建筑工程基坑及地下結(jié)構(gòu)施工方法研究論文
建筑工程的整個項目中，基坑土方工程與地下支護(hù)及永久性結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵的分部工程，也是事故與質(zhì)量問題多發(fā)的關(guān)鍵節(jié)點。經(jīng)過多年的發(fā)展，如今國內(nèi)建筑工程基坑挖掘與地下結(jié)構(gòu)施工已經(jīng)形成多種成熟的方法，這些方法都有各自的特點。我國幅員遼闊，各地地質(zhì)與土層條件多有不同，當(dāng)前國內(nèi)建筑施工企業(yè)已經(jīng)從過去的劃片而治逐漸走向全面的市場競爭，而根據(jù)不同的場地條件選擇不同的基坑與地下結(jié)構(gòu)施工方法，也成為各建筑施工企業(yè)必須精通的競爭條件。
一、基坑開挖方法及其適用
1.明挖法
明挖法即明挖基坑，基坑頂部敞開露天，工程機(jī)械與土方運輸設(shè)備受空間限制小。明挖基坑可以基坑四周與中部挖掘順序的不同分為墩式挖土、盆式挖土以及混合式挖土。墩式挖土也稱中心島式挖土，挖掘順序是先進(jìn)行四周的挖掘，在基坑中心逐漸形成島狀土墩，在土墩上搭設(shè)棧橋式輸土設(shè)備。基坑四周的側(cè)壁直接挖至標(biāo)高深度，側(cè)壁放坡坡度或豎直支護(hù)一次性施工到預(yù)定狀態(tài)，挖掘后期，土方都通過中心島的棧橋輸送到坑外。為了防止中心土墩崩塌，其高度有限制，使棧橋存在一定角度，因此墩式挖土一般適用于大型且深度小于10m的基坑。盆式挖土則相反，先將基坑中部挖至標(biāo)高深度，在四周形成盆狀的斜坡以供運土車輛出入。待場地中部都達(dá)到標(biāo)高，再將四周的斜坡挖除，這時就要利用基坑外面的吊運設(shè)備將四周側(cè)壁挖掘的土方運出。盆式挖土的適用性很廣，不過一般中心已挖至基底部分要及時進(jìn)行處理，同時由于盆式場地易于積水，必須做好排水措施。混合式挖土則是墩式與盆式挖土混合的挖土方式。一般是基坑大部分區(qū)域采用墩式挖土，將側(cè)壁斜坡挖除并搭設(shè)支護(hù)，而在某一小角度范圍內(nèi)，留著中心島土墩與基坑外場地的通道。土方集中到中心島并通過通道運出，最后將中心島挖除，而通道方向的側(cè)壁斜坡最后挖去，無需搭設(shè)中心島棧橋，而吊運設(shè)備也僅需在通道方向的外側(cè)安裝，因此應(yīng)用也較為廣泛。
2.蓋挖法
所謂蓋挖法是在地面封閉的頂蓋下方進(jìn)行基坑的挖掘作業(yè)。蓋挖法是在地下結(jié)構(gòu)逆作法的施工方案下進(jìn)行的，其頂蓋上留下小型工程機(jī)械與挖掘土方的出入口，地下結(jié)構(gòu)與地面主體結(jié)構(gòu)可以同時施工。不過從地下?lián)跬两Y(jié)構(gòu)的修筑方式來分，蓋挖法也還可以分為蓋挖逆作與蓋挖順作。蓋挖逆作，指的是在蓋挖施工自上向下進(jìn)行挖掘時，還未挖掘到標(biāo)高，就逐層向下修建擋土結(jié)構(gòu)；蓋挖順作，則是在未挖掘至標(biāo)高時，四周只修建臨時性擋土結(jié)構(gòu)，待挖至標(biāo)高進(jìn)行基礎(chǔ)的施工與底板封底之后，再自下而上進(jìn)行外墻的澆筑。
二、地下結(jié)構(gòu)的施工方法
1.基礎(chǔ)的種類與施工方法
（1）樁基樁基是最為常見的建筑基礎(chǔ)，如今樁基一般分為混凝土樁與攪拌樁。混凝土樁即采用鋼筋混凝土修筑的樁基，其還細(xì)分為預(yù)制樁與現(xiàn)澆樁。預(yù)制樁是在工廠或者樁基坑外部的開
