于因使用功能(如防水節(jié)點(diǎn)、設(shè)備用房預(yù)留洞口等)造成的支護(hù)截面損失的設(shè)計(jì)加固計(jì)算，應(yīng)采取有效加強(qiáng)措施。

6 施工偏差對(duì)結(jié)構(gòu)體系的影響

由于主體結(jié)構(gòu)和支護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，預(yù)先實(shí)施的地下連續(xù)墻和支護(hù)立柱樁有時(shí)不能滿足主體結(jié)構(gòu)對(duì)構(gòu)件偏差的要求，有時(shí)因?yàn)閳?chǎng)地地質(zhì)條件的局限個(gè)別構(gòu)件不得不移位施工，由此產(chǎn)生的對(duì)結(jié)構(gòu)體系的影響應(yīng)按實(shí)際結(jié)構(gòu)布置尺寸進(jìn)行局部甚至是全部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)核。同時(shí)此項(xiàng)內(nèi)容也適用于基坑工程的搶險(xiǎn)設(shè)計(jì)中。

綜上所述，半逆作法基坑工程中主體結(jié)構(gòu)與支護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅僅需要有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專門設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和手段，尚需對(duì)巖土工程設(shè)計(jì)有深入的認(rèn)識(shí)和掌握。而這種設(shè)計(jì)亦最好由專門的一體化設(shè)計(jì)單位來完成。

［1］ 何 亮，侯國(guó)彬，豐紅彥.太原親賢北街梅園中心停車庫(kù)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

［2］ JGJ 120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］ JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］ DG/TJ 08-61-2010，基坑工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］ JGJ 165-2010，地下建筑工程逆作法技術(shù)規(guī)程［S］.