逆作法在佛山東平廣場(chǎng)工程中的應(yīng)用

薛文杰

1. 同濟(jì)大學(xué) 上海 200092； 2.上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

1 工程概況

佛山東平廣場(chǎng)工程位于佛山市東平新城文華南路、裕和路、君蘭路所圍合的區(qū)域，整個(gè)工程為交通樞紐綜合體，功能包括交通樞紐中心、商業(yè)、辦公、酒店、住宅等，總建筑面積694 185 m2。整個(gè)工程分三期開發(fā)建設(shè)，一期工程采用新型逆作法施工，將整個(gè)基坑劃分成逆作法區(qū)、中心島區(qū)及反壓土區(qū)3 塊，以地下連續(xù)墻為圍護(hù)體，以反壓土區(qū)為基坑南側(cè)及東西側(cè)部位圍護(hù)體系的支撐，以逆作板帶（含主樓A、B塔范圍）為基坑北側(cè)及東西局部區(qū)域支撐，形成整個(gè)基坑的地下室施工的圍護(hù)支撐體系。整個(gè)逆作法區(qū)以核心筒、抗側(cè)剪力墻及鋼管柱為豎向結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)樓板為水平體系，形成對(duì)外圍土體的支護(hù)結(jié)構(gòu)，如圖1～圖3所示。

圖1 逆作范圍示意

圖2 逆作區(qū)主樓平面示意

圖3 逆作法典型剖面示意

A、B 塔地上48 層，建筑物總高度為163.0 m，地下4 層。建筑功能包括交通樞紐中心、商業(yè)、住宅等，建筑面積89 465 m2。A、B 塔，1～4層為商業(yè)用房，5層為架空層和空中住宅大堂，6層以上為住宅。結(jié)構(gòu)形式為混凝土框支剪力墻結(jié)構(gòu)，分別設(shè)A、B 兩個(gè)核心筒，基礎(chǔ)為鉆（沖）孔灌注及抗側(cè)剪力墻，地下室及裙房采用鋼管柱內(nèi)灌C60混凝土。

2 技術(shù)難點(diǎn)

（a）所有逆作施工的豎向結(jié)構(gòu)對(duì)垂直度要求高，大量預(yù)埋連接件，均需精確定位，施工質(zhì)量要求高；

（b）國(guó)內(nèi)首次采用地下連續(xù)墻作為逆作法核心筒，可借鑒經(jīng)驗(yàn)少；

（c）采用抗側(cè)剪力墻、鋼管柱等多形式的逆作結(jié)構(gòu)，與水平結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)多樣，施工質(zhì)量難度大；

（d）基坑局部地質(zhì)差，淤泥質(zhì)強(qiáng)度低，砂性土受水侵蝕易破壞，對(duì)逆作法的水平結(jié)構(gòu)模板體系施工不利。

3 柱和墻的結(jié)構(gòu)施工[1-4]

3.1 HPE 液壓垂直插入鋼管柱施工技術(shù)

本工程 A、B 塔主樓加裙房共計(jì)有44 根沖孔灌注樁，每根樁均插入鋼管作為永久結(jié)構(gòu)柱施工，鋼管作為施工階段的豎向支撐結(jié)構(gòu)，同時(shí)兼作使用階段的抗拔樁，鋼管柱直徑分別為1.5 m及0.9 m兩種，其下部沖孔樁樁徑分別為2.5 m及1.8 m（其中28 根Φ1.5 m的樁頂標(biāo)高從地面至沖孔樁混凝土面深度為19.2 m；16 根Φ0.9 m的樁頂標(biāo)高從地面至沖孔樁混凝土面深度15. m）。

施工時(shí)采用HPE液壓插入機(jī)，在支承樁混凝土澆筑后、混凝土初凝前，將底端封閉的永久性鋼管柱垂直吊起到液壓插入機(jī)上，由液壓插入機(jī)將鋼管柱抱緊，同時(shí)復(fù)測(cè)鋼管柱的垂直度。然后由上下2 個(gè)液壓垂直插入裝置同時(shí)驅(qū)動(dòng)，通過其向下壓力將鋼管柱垂直向下插入，按照從下到上的順序依次松開液壓定位器，再由兩個(gè)液壓垂直插入裝置同時(shí)將鋼管柱向下插入，重復(fù)上述步驟，直至插入到設(shè)計(jì)深度要求。