闊場地上用模具澆筑并養(yǎng)護(hù)而成。預(yù)制樁施工時，先對基底土層進(jìn)行平整、夯實，然后挖掘埋樁坑。埋樁坑有人工挖掘與機(jī)器挖掘等方法，如今多采用機(jī)器挖掘，所挖的樁坑要保證垂直度小于0.5%，并將樁坑底部的石子、碎渣等清理干凈，用起重設(shè)備將預(yù)制樁埋入。現(xiàn)澆樁同樣挖掘樁坑，但是直接將鋼筋網(wǎng)籠降入坑中，將混凝土澆入、振搗，待其凝固則成。顯然，現(xiàn)澆樁省去整樁運輸成本，要更為廉價，澆筑后也不易出現(xiàn)整樁沉降偏斜，但是也可能由于混凝土凝固收縮產(chǎn)生過大應(yīng)力而撕裂基底場地。攪拌樁即粉噴樁，分為干噴樁與濕噴樁，其中濕噴樁應(yīng)用最多。其采用打孔深度5m以上的樁機(jī)在基底上鉆孔，孔內(nèi)深層原質(zhì)土不全部挖出，而將水泥砂漿加壓灌入孔中，與孔內(nèi)土進(jìn)行攪拌混合，最終凝固而成攪拌樁。攪拌樁施工簡單，但是其關(guān)鍵在于所灌入用于攪拌的水泥砂漿的配比。攪拌樁的成樁深度如今越來越大，很多都已經(jīng)超過15m，因此對于地下水位要細(xì)致勘測。（2）地下連續(xù)墻的施工地下連續(xù)墻是廣泛使用的擋土與基礎(chǔ)綜合地下結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻在基坑挖掘時通常可以作為擋土結(jié)構(gòu)使用，其挖掘采用專門的挖槽機(jī)械，在基底挖出連續(xù)的窄槽，將鋼筋網(wǎng)箱沉降其中，然后進(jìn)行澆筑。其適用范圍很廣，從6層以下的低層房屋淺基礎(chǔ)到高層深基坑都廣泛采用。在深基坑施工中，多采用抓斗式或回轉(zhuǎn)式成槽機(jī)，開挖出來的窄深槽側(cè)壁要用泥漿護(hù)壁，防止崩落。由于在后期要作為地下室外墻的主墻使用，一般采用防滲混凝土，其防滲關(guān)鍵節(jié)點在于各墻的結(jié)合點。地下連續(xù)墻根據(jù)其穩(wěn)定類型，分為自立式、錨固式、支撐式和角撐式。自立式多為深厚比較小的地下連續(xù)墻，其沉降后依然能夠依靠重力自穩(wěn)定；錨固式為在外側(cè)土層側(cè)壁上鉆孔拉錨，借其穩(wěn)定地下連續(xù)墻；支撐式類似板墻支護(hù)，采用型鋼在基坑內(nèi)部對地下連續(xù)墻進(jìn)行支撐；角撐式主要在場地較小的基坑使用，依靠垂直的地下連續(xù)墻交角處的澆筑混凝土構(gòu)件支撐穩(wěn)定。
2.基坑支護(hù)的種類及施工方法常見的基坑支護(hù)種類有很多，其中地下連續(xù)墻已經(jīng)在上文的基礎(chǔ)施工中詳細(xì)描述了，下面主要介紹排樁式、板墻式支護(hù)。（1）排樁式支護(hù)。排樁式支護(hù)，顧名思義，是采用密集的豎直排列的混凝土樁進(jìn)行側(cè)壁擋土的支護(hù)結(jié)構(gòu)。其源自古老的木排樁擋土墻，穩(wěn)定方式主要依靠外拉錨排樁、與排樁之間的橫向連接構(gòu)件。排樁的外拉錨可以采用側(cè)壁拉錨或者坑外拉錨，排樁之間一般在頂部要澆筑橫向的一體式的框架狀冠梁，而中部也要澆筑橫向的腰梁，這樣就能依靠整體抵抗側(cè)壁土壓。（2）板墻支護(hù)。板墻支護(hù)分為混凝土板墻與鋼板墻，混凝土板墻為預(yù)制混凝土板，鋼板墻由于抗剪力性能好，應(yīng)用越來越多。板墻分塊之間以錯牙進(jìn)行連接，并以砂漿或其他材料進(jìn)行連接密封。板墻內(nèi)側(cè)要在基底修建型鋼支撐，一般采用H型鋼、矩形鋼管或者圓鋼管，橫向的鋼支撐下必有豎直支撐，豎直支撐與橫向支撐之間可以采用高強度螺栓或者焊接連接。
三、新興的地下結(jié)構(gòu)施工方法
1.逆作法
