淺談高層建筑逆作法施工技術(shù)

摘要：高層建筑在基坑開挖時(shí)，對(duì)周圍建筑物的影響就必須充分考慮，逆作法為新興的基坑支護(hù)技術(shù)，利用逆作法施工高層建筑多層地下室和其他多層地下結(jié)構(gòu)的具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。文章探討了逆作法的設(shè)計(jì)方法，就工程實(shí)踐研究了逆作法施工中的關(guān)鍵性技術(shù)。

關(guān)鍵詞：逆作法；施工技術(shù)；基坑穩(wěn)定；地下結(jié)構(gòu)；沉降差異

中圖分類號(hào)：TU974文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）11-0140-02

在幾十年時(shí)間里，我國在高層建筑及地下工程的設(shè)計(jì)方法、計(jì)算理論、施工技術(shù)、施工設(shè)備、施工管理等各方面均有了長足的進(jìn)步，不僅已能應(yīng)用各種新技術(shù)成功地處理高層建筑和深基礎(chǔ)復(fù)雜的設(shè)計(jì)施工難題，從而滿足了工程建設(shè)需要，并且更有向世界發(fā)達(dá)國家急起直追之勢。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國一些城市高層建筑越來越多，建筑物基礎(chǔ)也越建越深，對(duì)深基坑的開挖支護(hù)技術(shù)也提出新的要求。逆作法是施工高層建筑多層地下室和其他多層地下結(jié)構(gòu)的有效方法。高層建筑多采用補(bǔ)償性基礎(chǔ)，有較深的多層地下室，它一方面利用補(bǔ)償原理能有效地利用地基承載力，另一方面亦可充分利用地下空間作為地下停車場、設(shè)備層用房等，增加使用面積。這也為利用逆作法提供了條件。實(shí)踐證明，利用逆作法施工開挖深度大的多層地下結(jié)構(gòu)是十分有效的。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑越來越多，基坑深度越來越大，逆作法施工技術(shù)作為一種十分有效的深基坑支護(hù)技術(shù)必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

一、逆作法理論概述

逆作法是相對(duì)于建筑物施工的常規(guī)順序而言的。建筑物施工的常規(guī)順序是先開挖基坑，然后從基礎(chǔ)開始，逐層向上施工，基坑開挖所需的支護(hù)，屬于施工的措施，與建筑物的地下結(jié)構(gòu)各不相干。而地下室逆作法施工是利用地下室的樓蓋結(jié)構(gòu)、梁、板、柱和外墻結(jié)構(gòu)作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)施工的支撐結(jié)構(gòu)，在坑內(nèi)的水平支撐體系和圍護(hù)體系由上而下進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)的施工，與此同時(shí)可進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的施工。所以其施工順序是自上而下進(jìn)行，地下結(jié)構(gòu)、基坑支護(hù)以及因逆作而帶來的特殊要求，都需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中加以解決。實(shí)踐證明，逆作法適用于基坑較深，建筑場地狹小，周邊環(huán)境對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形有嚴(yán)格限制的情況。

建筑深基坑支護(hù)采用逆作法，是地面以下各層地下室自上而下施工，并借助于地下結(jié)構(gòu)自身的能力對(duì)基坑產(chǎn)生支護(hù)作用，來保證基坑土方開挖，并利用地下各層的鋼筋混凝土樓板的水平剛度和抗壓強(qiáng)度，使各層樓板成為基坑圍護(hù)樁墻的水平支撐點(diǎn)，并利用基坑外不同方向的土壓力包括被動(dòng)土壓力的自相平衡來抵消對(duì)坑壁圍護(hù)樁墻的不利影響。

與傳統(tǒng)順作施工方法比較，用逆作法施工高層建筑多層地下室或地下結(jié)構(gòu)有下述技術(shù)特點(diǎn)：（1）縮短工程施工的總工期；（2）基坑變形小，相鄰建筑物的沉降少；（3）可節(jié)省地下室外墻及外墻下工程樁費(fèi)用；（4）使底板設(shè)計(jì)趨向合理；（5）可節(jié)省支護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐；（6）可節(jié)省土方挖填方費(fèi)用；（7）簡化基坑的施工工序，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益；（8）可節(jié)省地下室外墻建筑防水層費(fèi)用；（9）可最大限度利用城市規(guī)劃紅線內(nèi)地下空間，擴(kuò)大地下室建筑面積；（10）有利于結(jié)構(gòu)抵抗水平風(fēng)力和地震作用；（11）施工方案與工程設(shè)計(jì)密切配合，使逆作施工方案更趨合理。

