逆作法在深基坑地下室工程施工中的應(yīng)用分析

謝曉林

摘要：隨著地下空間的發(fā)展，深基坑施工技術(shù)的成為地下工程領(lǐng)域關(guān)注的問題之一。文章以某深基坑工程地下室施工為工程背景，對于深基坑地下室逆作法施工技術(shù)進行了探討，實踐證明，該技術(shù)節(jié)省支護結(jié)構(gòu)的支撐、保證周邊建筑安全、滿足工程進度要求，較好的達到預(yù)期目標。

關(guān)鍵詞：深基坑；逆作法；地下連續(xù)墻；監(jiān)測；施工技術(shù)

中圖分類號：TU93

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0422（2013）09-0097-03

1 工程概況

某深基坑工程長約214m，寬約65m，占地面積22260m²，地下室3層，埋深最深為17.800m，屬一級基坑。本工程自然地坪相對標高為-0.650m，基坑普遍區(qū)域底板面標高為-14.300m。

本工程地下3層，地下室為框架剪力墻結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，地下室開挖深度14.9～15.2m，局部落低1.5～2.6m。地下室采用逆作法施工，豎向支撐體系設(shè)計為一柱一樁，永久ψ500mm×12mm鋼管內(nèi)灌C50混凝土柱，主樓區(qū)域待混凝土柱逆作法完成后外包鋼筋混凝土形成主體結(jié)構(gòu)柱，裙房及地下車庫鋼管混凝土柱即作為主體結(jié)構(gòu)柱，樁中心允許偏差5cm，垂直度偏差≤1/300。地下室結(jié)構(gòu)剪力墻等區(qū)域留設(shè)洞口，待開挖至基底后由下向上順作施工，部分開洞作為土方開挖的取土口。地下室各層結(jié)構(gòu)梁板由后澆帶（溫度后澆帶和結(jié)構(gòu)后澆帶）總體分為15塊，每層位置相同，底板混凝土設(shè)計強度等級為C40，抗?jié)B等級為P8，厚度分為1.0m和1.3m²種，屬于大體積混凝土。

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工程與水文地質(zhì)條件

2.1工程地質(zhì)條件

擬建場地勘察深度范圍內(nèi)揭露的地基土屬第四紀松散沉積物，局部呈現(xiàn)地面下1.000～3.000m為雜填土：除此外在地面下1.600～2.300m均分布有②1層褐黃色粉質(zhì)黏土，3.000～8.000m為③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾砂質(zhì)土，8.000m以下④層灰色淤泥質(zhì)黏土、⑤1—1層灰色黏土、⑤1—2灰色粉質(zhì)黏土中也夾有薄層粉土，具有高靈敏度、高含水量、高壓縮比、低強度及低中滲漏性特點。土方深度范圍內(nèi)地基土構(gòu)成及特征如表1所示。

2.2水文地質(zhì)條件

1）潛水淺部土層中的潛水，埋深一般離地表面0.3～1.5m，年平均地下水位離地表面0.5-0.7m，水位呈季節(jié)性波動，主要取決于降雨量的大小和雨期持續(xù)時間。

2）地下水主要有淺部土層的潛水、部分地區(qū)淺部土層中的微承壓水和深部粉性土、砂土層中的承壓水。本工程基坑開挖深度約為15.300m，基坑底部以下的土層為④，⑤1—1，⑤1—2，⑤3，⑤4，⑦1及⑦2層土，其中④～⑤4層為黏性土，屬于隔水層；⑦1及⑦2層屬承壓水含水層。根據(jù)本地區(qū)承壓水頭長期觀測資料，其承壓水頭埋深一般在3.000-11.000m，呈周期性變化。若按最不利工況考慮，即按承壓水頭埋深3.000m，地下室開挖深度15.300m，⑦1層頂板最淺埋深為42.100m，通過估算，本工程⑦1層土中的承壓水對基坑底部無影響。由于⑦2層土埋藏較深，其承壓水對基坑底部也無影響。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1地下連續(xù)墻

整個基坑外圍采用地下連續(xù)墻進行圍護，地下連續(xù)墻厚800mm，相鄰槽段之間采用柔性接頭連接，墻身有效長度為導(dǎo)墻下30.9～35.9m，混凝土強度為水下C30混凝土，抗?jié)B等級P8，地下連續(xù)墻墻址注漿加固。

基坑四周坑內(nèi)土體加固采用φ850mm@600mm三軸水泥土攪拌樁，相鄰樁搭接200mm，地下連續(xù)墻與坑內(nèi)三軸攪拌樁加固之間采用m600mm@400mm旋噴樁加固連接。三軸水泥攪拌樁加固寬度為6.65m和6.05m，加固深度為基坑開挖面以下5m，其中開挖面以下水泥摻量為20%，開挖面以上至一2.800m水泥摻量為10%。

坑外地下連續(xù)墻相鄰槽段接縫處采用（I）800mm@500mm旋噴止水樁，每個槽段連接處設(shè)3根，呈“品”字形布置。基坑局部落低1.500～2.600m，坑中坑加固采用φ850mm@600mm三軸水泥土攪拌樁，加固深度在4.500～6.000m，水泥摻量為20%。

