• 高层建筑顺逆结合法关键建造技术 返回首页
  • 成果详情
  • 成果名称
    高层建筑顺逆结合法关键建造技术
  • 成果类型
    技术开发和产业化
  • 评价机构
    山东省建设科技与教育协会
  • 完成单位
    青岛建设集团股份有限公司
  • 合作单位
    中国石油大学(华东)
  • 完成人
    赵顺廷 程旭东 王爱华 王玉栋 曹兆军 孙军利 路思祥 仉兴虎 佟 鹏 郭 娟 王 藤
  • 知识产权
    青岛建设集团股份有限公司
  • 项目所在地
    青岛市
  • 成果水平
    国内领先
  • 评价日期
    2024年12月20日
  • 推荐单位地市
    青岛市
  • 专家委员会名单
    王崇杰、孙 杰、李海峰、刘国辉、王洪涛
  • 成果简要说明
  • 一、任务来源
    该课题项目研究来源于集团公司内部自主立项项目,由集团分公司青岛建设集团股份有限公司主导,与中国石油大学(华东)合作,共同开展“高层建筑顺逆结合法关键建造技术”研究开发。
    二、应用领域
    顺逆作结合法主要应用于多个重要建筑工程领域。在城市中心区的高层建筑地下室工程中,它能适应狭窄场地和复杂周边环境,避免干扰交通及损害周边建筑和设施。地下空间开发工程如大型地下商场、停车场和交通枢纽,可加快施工进度,减少对交通的影响。软土地基上的工程中,能有效控制沉降,提高施工安全性。对于工期紧张的工程,可同时进行地上地下施工,缩短周期,实现多工序平行作业,提高效率,是一种高效的施工方法。
    三、技术原理
    顺逆作结合法一种特殊的施工技术。其首先施工地下连续墙等支护结构,为后续施工提供支撑和挡土作用。接着选择施工部分地下室结构,通常是地下室的周边结构或局部关键部位。然后进行地上结构的施工,待地上结构施工到一定程度后,再逐步暗挖完成剩余的地下结构。这种方法利用已施工的部分地下室结构和支护结构共同承担施工期间的上部结构自重和施工荷载,在一定程度上控制土体变形和沉降,减少对周边环境的影响。相比全逆作法,部分逆作法施工难度较低、前期投入少,可根据工程实际灵活调整施工顺序。
    四、性能指标
    顺逆作结合法综合顺作法和逆作法的优势,其施工简单且兼顾安全性及工期的要求,已越来越多的应用到复杂工程中。其性能指标主要体现作用于结构、环境、经济四个方面,内容如下。
    1.在结构稳定性上,它通过地下连续墙与中间支承桩柱共同作用,承载能力强,能承受较大的上部结构自重和施工荷载,确保建筑在施工过程中的安全。同时,对土体变形和沉降控制良好,可有效保护周边建筑物、地下管线等设施。
    2.在施工效率上,顺逆作结合法可同时进行地上和地下结构施工,大大缩短工期。各个工序能平行作业,如地下结构施工与地上结构施工及设备安装同步进行,提高整体施工效率。对于工期紧张的项目尤为适用。
    3.在环境适应性上,能减少对周边环境的影响。施工过程中土体变形小,降低了对周边建筑和设施的干扰。并且适应复杂地质条件,在软土地基、高地下水位等情况下,借助地下连续墙隔水和中间支承桩柱稳定的作用,保障施工安全顺利进行。
    4.从经济效益上,虽前期投入较高,但综合效益显著。缩短工期可提前投入使用带来经济效益,还能降低后期维护成本。同时提高土地利用率,充分利用地下空间,适合土地资源紧张区域。
    五、与国内外同类技术比较
    对顺逆作结合法的研究有施工技术及理论两方面,但常有理论研究滞后于工程应用的特点,其中对理论研究方式比较局限:①使用工程监测技术,在施工前在相应构件或周边环境管线上埋置监测点,记录施工全过程中,各监测构件相应的位移、变形、内力等变化情况。②应用计算机数值模拟技术,将工程结构及土层进行整体有限元模拟,按施工工况分别模拟并研究以下几种主要内容:坑边土压力;地表土沉降;围护结构内力及位移;支撑结构内力;立柱桩支撑轴力及变形稳定性研究等。