二、地下結(jié)構(gòu)承載體系技術(shù)分析

（一）地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)與施工

逆作法施工中，地下結(jié)構(gòu)是支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的結(jié)合與統(tǒng)一，其設(shè)計(jì)除按正常結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，還要考慮到逆作施工的要求。作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型、支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及變形計(jì)算、截面強(qiáng)度計(jì)算等內(nèi)容。這與對(duì)基坑內(nèi)外體的變形要求，地下水的降水方式，挖土方法及施工要求等有關(guān)。基坑工程中，當(dāng)?shù)叵滤惠^高，且場地周邊不允許降水或基坑安全等級(jí)為一、二級(jí)時(shí)，通常采用地下連續(xù)墻作為維護(hù)結(jié)構(gòu)。在逆作法施工中，地下連續(xù)墻既要作為施工時(shí)基坑開挖的臨時(shí)支護(hù)，承擔(dān)水土等荷載產(chǎn)生的水平力，又要兼作地下室的外墻或作為基礎(chǔ)的一部分，承擔(dān)施工階段和使用階段的一部分豎向荷載，因此逆作法中底下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)和施工是重要的環(huán)節(jié)。

當(dāng)采用地下連續(xù)墻與主體地下結(jié)構(gòu)外墻相結(jié)合時(shí)，其設(shè)計(jì)方法因地下連續(xù)墻布置方式即與主體結(jié)構(gòu)的結(jié)合方式不同而有差別。地下連續(xù)墻作為主體結(jié)構(gòu)的布置方式主要有四種單一墻、分離墻、重合墻和復(fù)合墻。兩墻合一的設(shè)計(jì)與計(jì)算需考慮地下連續(xù)墻在施工期、竣工期和使用期不同的荷載作用狀況和結(jié)構(gòu)狀態(tài)，應(yīng)同時(shí)滿足各種情況下承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)要求。地下連續(xù)墻是通過專用的挖沖槽設(shè)備，沿著地下建筑物或構(gòu)筑物的周邊，按預(yù)定的位置，開挖出或沖鉆出具有一定寬度與深度的溝槽，用泥漿護(hù)壁，并在槽內(nèi)設(shè)置具有一定剛度的鋼筋籠結(jié)構(gòu)，然后用導(dǎo)管澆灌水下混凝土，分段施工，用特殊方法接頭，使之連成地下連續(xù)的鋼筋混凝土墻體。

（二）豎向支撐體系

在逆作法施工中，立柱及立柱樁構(gòu)成了地下結(jié)構(gòu)的豎向支撐體系。其作用是在逆作法施工期間，在地下室底板未澆注之前與地下連續(xù)墻一起承受地下和地上各層的結(jié)構(gòu)自重和施工荷載在地下室底板澆注后，與底板連接成整體，作為地下室結(jié)構(gòu)的一部分將上部結(jié)構(gòu)及承受的荷載傳遞給地基。立柱和立柱樁的位置和數(shù)量，要根據(jù)地下室的結(jié)構(gòu)布置和制定的施工方案經(jīng)計(jì)算確定，其承受的最大荷載，是地下室已修筑至最下層，而地面上已修筑至規(guī)定的最高層數(shù)時(shí)的荷載。一般地，立柱的平面布置，首先選擇在地下室結(jié)構(gòu)柱的位置上，如現(xiàn)有柱子數(shù)量不能滿足承載要求，應(yīng)再選取地下室縱橫墻交接處、剪力墻暗柱處的適當(dāng)位置。逆作法中，立柱和立柱樁可采取不同的形式。立柱有時(shí)僅作為臨時(shí)立柱，在逆作施工過程中起臨時(shí)支撐作用，當(dāng)逆作施工完成后，利用主體結(jié)構(gòu)柱托換臨時(shí)立柱有時(shí)立柱與主體結(jié)構(gòu)柱相結(jié)合，此時(shí)，立柱可采用角鋼格構(gòu)柱、H型鋼柱、鋼管柱或鋼管混凝土柱等。采用角鋼格構(gòu)柱、H型鋼柱時(shí)，通常在基礎(chǔ)底板施工完成后再外包混凝土形成結(jié)構(gòu)柱。立柱樁通常與主體結(jié)構(gòu)工程樁相結(jié)合，有時(shí)也設(shè)置一些臨時(shí)立柱樁。豎向支撐體系的設(shè)計(jì)計(jì)算原則：（1）豎向支撐體系的設(shè)計(jì)和布置，應(yīng)按照主體工程地下結(jié)構(gòu)的布置，以及地下結(jié)構(gòu)施工時(shí)地上結(jié)構(gòu)的建設(shè)要求和受荷大小等綜合考慮；（2）當(dāng)臨時(shí)立柱和立柱樁結(jié)合地下結(jié)構(gòu)柱和工程樁布置時(shí)，臨時(shí)立柱和立柱樁的軸線定位和承載能力應(yīng)與主體工程地下結(jié)構(gòu)的柱和工程樁的軸線定位和承載能力相一致；（3）臨時(shí)立柱應(yīng)在結(jié)構(gòu)柱完成并達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方能拆除；（4）地下結(jié)構(gòu)梁板兼作施工用臨時(shí)平臺(tái)或棧橋時(shí)，其臨時(shí)立柱與立柱樁設(shè)計(jì)均應(yīng)考慮承受施工荷載的作用。

