盖挖逆作法竖向支撑体系分析

孙久晖

摘 要：在地下建筑工程中，逆作法技术广泛使用，但在工程计算和工程施工中还有很多问题亟待解决。本文分析了地下建筑盖挖逆作法工程竖向构件与临时支撑体系的传载方式和传载构件，并对竖向支撑系统进行了分析，得出了竖向支承系统的设计原则。

关键词：盖挖逆作法；临时支撑；竖向构件；复合桩柱

中图分类号：TU47 文献标志码：A

地下空间往往是在现有的建筑物之间的道路下方进行，周围建筑物、地下管线等复杂场地条件，对基坑支护、施工组织要求愈发严格，地下工程逆作法施工技术应运而生，盖挖逆作法特殊的施工工艺需要主体竖向构件与施工临时支撑密切配合、协调设计，因此需要恰当设置临时竖向支撑系统。

1 工程竖向构件与临时支撑体系

1.1 传载方式

盖挖逆作法顶板完成后，顶板以上恢复室外地面或路面，施工顶板以下逆作构件时，顶板以上荷载经由侧墙、柱向下传递，而垂直受力构件的刹肩是施工过程中竖向传力的断点（或仅能部分传力），这时需要在侧墙、柱附近适当设置临时竖向支护承担顶板荷载。

1.2 外墙临时支护

外墙临时支护一般与围护桩结合，在围护桩顶设置冠梁，工程顶板延伸进入冠梁，围护桩即成为施工期间代替侧墙成为竖向支撑。

1.3 工程柱处临时支护

支撑柱处临时支护相对复杂，当支撑柱为钢筋混凝土柱时，常采用桩的施工工艺完成柱的施工，并且工程竣工后，底板以上部分桩即为工程主体的支撑柱，如底板以下仍有桩体则为工程的永久桩基础；当采用钢管混凝土柱或型钢混凝土柱时，柱下一般采用人工挖孔等桩基础。在该挖逆作法中工程支撑柱及其下桩基础，本文并称为“复合桩柱”。

盖挖逆作法按照施工过程中复合桩柱竖向支护能力的大小，分为完全复合桩柱作用的盖挖逆作法、无复合桩柱作用的盖挖逆作法、部分复合桩柱作用的盖挖逆作法。

2 竖向支承系统分析

逆作法中竖向构件的设计，应在主体结构竖向构件设计的基础上，满足在基础底板完成前上部结构的施工层数要求。在基础底板尚未形成前，竖向构件均为单独受荷。盖挖逆作法工程复合桩柱与围护结构同期施工。逆作法施工期间，有一段时间内基础、筏板或底板还未浇筑，此时由复合桩柱和中间竖向临时支撑构件，一起承担竖向的结构自重与施工临时荷载。基础、筏板或底板浇筑完成达到强度后，撤除临时支撑，复合桩柱进入永久工程受力状态。如果工程复合桩柱无法承受施工期临时承载要求，可在承重墙体设置暗柱作为竖向支承，或选取适当位置布置临时支承，并在主体完成后拆除。

3 竖向支承系统设计原则

竖向支承体系的设计计算应遵循以下原则：（1）竖向支承体系的平面布置，应以工程复合桩柱布置为基础，按复合桩柱的承载能力与荷载分布及大小，布置临时竖向支撑。（2）复合桩柱一般采用“一柱一桩”的复合桩柱形式，条件允许时也可采用“一柱多桩”的形式，尽量减少临时竖向支撑。（3）复合桩柱应满足施工和工程使用阶段的承载能力和正常使用极限状态验算，临时支撑构件仅需满足施工阶段的验算。（4）当不考虑工程外墙作为临时支撑时，应考虑将各层楼板与围护结构连接，并应计算围护结构的竖向承受能力。（5）应根据实际地质及工程环境，合理选择复合桩柱形式，提高复合桩柱施工期间的承载能力，还要注意复合桩柱与水平构件的节点连接，做到设计合理、施工方便。

4 竖向支承构件——柱、桩设计

盖挖逆作法工程中，目前常用的中间支承柱的结构形式主要采用钢筋混凝土复合桩柱结构（一般采用钻孔灌注桩）、钢管混凝土复合桩柱或钢管混凝土柱+钢筋混凝土桩形式、型钢混凝土复合桩柱，较少采用无复合桩柱。