逆作法被發(fā)明應(yīng)用也已經(jīng)有很多年了，比較著名的是日本讀賣新聞大樓的地下6層結(jié)構(gòu)采用逆作法施工，工期縮短了6個月時間。逆作法之所以能夠縮短將近1/3的`施工時間，就是因為其地下結(jié)構(gòu)施工與地面主體施工時同時進(jìn)行的。先將標(biāo)高0.00層底板封閉，留下幾米直徑的出入口，地下開挖以燈光照明，并輔以排風(fēng)系統(tǒng)。過去，逆作法多數(shù)只能采用人工或者小型機(jī)械挖掘，駕駛型的較大機(jī)械都難以進(jìn)入。隨著工程機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，如今，尺寸較小但是功能又較為強大的駕駛式小型挖掘機(jī)械已經(jīng)能夠通過封蓋的幾米的孔洞進(jìn)入地下作業(yè)。逆作法如今也被靈活應(yīng)用，發(fā)展出了全逆作、半逆作和局部逆作。根據(jù)不同的施工條件與地下結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠充分適應(yīng)多種情況的施工，具有良好的發(fā)展前景。
2.永久性支護(hù)用作地下結(jié)構(gòu)
過去，支護(hù)結(jié)構(gòu)多為臨時性結(jié)構(gòu)，在地下結(jié)構(gòu)施工后，尤其是外墻施工后，多數(shù)被土方回填掩埋，沒有額外的作用。如今，從地下連續(xù)墻到密排樁都出現(xiàn)了按照永久性結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修建，然后直接用作于地下室外墻的永久性支護(hù)設(shè)計。過去，排樁支護(hù)在防滲等要求上往往要求較低，不考慮30年甚至更長時間的使用問題，因此多數(shù)要在這些支護(hù)內(nèi)部額外修筑地下室外墻。若作為永久性結(jié)構(gòu)使用，過去關(guān)鍵的問題在于，在基坑橫向剛度不足的情況下的基坑施工過程中，這些支護(hù)結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生較大的位移，而無法滿足作為永久性結(jié)構(gòu)使用的要求。但是，逆作法出現(xiàn)之后，事先封閉的00層樓板及向下逐層施工的樓板或支撐結(jié)構(gòu)就給支護(hù)提供了足夠的剛度，使其按照永久性結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)建造并使用成為了可能。
四、結(jié)語
如今，新材料、新方法在建筑工程建設(shè)中應(yīng)用得越來越成熟，國內(nèi)各大施工單位在長期的項目建設(shè)中，引進(jìn)吸收了西方先進(jìn)的建筑工程技術(shù)的同時，自身也在不斷創(chuàng)新。隨著近十余年來，國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)與城市建設(shè)的飛速發(fā)展，國內(nèi)建設(shè)行業(yè)積累了許多擁有老道經(jīng)驗與精深技術(shù)的工程人員。但是，一二線城市的房地產(chǎn)開發(fā)與市政建設(shè)逐漸成熟并飽和，三線以下城市依然散布著許多從小施工隊發(fā)展起來的中小施工企業(yè)，這些工程人員缺乏系統(tǒng)專業(yè)的理論學(xué)習(xí)與大工程的經(jīng)驗，在三線城市的項目競爭中處于劣勢。不僅國內(nèi)小企業(yè)面臨大企業(yè)的競爭壓迫，隨著國內(nèi)市場與國際市場的雙向開放，國內(nèi)企業(yè)走出去的同時，國外企業(yè)也想要走進(jìn)來競爭，愈加白熱化的競爭局面下，不斷提高自身工程技術(shù)水平，研究新方法、應(yīng)用新技術(shù)、降本增質(zhì)，是唯一的道路。
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