（三）沉降差異控制

在順作施工中，結(jié)構(gòu)墻體、樓板和立柱，是在鋼筋混凝土底板完成后進(jìn)行施工的，此時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑開挖中的變形均已結(jié)束，施工是在圍護(hù)結(jié)構(gòu)創(chuàng)造好的空間內(nèi)進(jìn)行的。而在逆作法施工中，墻體、樓板和柱既是臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，又是主體地下結(jié)構(gòu)的一部分，其變形和沉降必須按永久結(jié)構(gòu)的要求來控制。嚴(yán)格控制變形和沉降值，尤其是控制地下連續(xù)墻與結(jié)構(gòu)柱的不均勻沉降，防止由于不均勻沉降產(chǎn)生對(duì)樓板的拉裂。

逆作法施工期間，基坑開挖土體應(yīng)力釋放，坑內(nèi)土體回彈，帶動(dòng)立柱樁上移地下室及上部結(jié)構(gòu)施工后，樁身承擔(dān)的向下荷載增加。整個(gè)過程中，樁身所承受的荷載包括樁身自重、上部外荷載、正摩阻力、負(fù)摩阻力、樁端阻力，這些力共同作用的結(jié)果，使樁發(fā)生沉降或抬升的變形。上述變形過程是一個(gè)復(fù)雜的受力過程，為分析方便，可將樁身受力分成兩部分，即不考慮樁身自重及上部外荷載的作用與只考慮樁身自重及上部外荷載的作用，然后運(yùn)用疊加原理求得基坑開挖對(duì)立柱樁豎向位移的影響結(jié)果。逆作法是先施工地下室樓板與上部結(jié)構(gòu)，后施工基礎(chǔ)大底板，所以工程樁在施工前期部分受力部分不受力，因此，各根立柱樁會(huì)有沉降產(chǎn)生，如果各根立柱之間或立柱與地下墻之間有較大的沉降差，已澆筑的樓板與梁系就會(huì)產(chǎn)生裂縫，危及正式結(jié)構(gòu)的安全。這些都是值得注意的問題。

立柱樁在上部荷載及基坑開挖土體應(yīng)力釋放的作用下，發(fā)生沉降與抬升，同時(shí)立柱樁承載的不均勻，增加了立柱樁間及立柱樁與地下墻之間產(chǎn)生較大沉降差的可能，若差異沉降過大，將影響結(jié)構(gòu)安全。因此，控制整個(gè)結(jié)構(gòu)的不均勻沉降是逆作法施工的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前事先精確計(jì)算立柱樁在底板封底前的沉降抬升量還有一定困難，完全消除沉降差也是不可能的，但可以通過采取措施，減小沉降差。

（四）節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)

逆作法施工與常規(guī)施工方法有較大區(qū)別，其施工時(shí)是在地下自上而下進(jìn)行。工作環(huán)境與施工條件有很大變化，所以各種地下室的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)與常規(guī)施工也有較大的變化。逆作法施工由于工作環(huán)境與施工條件的變化，各種地下室的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)與常規(guī)施工也有較大的變化。逆作法施工的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，根據(jù)工程實(shí)踐需滿足下述要求：（1）要求既滿足結(jié)構(gòu)永久受荷狀態(tài)下的設(shè)計(jì)要求，又要滿足施工狀態(tài)下的受荷要求；（2）節(jié)點(diǎn)形式和構(gòu)造必須在工藝上滿足現(xiàn)有的工藝手段與施工能力；（3）節(jié)點(diǎn)構(gòu)造必須滿足抗?jié)B防水要求，不要因?yàn)楣?jié)點(diǎn)施工降低了抗?jié)B，造成永久性的滲漏；（4）不要影響建筑物的使用功能，如不能占用過大空間等。

三、結(jié)語

高層建筑推廣應(yīng)用逆作法，能夠提高地下工程的安全性，可以大大節(jié)約工程造價(jià)，縮短施工工期，防止周圍地基出現(xiàn)下沉，是一種很有發(fā)展前途和推廣價(jià)值的深基坑支護(hù)技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]馮昆榮，曹少偉．逆作法施工的技術(shù)特點(diǎn)及要求[J]．重慶建筑，2008，（11）．

[2]徐靜．淺談建筑工程中逆作法施工技術(shù)[J]．民營科技，2008，(11)．

作者簡介：王紅武（1972－），男，浙江慈溪人，浙江省慈溪市建筑安裝工程質(zhì)量監(jiān)督站工程師。