3.1.1 HPE 液壓垂直插入鋼管柱施工流程

支承樁混凝土澆搗完成→HPE液壓插入機(jī)就位對(duì)中→調(diào)整插入機(jī)水平度→吊裝鋼管柱→插入鋼管柱→四周回填砂碎石→拆除工具柱和移機(jī)→鋼管柱內(nèi)混凝土澆搗

3.1.2 HPE 液壓垂直插入鋼管柱工法的優(yōu)點(diǎn)

（a）安全性高：HPE 液壓垂直插入鋼管柱工法無需人工下孔作業(yè)，首先在很大程度上降低了安全風(fēng)險(xiǎn)；

（b）保證鋼管柱的垂直度，質(zhì)量可靠：HPE 液壓垂直插入機(jī)施工過程中完全機(jī)械化作業(yè)，減少了人為因素，保證插入鋼管柱的垂直度符合要求，垂直度可達(dá)1/500～1/1 200，保證了施工質(zhì)量；

提高鋼管柱安裝施工效率，縮短施工工期：HPE 液壓垂直插入鋼管柱工法由先進(jìn)的施工設(shè)備施工，較之常規(guī)的施工工藝，施工流程簡(jiǎn)單，施工速度快，平均完成單根鋼管柱安裝時(shí)間10～20 h，單根鋼管柱安裝的施工工期縮短了70%以上；

節(jié)約能源，降低投資成本：HPE 液壓垂直插入鋼管柱工法大量減少了施工材料和人工的投入，如施工中不需長(zhǎng)鋼護(hù)筒護(hù)壁，也不用人工埋設(shè)定位器等，因而降低了投資成本30%以上。

3.2 鋼管柱與梁板連接設(shè)計(jì)

本工程鋼管混凝土柱與結(jié)構(gòu)梁板連接采用鋼牛腿結(jié)合加強(qiáng)環(huán)板的連接形式，具體做法是在鋼管周圍設(shè)置鋼牛腿，為加強(qiáng)鋼牛腿與鋼管混凝土柱的連接剛度，在鋼牛腿上下翼緣設(shè)置封閉加強(qiáng)環(huán)，梁板受力鋼筋焊在鋼牛腿或加強(qiáng)環(huán)鋼板上。板面筋與底筋分別與鋼管柱2 塊環(huán)板進(jìn)行雙面焊，焊縫長(zhǎng)度5d，焊縫等級(jí)為二級(jí)。

梁與鋼管柱連接處，鋼管柱4 個(gè)方向均焊接雙工字鋼牛腿，工字鋼寬度、厚度、翼緣厚度、腹板厚度按照不同的梁尺寸而定。梁面鋼筋在工字鋼翼緣上方，梁底鋼筋在工字鋼翼緣下方，以焊接方式連接。若與鋼管柱連接的混凝土梁標(biāo)高不一，鋼管柱上焊接高低牛腿工字鋼（圖4）。

圖4 樓板與鋼管柱連接示意

3.3 核心筒及抗側(cè)剪力墻施工技術(shù)

本工程采用地下連續(xù)墻作為核心筒及抗側(cè)剪力墻，相當(dāng)于樁、承臺(tái)、剪力墻、擋土結(jié)構(gòu)4 種功能合一。作為高層結(jié)構(gòu)的主要豎向受力構(gòu)件，核心筒及抗側(cè)剪力墻不僅承受結(jié)構(gòu)的豎向荷載，水平方向也同時(shí)承受大部分的風(fēng)荷載和地震荷載。而本項(xiàng)目的核心筒及抗側(cè)剪力墻還作為基坑支護(hù)的抗側(cè)力擋土結(jié)構(gòu)，受力狀況更為復(fù)雜。結(jié)構(gòu)配筋除了滿足水平和豎向分布鋼筋的配筋率、約束邊緣構(gòu)件要求外，還需滿足水平擋土受力要求。

經(jīng)過計(jì)算，并為了施工的方便在核心筒的四角設(shè)置了格構(gòu)式型鋼。為保證鋼筋籠的吊裝，核心筒采取分塊的設(shè)置，把筒體角部與中部墻體分開8個(gè)體塊。核心筒采用地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)，墻底埋深入微風(fēng)化巖不小于7.5 m，同時(shí)保證了筒體豎向基礎(chǔ)的受力要求以及水平擋土穩(wěn)定性的要求。核心筒剪力墻及抗側(cè)剪力墻均采用預(yù)留“胡須筋”的方式實(shí)現(xiàn)與梁板的連接，如圖5所示。

