超高层建筑逆作法施工时基坑监测探讨开题报告

1.1课题的研究背景和意义

众所周知，我国是世界上的人口大国,随着我国综合国力的不断增强也推动了现代建筑行业的迅猛发展。为了满足我国人口不断增长的要求，近几年来越来越多的高层建筑逐渐被兴起，不但满足了人们对住宅多元化的要求，还将我国土地资源进行了较为合理的使用，节省了建筑资源的使用情况。但是越高层的建筑，其质量要求就越高，所以从它开建的时候就必须进行严格的基坑监测来保证其施工安全。

对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，往往难从以往的经验中得到借鉴，也难以从理论上找到定量分析、预测的方法，这就必定要依赖于施工过程中的现场监测。首先，靠现场监测据来了解基坑的设计强度，为今后降低工程成本指标提供设计依据。第二，可及时了解施工环境在施工过程中所受的影响及影响程度。第三，可以及时发现和预报险情的发生及险情的发展程度，为及时采取安全措施充当耳目。

逆作法由于具有缩短工程总工期、节约项目成本、对环境影响小等优点,在高层建筑地下室中应用广泛。利用逆作法施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的具有良好的经济效益和社会效益。但由于逆作法的难度更高，因此精度要求也更高，所以其基坑监测更显得尤为重要。

1.2国内外研究情况及发展

逆作法概念首先是由日本先提出的，并先后在一些地铁和地下商城中进行施工。随着逆作法工艺不断提升完善，越来越多的应用在地铁，隧道，地下车库，地下室，大型商场等地下结构。国际上，日本、德国和英国等在逆作法设计理论和施工工艺方面起步较早，成功的施工案例也较多[1]。我国最早应用逆作法,是在20世纪80年代建造的上海基础公司的特种基础研究所的大楼,当时由上海市第二建筑工程公司施工,现在已成功完成十几个工程[2]。随着超高层建筑的发展，对地下空间的开发和利用日益增加，基坑工程数量增多且向着更大、更深的方向发展[3-4]。目前，我国的建筑基坑工程应用逆作法施工，主要表现为区域性、综合性、时空效应、环境效应以及突发性几个特点。建筑工程基坑开挖时，需要与实际施工区域的特点进行结合，保证因地制宜的开展工程施工。建筑基坑工程的施工中，需要施工管理人员对于开挖过程中的变形、渗流、土力强度等内容进行深入的分析，具有综合性的特点。建筑基坑工程在施工中，对于工的深度、平面形状都有具体的要求，如果不能保证其时空效应，就不能保证整体[5]。

文献[6-7]根据对围护结构的支撑方式，逆作法比较常见的形式主要有全逆作法、半逆作法、部分逆作法和分层逆作法，其他类型的逆作法均可理解为以上4种逆作法的衍生作法。结合目前设计及施工技术，现有两种比较具体的逆作方式较为普遍地应用于超高层逆作。

文献[10]提出了逆作法的特点为：（1）基坑中设置的水平支撑用结构本身代替，这样可以大量减少临时支护结构的使用，从而节约资源，节省成本，具有较强的经济性。（2）可以缩短施工的总工期。（3）逆作法施工基坑变形小，对周边环境影响小。

文献[8]针对工程逆作法施工的特点，结合岩土工程勘察报告，对基坑开挖过程中的围护变形和内力、水土压力、深层土体水平位移及地下水位观测成果进行综合分析，研究了逆作法开挖模式下的基坑支护结构受力和变形特点以及环境和基坑围护之间的变形发展规律及影响因素，总结和积累了大量的逆作法工程监测数据及工程经验，以指导后续工程施工。总结工程监测工作，有以下几个特点:

1)全面系统的基坑监测体系确保了极为复杂环境下逆作法基坑顺利施工。

2)立柱桩垂直位移监测为逆作法施工提供了全面、有效的动态数据支撑。

3)分析了逆作法基坑在开挖过程中的应力和变形变化，研究了楼板和梁作为水平支撑体系的作用。

同时，在用逆作法施工时要考虑的因素有挺多的，文献[11]包括了基坑深度，地质土层构造，地下水，基坑周围的环境。

影响基坑安全的因素有很多，例如文献[9]地连墙的变形、楼板开洞、坑外超载、施工工序等，最终归结为内因和外因２种。内因通常是结构的刚度、强度等；外因通常是外部作用，例如坑外超载、地下水等。因此可以从这２种原因找出最终解决办法。

（１）围护结构的变形。影响围护结构因素较多，但最终归结为围护结构自身抗力（刚度、强度）较小和外部效应外界作用过大，因此可以通过以下几种方式减小围护结构变形：①增加围护结构的尺寸和采用高强材料；②在楼板开洞口处，及时设置临时支撑；③采用锚杆与围护结构的组合形式；④增加地连墙的插入比。

（２）临时洞口。采用逆作法施工必须设置临时洞口，便于取土。由文中计算结果可知，临时洞口减弱了支撑的刚度，对围护结构的变形影响较大，因此要合理设置临时洞口。洞口对水平支撑的影响主要体现在洞口点的面积和位置。洞口要结合建筑主体结构合理布置，遵循分散和小洞口面积的原则布置。针对不同的洞口布置进行计算分析，最终确定结合主楼结构布置的小洞口更有利于保证工程质量。

（３）坑底回弹和立柱隆起。通过计算发现，立柱的隆沉是不均匀的，坑中间回弹量最大，但是最大差异沉降在坑边。对立柱的隆起和差异沉降均由坑底开挖回弹引起，因此要合理控制坑底开挖回弹量。对坑底回弹无法消除，只能合理控制，通常可以采用对坑底加固、降水排水和及时设置支撑等措施。对于立柱隆起，根据分析计算和施工监测反馈，采用堆载、增加楼板刚度和及时设置支撑等措施。以上措施是针对具体的逆作法施工而言的，可以从方法的层面上改进这种施工技术，如半逆作法、分层逆作法、大开口逆作法等。

