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廖爱勇:超高层建筑成城市建设热点,探讨深基坑支护技术发展趋势

  超高层建筑是当今各大中城市建设发展热点,在建、拟建超高层建筑项目众多。仅2015-2017年国内竣工300米以上的超高层建筑就有30座之多,在建拟建的300米以上超高层建筑有80座以上。因其结构复杂、投资大、建设工期长、施工工艺复杂、难度大,而备受各界关注。为进一步了解当今超高层建造技术的创新和发展,我们对中国超高层建筑领域著名专家廖爱勇进行了访谈。廖爱勇对国内外超高层建筑结构的研究达到了很高的造诣,他在建筑设计方面拥有20多年的经验,拥有400余项建造施工创新成果,参与国内多个大城市的超高层建筑项目的设计与规划,本文综合廖爱勇在造楼机、深基坑土方开挖与土方支护技术的创新研究与实践成果,探讨超高层建筑的新技术和未来发展趋势。
  自主研发杀手锏“造楼机”
  从20世纪80年代起,我国超高层建筑施工技术从传统的搭设脚手架到滑模,再到爬模、提模,施工机械化、标准化、高效化程度不断提高。进入新世纪,300米、400米、500米、600米……超高层建筑越来越高、结构越来越复杂,不仅要承受较大的垂直荷载,还要承受较大的水平荷载,传统模架难以满足施工要求。如何在保证质量与安全的情况下提高施工速度,成为业界亟待破解的难题。
  历经数个项目实践,廖爱勇于2005年大胆提出了“造楼机”的设想:将施工竖向结构的模板和挂架悬挂在钢平台以下,采用大行程、高能力、支承在剪力墙预留洞处的液压千斤顶顶升钢平台,带动模板与挂架整体同步上升一个高度,完成上一楼层的混凝土结构施工。2009年,廖爱勇带头成立模块化低位顶模课题小组,认真研究低位顶模模块化设计方法,将整个模架拆分为由多个标准组件组成的装配式结构,从而实现模架在不同项目间的周转使用,研发出第二代顶模——模块化低位顶模,并在世茂国际中心成功应用,大幅降低模架成本,提高了模架的工业化程度与功效。廖爱勇自主研发的“造楼机”堪称奇迹。
  高层建筑工程深基坑支护施工技术的应用
  高层建筑中的深基坑支护施工技术是高层建筑中一个重要的组成部分,深基坑支护技术实现的好坏能够直接影响建筑的质量。廖爱勇以他亲自参与设计的合肥地下轨道交通地铁站的深基坑开挖稳定性研究为例,构建合肥地区土体模型,并分析深基坑工程中的变形问题。廖爱勇采用了三维有限元方法模拟基坑开挖过程中土体与支护结构的相互作用情况,研究由此产生的周边土体水平位移变化及沉降变形对附近高层建筑的影响。分析结果表明,在软土地区深基坑采用地下连续墙支护对控制土层变形非常有效,可将该建筑物裙楼桩基础土体水平向变形差值控制3mm以下。根据各观测点地表沉降观测记录和计算分析,得出高层建筑周边土体沉降规律,由沉降产生的建筑物倾斜度也在规范范围之内。为更清楚地体现基坑开挖后支护与土体的相互作用及变形受力情况,廖爱勇将已计算完成的土体取半,对应力、应变进行解读。由于主体结构板受到两侧土体的不同压力作用,在土体取半时保留每层结构板的整体性能更直观地观察到主体结构板的应力应变情况。高层建筑对主体平行方向和垂直方向的变形为敏感,并将结果与规范对比,以评估基坑开挖对裙楼影响的大小。经过科学的设计与计算,廖爱勇设计的合肥地下轨道交通地铁站深基坑有效地抑制了土体的水平变形,有利于保护邻近建筑物和构筑物。以该工程为例,在深基坑同一方向上由于距离基坑开挖边界不同远近处的建筑物差异变形极小,倾斜仅为0.0016%,满足《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)中第5.3.4条关于建筑整体倾斜的限值(0.003%)的规定。
  廖爱勇表示,随着建筑高度不断增加,基坑的深度也相应增加,特别是进入90年代之后,出现了许多超高层建筑,日后建筑还会往更高更密集的方向发展,这对深基坑支护技术又提出了更高的要求。通过对大量的工程实例的研究,可以概括以下几点深基坑技术的发展趋势:湿式喷射混凝土取代干式喷射混凝土;内支撑或新型锚杆逐步普及应用;防渗墙引入深基坑支护技术;井点回灌技术引入深基坑支护技术;深层搅拌或注浆技术引入深基坑支护技术;主动研发有效的防基坑壁侧向变形技术。以上就是目前深基坑支护技术的发展趋势和新技术前沿。

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