4.1 钢筋混凝土复合桩柱结构

盖挖逆作法工程中，钢筋混凝土复合桩柱结构就是在未开挖基坑前，以钻孔灌注桩的工艺，施工至顶板顶标高，首层顶板以下各层土方开挖，高出底板的部分作为结构柱使用，底板以下部分作为单桩使用的结构形式。（1）当开挖范围内无地下水时，可以采用干作业钻孔灌注桩，并采用传统逆作法形式预留灌砂刹肩。（2）当开挖范围内有地下水且水位较高时，可以采用钻孔压灌超流态混凝土桩，但柱、板刹肩处应按照新旧混凝土结合面特殊处理。

钢筋混凝土复合桩柱结构底板以下部分作为单桩，施工期间作为临时竖向支撑构件，与其他支护构件共同发挥支护作用，当工程投入使用时，底板以下单桩与底板或筏板共同作为基础协同工作，计算可参考《建筑桩基技术规范》，并应严格按照《地下建筑工程逆作法技术规程》工艺施工。

4.2 钢管混凝土柱

盖挖逆作法工程中，可采用钢管混凝土复合桩柱或钢管混凝土柱+钢筋混凝土桩形式。钢管混凝土柱承载力高、施工简便，钢管混凝土柱在结构逆作完后可直接作为结构柱或再外包混凝土形成结构柱，但工程造价较钢筋混凝土复合桩柱方案高，而且钢管混凝土柱施工偏差过大时，后期较难处理。

当底板以下部分使用钢管作为单桩时，可采用机械压入钢管，施工速度快、工期短、节点少，不受地下水影响。施工期间钢管桩作为临时竖向支撑构件，与其他支护构件共同发挥支护作用，单桩的承载能力可按《建筑桩基技术规范》计算；当工程完工投入使用时，底板以下单桩与底板或筏板共同作为基础协同工作，计算可参考《建筑桩基技术规范》，按考虑承台效应的复合基桩计算竖向承载能力，并按单桩计算其抗拔能力。

当底板以下部分使用钢筋混凝土单桩时，可以采用人工挖孔方式。本方案施工简便、施工机具简单、对环境的影响少、施工质量高、施工成本低、桩的承载能力高，但施工速度慢、节点多、安全性差，所以本方案在实际盖挖逆作法地下工程中比较受限。

4.3 型钢混凝土柱

型钢混凝土柱构造简单、承载力高、便于加工、施工机具简单、施工简便、对环境的影响少、施工质量高、施工成本低但材料成本较高，一般使用H型钢或十字形钢，在框架剪力墙的结构中比较常见。因其特殊工艺型钢钢筋混凝土能充分发挥其优势：（1）顶板以上路面可以快速恢复。型钢可以采用机械压入，施工速度快、工期短，顶板可以快速形成。（2）地质条件适应性强。除砾石、岩石等极硬地质和淤泥等极软地质不适用，其他大部分地质条件均可以使用，并不受地下水影响。（3）无特殊处理的复杂节点。工程内部逆作施工时，型钢柱外包混凝土可以和梁、板等水平构件整体浇筑，无新旧混凝土黏结面处理问题。

5 结论和建议

对于盖挖逆作法的地下建筑，在以复合桩柱为施工临时中间支承的逆作法施工中，竖向力的传递是通过墙、柱来传递竖向荷载，施工临时竖向支撑应该与工程竖向支撑系统统一考虑。本文对竖向支撑系统进行分析，得出了竖向支承系统的设计原则，给出了竖向支承构件（柱、桩），作为工程柱及临时支撑构件的统一计算方法、原则，可以作为设计施工的借鉴。刹肩节点是施工设计与主体设计的交接点，容易被忽略，因篇幅所限，本文未能逐一论述，还有待大家進一步地进行深入研究。

参考文献

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[2]王卫东，王建华.深基坑支护结构与主体结构相结合的设计、分析与实例[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[3]JGJ94—2008，建筑桩基技术规范[S].

[4]JGJ165—2010，地下建筑工程逆作法技术规程[S].