综上所述，目前，逆作法施工已日趋成熟，其应用也不少，目前仍作为一种特殊方法应用于对工程有特殊要求，或用传统方法施工无法满足要求而又不经济的情况[12]但其在深基坑支护中的前景乐观[13]，虽然有一定的难度，但是其带来的效益确实很可观的：

（1)环境效益：a噪音方面：由于逆作法在施工地下室时是采用先表层楼面整体浇筑,再向下挖土施工,故其在施工中的噪音因表层楼面的阻隔而大大降低,从而避免了因夜间施工噪音问题而延误工期。b扬尘方面：通常的地基处理采取开敞开挖手段,产生了大量的建筑灰尘,从而影响了城市的形象采用逆作法施工,由于其施工作业在封闭的地表下,可以最大限度的减少扬尘。

（2）社会效益：a交通方面：由于逆作法的采取表层支撑,底部施工的作业方法,故在城市交通土建中大有用武之地,它可以在地面道路继续通车的情况下,进行道路地下作业,从而避免了因堵车绕道而产生的损失。b采用了逆作法,层平板结构先完成,可以利用结构本身作内支撑由于结构本身的侧向刚度是无限大的,且压缩变形值相对围护桩的变形要求来讲几乎等于零因此,可以从根本上解决支护桩的侧向变形,从而使周围环境不至出现因变形值过大而导致路面沉陷基础下沉等问题,保证了周围建筑物的安全。c采用逆作法施工,地下连续墙与土体之间粘结力和摩擦力不仅可利用来承受垂直荷载,而且还可充分利用它承受水平风力和地震作用所产生建筑物底部巨大水平剪力和倾覆力矩,从而大大提高了抗震效应。

（3）经济效益：采用逆作法,一般地下室外墙与基坑围护墙采用两墙合一的形式,一方面省去了单独设立的围护墙,另一方面可在工程用地范围内最大限度扩大地下室面积,增加有效使用面积此外,围护墙的支撑体系由地室楼盖结构代替,省去大量支撑费用而且楼盖结构即支撑体系,还可以解决特殊平面形状建筑或局部楼盖缺失所带来的布置支撑的困难,并是受力更加合理由于上述原因,再加上总工期的缩短,因而在软土地区对具有多层地下室的高层建筑,采用逆作法施工具有明显的经济效益一般可节省地下结构总造价的25%~35%[14-15]。

1.3相关技术

根据该基坑支护设计及基坑周围环境状况，基坑监测方案包括六项内容：①、围护桩桩顶（冠梁）水平位移及桩体水平位移（测斜）监测；②、土体侧向变形（测斜）监测；③桩体内力监测；④水平钢支撑轴力监测；⑤地下水位监测。⑥沉降监测

支护结构内部深层侧向位移监测（测斜）：使用测斜仪进行监测；

基坑周边土体深层侧向位移监测（测斜）：使用RST自动化测斜仪，PVC测斜管监测；

地下水位监测：设立水位观测井；

支撑轴力监测：用FLJ-40型振弦式反力计（轴力计）及频率接收仪监测；

沉降监测：使用徕卡N3水准仪、铟钢尺等监测；

连续墙顶水平位移监测：使用徕卡TC702全站仪监测。

1.4总结

随着施工机械设备、工艺以及施工管理的不断更新与进步，高层建筑深基坑逆作法总体水平大幅度提高;同时，逆作法施工技术的发展进一步有效延伸和宽泛了地下工程的施工理论与工程实践。就超高层建筑逆作法基坑监测而言，借助高精度数据采集仪器，应用精密工业测量和计算机图形技术，建立符合国内需求的基坑监测精度控制测量与可视化分析系统是实现高标准基坑监测的重要手段。在结合精密工业测量技术和计算机图形技术的基础上，本课题旨在以高精度智能全站仪为测量工具，研究一套完整的基坑监测精度控制解决方案与精密测量系统，来实现超高层建筑逆作法施工安全高效的进行。

参考文献

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[6]徐至钧，赵锡宏．逆作法设计与施工［M］．北京:机械工业出版社，2002；

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[14]郭财宝.逆作法施工技术在现代建筑中的应用[J].中华民居(下旬刊),2013；

[15]郭慧.探析逆作法施工技术的施工原理及技术措施[J].科技创新与应用,2013。

2.1主要研究的问题

本课题主要研究的是超高层建筑逆作法施工时基坑监测的问题，针对该工程首先应该结合资料选择合理的监测方案，然后根据初步选择的方案结合地质条件和精度要求进行相应的方案设计。设计中，不仅要认真学习现有规范和工程中常用及新兴的各种测绘技术，而且应结合当地工程经验和方法，将这些经验方法与自身所学的科学文化知识相结合，从而提出更加经济、合理、有效、快速的监测方案。

主要包括以下几方面内容：

1.针对超高层建筑逆作法施工时基坑监测特点和要求，研究其在监测时将会遇到的难点和问题

2.研究逆作法基坑监测的所需的精度要求然后设计一套符合的监测方案，从而进行监测

3.对检测数据进行处理

4.对检测结果的分析

2.2拟采用的研究手段

1.搜集文献及网络资料，了解当前国外先进的基坑监测方法，整理信息，编写系统需求分析

2.结合逆作法现场测量特殊性，对已有测量模型进行改进，研究适合本系统需求的理论算法，并进行模拟验证，在此基础上完成系统设计文档

3.向工程里的专业人士请教，对测量方案进行改正完善

4.到工地现场进行勘察