    国内文献对顺逆作技术研究大部分基于实际工程。邸国恩借助实际工程,通过将顺作法、全逆作法和中心岛法对比,发现顺逆工法的效应较好,阐述了连续墙侧向曲线的分布特征。王卫东分析实际工程,发现其顺逆施工相结合的方法,有效的保护周边环境,解决了施工场地狭小的问题。戴斌通过借助三个具体顺逆工法项目,详细介绍各个工程的特点,通过总结工程实践情况对顺逆结构的设计方法进行了探讨。徐立斌通过某实际工程项目,对“中顺边逆”的施工工艺流程以及主要施工节点的处理方法进行了研究。吴永强以较有特点的15~25m深度坑边逆作法案例,分析了施工宽度、楼板体系、基岩埋深等因素对基坑施工影响。

    国外文献对顺逆作技术研究大部分基于理论研究。Terzaghi & Peck、Wei R,对基坑土压力计算进行研究,并结合大量土压力测试数据得到经验计算图式。Masuda分析了大量的基坑围护结构监测数据,发现逆作较顺作能有效控制基坑变形;Carder研究发现支护结构刚度越大,基坑变形越小。Zi-han W、利用三维有限元软件Plaxis有限元软件,对三维基坑作了深入研究。主要有对围护结构双排桩进行数值模拟,给出了双排桩预埋深度、排距、桩间距、桩径、长细比等实际参数,分析了不同位置桩的性能差异。
    综上所述,随着城市化的发展,各种高层建筑、地铁隧道、车站、地下管线出现,目前逆作法基坑对周围环境的扰动影响研究已有不少成果。但是对中间顺作、周围逆作的顺逆作结合法的研究和总结还寥寥可数,加之本研究依托工程项目地下工程面积、深度大,周边状况苛刻、对环境要求较高,同时存在作业空间较小、工期要求紧迫以及经济条件限制的要求,施工难度较大,因此开展关键建造技术的研究,并为其它项目提供参考有重要意义。
    六、成果的创造性、先进性
    课题研究对深基坑顺逆结合法下结构受力以及施工变形进行了大量理论分析、施工监测以及数值模拟研究,通过对相关单位进行调研并结合项目研发需求,研究开发了该项课题成果。创新点如下:
    1.理论推算顺逆协同上部施工层数
    通过顺逆协同上部施工层数的研究,基于依托工程现有桩柱承载力条件,归纳推导上部结构的最大施工层数估算公式。分析在地下室施工的同时,突破地上层数限制,从而节省更多工期,充分发挥顺逆结合的优势,并为之后的类似工程提供参考。
    2.基于成本的顺逆结合法围护选型优化及变形分析
    通过对围护结构特点的研究及变形分析,提出了基于成本通过对围护结构特点的研究及变形分析,提出了基于安全性和成本的锚-桩支护围护模式,减少费用节省造价,实现项目降本增效。揭示了顺逆结合法围护结构的水平位移规律,阐明了基坑周边土体的沉降机制,为类似工程提供参考。
    3.顺逆结合法桩筏基础受力变形规律分析
    通过对桩筏基础受力变形的研究分析,揭示了顺逆结合法桩筏基础的受力变形机理,阐明了钢筋变形以及桩间差异沉降的机制,同时对现有设计方案完成评估与总结,并提出类似工程可进一步优化的措施。
    4.顺逆结合法逆作叠合柱受力变形规律分析
    通过对施工全过程叠合柱的受力变形分析,构建了不同期浇筑叠合柱的有限元受力模型,揭示了叠合柱内外部的应力应变机制,实现对其承载和变形能力的评估,揭示该类结构的受力机理,为保证该工程项目的结构安全提供依据。
    七、作用意义
    顺逆作法结合法在工程建设中具有重要作用意义。在工程建设方面,地上和地下部分工程同时进行,先施工部分地下室结构为地上建设提供基础支撑,提高施工效率,缩短整体工期,加快投入使用速度。同时增强结构稳定性,承受上部荷载,降低变形风险。在周边环境影响方面,对土体扰动小,能有效控制土体变形和沉降,减少对周边建筑物、道路和地下管线的影响,在城市中心或敏感地带可减少环境问题。还能保护临近重要设施,如历史建筑和地铁线路。在经济效益方面,缩短工期降低了后期修复赔偿费用,资源利用高效,降低成本,且提高土地利用率,在土地紧张区域实现多功能开发,提高土地经济价值。同时,提高企业在建筑行业竞争力,打响知名度,跻身于建筑先进企业前列。