圖5 結(jié)構(gòu)預(yù)留“胡須筋”

4 梁、板結(jié)構(gòu)施工

4.1 梁板形式

本工程逆作法區(qū)域共有地下4 層（局部3 層），從地下1層到地下4層層高分別為5.18 m、4.0 m、4.0 m。樓板分為無梁樓板及有梁板2 種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式。樓板厚度分為1 000 mm、850 mm、500 mm、350 mm等幾種規(guī)格；梁最大高度1 600 mm，寬度最大900 mm。

4.2 模板體系選擇

本工程考慮到施工工期、質(zhì)量和安全要求，同時(shí)結(jié)合本工程的實(shí)際情況，綜合考慮了以往的施工經(jīng)驗(yàn)，地下1層、地下2層、地下3層樓板結(jié)構(gòu)采用木地吊模形式，如圖6所示。

圖6 木地吊模形式施工示意

逆作區(qū)域各樓層超挖深度約為770 mm。土方開挖完成后，及時(shí)換填500 mm碎磚，采用黃沙進(jìn)行縫隙填充，澆筑厚150 mm的C25素混凝土墊層。素混凝土墊層上通長(zhǎng)鋪設(shè)50 mm×100 mm木方，間距250 mm，其上鋪設(shè)厚20 mm九夾板。梁板模板架設(shè)在木方上，直接座于排架體系或墊層上。

4.3 模板搭設(shè)方式

4.3.1 無梁板部位

采用12#鐵絲（Φ2.6 mm，設(shè)計(jì)拉力1 000 N）進(jìn)行拉結(jié)，鐵絲之間綁扎在樓板底筋之上。待底部土方開挖，混凝土墊層澆筑施工完畢后，具有良好的工作面時(shí)，采用移動(dòng)腳手架，剪短拉結(jié)鐵絲，拆除板底模板和木方，用于下一層水平結(jié)構(gòu)施工，如圖7所示。

圖7 無梁板體系模板示意

模板的平整度是逆作法樓板底部質(zhì)量控制的重點(diǎn)，本工程采用以下幾個(gè)關(guān)鍵施工工藝進(jìn)行有效控制：

（a）混凝土墊層施工：在混凝土墊層施工前，現(xiàn)場(chǎng)做好5 m×5 m的標(biāo)高控制桿，并且固定牢固，混凝土澆筑施工過程中嚴(yán)禁碰撞標(biāo)高控制桿；混凝土墊層初凝前，采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行標(biāo)高控制桿的復(fù)核，并及時(shí)調(diào)整；然后進(jìn)行人工二次混凝土墊層收頭調(diào)平工作；

（b）木方施工調(diào)整：局部木方標(biāo)高位置差異處，采用木楔體進(jìn)行調(diào)整；每根木方在兩端采用木楔體調(diào)整后，楔塊間木方與墊層之間空隙采用砂漿進(jìn)行填充，保證整個(gè)整根木方受力均勻（中間部位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)施效果，也可以采用木楔體進(jìn)行調(diào)整，但是沿木方的長(zhǎng)度方向木楔體的間距不能大于700 mm，且保證木方的整體穩(wěn)定性），如圖8所示。

4.3.2 大梁部位

圖8 板底標(biāo)高調(diào)整示意

由于本工程基坑范圍土體性質(zhì)以淤泥為主，此外采用逆作法施工工藝時(shí)，超挖的深度不大于1 m。因此，梁區(qū)域采用局部落深挖溝+兩側(cè)放坡的方式進(jìn)行施工，模板及兩側(cè)的鋼管支架依靠對(duì)拉螺栓固定于結(jié)構(gòu)梁之上，待底部土方開挖，混凝土墊層施工完畢后，具有良好的工作面時(shí)，采用移動(dòng)腳手架，拆除排架及模板，用于下一層水平結(jié)構(gòu)施工。梁兩側(cè)的矮排架鋼骨采用扣件與模板的橫圍檁鋼管連接，橫圍檁通過燕尾夾和對(duì)拉螺栓與結(jié)構(gòu)梁連接。