    八、推广应用的范围、条件和前景
    在当前建筑业不断追求高效、低碳、绿色发展的背景下,高效能力已成为建筑行业尤其房地产项目的核心竞争力之一。基坑四周逆作、中部顺作的顺逆结合法,其施工简单且兼顾安全性及工期的要求。上下协调同步施工,大大缩短了项目工期,经济合理化,有效提高了地下空间的利用效益显著。同时较小的基坑变形,对周围建筑物产生的影响也随之减小;底板设计的率;有利于施工中的结构抵抗水平方向的风荷载和地震作用。顺逆结合法在基本封闭的环境下施工,最大限度地减少扬尘,同时施工方案与工程设计的相互配合更加密切和科学,应用前景良好,取得了良好的社会与环保效益。
    九、存在的问题及改进意见
    1.存在的问题
    (1)顺逆作结合法还处于初级阶段,相对于传统建筑建设方式来说,竞争力还不足,产业链不健全,施工阶段地下部分暗挖逆作建筑施工难度大;
    (2)顺逆作结合法需要地上和地下部分工程同时进行施工,各工序之间的交叉作业较多,施工协调难度大。如果施工组织方案没有根据逆作法的特点进行合理调整,容易出现工序混乱、相互干扰等问题;
    (3)顺逆作结合技术运用是把双刃剑,一方面节约施工时间实现建筑巨大价值,实现施工提效。另一方面,地下部分暗挖逆作需要大量资金提前就位,易出现资金断裂等问题。就施工而言,涉及各个工种,容易出现管理难度大、交叉疏忽导致安全隐患、与前期策划方案出现分歧等问题。
    2.改进意见
    (1)针对课题研究成果,加强企业成果转化力度和进程,培训相关技术人员进行课题成果学习,提升技术人员素质水平;
    (2)制定详细的施工组织计划,明确各工序的施工顺序和时间节点,加强各专业队伍之间的沟通和协调;采用信息化管理手段,实时监控施工进度和质量,及时发现和解决问题;根据实际情况合理安排施工资源,确保人力、物力、财力的有效利用;
    (3)积极宣贯课题编制的标准成果,指导现场技术人员快速掌握课题成果,加快成果转化进程。
  • 推广应用前景与措施
  • 一、推广应用前景
    在当前建筑业不断追求高效、低碳、绿色发展的背景下,高效能力已成为建筑行业尤其房地产项目的核心竞争力之一,在市场行情日渐低下和企业竞争日益激烈的情况下,顺逆作结合技术将会对今后地下建筑工程发展有重要意义。基坑四周逆作、中部顺作的顺逆结合法,其施工简单且兼顾安全性及工期的要求。上下协调同步施工,大大缩短了项目工期,经济合理化,有效提高了地下空间的利用效益显著。同时较小的基坑变形,对周围建筑物产生的影响也随之减小;底板设计的合理化,有效提高了地下空间的利用率,有利于施工中的结构抵抗水平方向的风荷载和地震作用。顺逆结合法在基本封闭的环境下施工,最大限度地减少扬尘,同时施工方案与工程设计的相互配合更加密切和科学,应用前景良好,取得了良好的社会与环保效益。同时提高企业在建筑行业竞争力和业界声誉,实现公司“以现场赢市场”的战略发展目标。
    二、推广应用措施
    技术方面,加大科研投入,鼓励产学研合作,开展国内外技术交流,推动技术标准化,为其发展提供保障。人才培养上,在高校相关专业增加教学内容,针对在职人员开展职业培训,建立激励机制,鼓励人才积极参与研发应用。政策上,政府制定鼓励政策,如财政补贴、税收优惠和信贷支持等,降低应用成本;加强示范工程建设,展示技术优势效果以作参考;强化监管与服务,建立质量监督和安全管理体系,同时为企业提供技术咨询等服务。通过各方共同努力,推动部分逆作法技术广泛应用,为建筑工程行业可持续发展贡献力量,提升工程建设的效率、质量和可持续性。
    三、存在的问题和改进意见
    课题成果仅在集团公司内部项目进行了推广应用,如何将成果转化、推广至外部单位应用,还需要进行进一步的总结和优化。在课题成果实现规模应用前,在企业内部项目中积极与业主沟通进行课题成果试点、示范,并积极与政府相关部门协调,推动产品规模化应用。
  • 评价意见