5 地下連續(xù)墻內(nèi)襯墻設(shè)計(jì)與施工

內(nèi)襯墻和地下連續(xù)墻有機(jī)的結(jié)合形成一體，在一定程度上可視為地下連續(xù)墻厚度的延伸 ,可以起到防滲、抗剪、抗水浮力和視為增加樓板嵌入地下連續(xù)墻內(nèi)深度的作用，因此確保內(nèi)襯墻的施工質(zhì)量對(duì)于結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。在地下結(jié)構(gòu)逆作施工過程中，隨樓層的向下施工，依次施工相應(yīng)部位的內(nèi)襯墻。

5.1 地下2層、3層內(nèi)襯墻施工

施工時(shí)先鑿除地下連續(xù)墻表面混凝土露出主筋，然后在主筋上焊接止水螺桿作為模板拉結(jié)，最后在模板外另搭設(shè)2 排腳手架用于固定拋撐?；炷翝矒v時(shí)，每隔2 m左右在模板上設(shè)置簸箕口作為混凝土入料口，采用側(cè)模敲擊的方式進(jìn)行振搗，具體圖9所示。

圖9 地下2層、3層內(nèi)襯墻施工

5.2 地下4層內(nèi)襯墻（外墻）施工

由于地下4層內(nèi)襯墻（外墻）與地下連續(xù)墻間增設(shè)旋噴樁圍護(hù)體，故該部位的側(cè)墻采用單側(cè)支頂?shù)姆绞街?。?nèi)襯墻鋼筋綁扎前緊貼旋噴樁砌筑磚墻作為外側(cè)模板，內(nèi)襯墻鋼筋綁扎完畢后，安裝厚18 mm九夾板作為面板。豎楞采用50 mm×100 mm木方，間距250 mm設(shè)置一檔；外橫楞采用雙鋼管，間距500 mm設(shè)置一檔。水平桿與立桿通過斜撐桿與基礎(chǔ)底板內(nèi)預(yù)埋的短鋼管連接，共同組成三角鋼管支頂體系（圖10）。

圖10 地下4層內(nèi)襯墻施工示意

5.3 混凝土澆筑施工

內(nèi)襯墻混凝土澆筑后，振搗困難大，須采用自密實(shí)混凝土，保證混凝土在自身重力作用下，能夠流動(dòng)、密實(shí)。襯墻豎向結(jié)構(gòu)一次澆筑高度超過2 m，為保證混凝土在下落過程中不發(fā)生離析現(xiàn)象，一是將膠管伸入模板內(nèi)，使混凝土出料口盡量距被澆筑面小于2 m；二是在澆灌部位預(yù)先澆灌與混凝土同標(biāo)號(hào)的砂漿，保證混凝土不會(huì)因澆灌高度過高，造成粗骨料因水泥漿損失，使混凝土出現(xiàn)露石等質(zhì)量缺陷，同時(shí)也保證新澆混凝土與原施工縫結(jié)合良好。

6 結(jié)語

本工程逆作法鋼管柱采用新型HPE 液壓垂直插入機(jī)安裝工藝，使鋼管樁及鋼管柱一次性一體成型，質(zhì)量好，定位準(zhǔn)確，可加快上部鋼管柱的安裝。此工藝適用于大型及超大型逆作法施工。 采用地下連續(xù)墻作為塔樓核心筒剪力墻，工期快，取消常規(guī)的過渡柱支頂體系，不用由樁到承臺(tái)再到剪力墻的方式，這樣更安全?？杀苊庾龀信_(tái)開挖的支護(hù)。僅要考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可抵抗強(qiáng)大的水平推力，特別適用于局部逆作法。 逆作法區(qū)域利用地下室周邊兩跨結(jié)構(gòu)（地下連續(xù)墻抗側(cè)剪力墻+樓板）組成永久空間擋土支護(hù)體系，避免基坑內(nèi)設(shè)置內(nèi)支撐，結(jié)構(gòu)內(nèi)部也不用做附加支撐，既方便施工，又節(jié)省支護(hù)成本。地下連續(xù)墻核心筒和地下連續(xù)墻抗側(cè)剪力墻，可實(shí)現(xiàn)施工基礎(chǔ)的同時(shí)，就可完成抗側(cè)力體系，工期滿足投資需求，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。