基坑開挖時，全過程跟蹤檢查，地下連續(xù)墻觀感質(zhì)量、平整度良好，無鼓包，無滲漏現(xiàn)象，無露筋部位。

3.2一柱一樁垂直度控制

本工程采用永久鋼管柱加臨時格構(gòu)柱，鋼管柱插入鉆孔灌注樁，主樓鋼管柱外包鋼筋混凝土，裙房為停車庫，鋼管柱外側(cè)涂防火涂料，作為永久柱。鋼管柱與灌注樁的連接，鋼管柱插入樁體至少3m，在鋼管柱底加焊豎向分布筋和環(huán)向筋，在柱的錨固端均勻開設(shè)4個橢圓孔，以便混凝土流動，加強樁、柱之間的連接。2011年11月15日開始施打立柱樁，有6臺GPS-15型鉆機，2臺鉆機1d施工3根，一柱一樁共計有329根，于2012年1月13日全部施工完畢，鉆孔灌注樁共3194根。鉆孔灌注樁深度范圍內(nèi)③，④層為軟弱的淤泥質(zhì)黏土，含水量高、孔隙比大、液性指數(shù)大、強度低及滲透性差，因而具有較大的流變特性，故給孔壁穩(wěn)定性帶來一定的影響，施工時易產(chǎn)生坍塌或頸縮現(xiàn)象。為保證鉆孔灌注樁質(zhì)量及鋼管柱樁的垂直度要求，施工過程中應(yīng)適當提高泥漿的密度及稠度，確保成孔施工質(zhì)量。

根據(jù)圖紙尺寸準確測放出各樁位中心點，然后以樁位中心點為垂足，在硬地坪上彈2條長約2.5m互相垂直的墨線，墨線的4個頂端分別用紅油漆畫上紅三角，以控制樁的中心點。護筒挖設(shè)好后，用孔口定位器蓋在護筒口上，使定位器四邊的中心點分別與護筒四周的墨線（紅三角）吻合，然后將定位器的4個角用膨脹螺栓固定在硬地坪上，并調(diào)整好定位器的水平度。根據(jù)施工工藝及成孔質(zhì)量要求，采用穩(wěn)定性較高、導(dǎo)向性較好的GPS-15型工程鉆機進行成孔施工：鉆機就位后，必須進行對中校正，使機架中心點、轉(zhuǎn)盤中心點和樁位中心點在同一鉛垂線上，最大偏差≤5mm，并調(diào)整好轉(zhuǎn)盤的水平度，確保成孔質(zhì)量滿足安裝鋼管柱的要求。鋼管頂端內(nèi)壁對稱焊2個用鋼板制作的吊耳，用501履帶式起重機通過單片滑輪起吊鋼管頂端的吊耳，再用另一臺起重機起吊鋼管總長的1/3處（防止鋼管柱塑性變形），同步提升，使鋼管一端緩緩吊起，當鋼管與地面夾角>60°后放開副起重機，由主起重機獨自吊起，讓其自然垂直地插入樁孔口已焊接好的鋼筋籠內(nèi)3m，然后與鋼筋籠同步慢慢放入孔內(nèi)（鋼筋籠用鉆機上的卷揚機起吊），下放的同時在兩個相互垂直的方向上各架1臺經(jīng)緯儀，跟蹤觀測鋼管的垂直度。當鋼管放至頂標高時，用專用校正器夾住鋼管，兩頭用螺栓擰緊，并使校正器四邊的中心點與鋼板四邊中心線吻合，再用全站儀復(fù)核鋼管的中心點坐標，無誤后用螺栓將校正器固定在定位鋼板上，然后用水準儀測量鋼管的頂標高，當鋼管頂標高滿足要求時再用4塊三角鐵等分地焊在鋼管的四周。

基坑開挖到底后，對329根鋼管柱進行全數(shù)實測實量，有9根柱的偏差在1/300～1/500，其余320根垂直度偏差均在1/500之內(nèi)，合格率為97.3%。

3.3基坑降水

3.3.1降水思路

基坑四周采用地下連續(xù)墻圍護結(jié)構(gòu)，隔斷了基坑開挖深度范圍內(nèi)地下水（潛水）與外圍地下水的水力聯(lián)系，因此在進行潛水降水方案設(shè)計時不考慮周圍地下水的側(cè)向補給，只需將基坑內(nèi)地下水位降低至設(shè)計要求。同時根據(jù)地質(zhì)勘探報告，承壓水對本基坑開挖無影響，因此降水井的設(shè)計不考慮承壓水，采用真空管井降水來達到降水疏干的目的。由于上部潛水層的含水量較大，滲透性較差，在抽水過程中靠地下水的高差（重力作用）在短期內(nèi)抽排地下水比較困難，因此本基坑降水擬采用真空深井降水，以加快地下水的徑流速度、疏干土層的含水量，達到施工要求。

3.3.2基坑內(nèi)抽水量估算

W=μAH≈33167m³

式中：W為容積儲存量（m³）；A為基坑面積（m²）；為降水深度，即潛水靜止水位至基坑底板以下0.5m：μ為含水層的給水度（粉砂與黏土給水度經(jīng)驗值為0.10-0.15），本次根據(jù)上部土層的性質(zhì)取μ=0.10。

3.3.3坑內(nèi)真空深井的布置

根據(jù)以往施工經(jīng)驗和本地區(qū)同類工程降水實例，考慮到基坑已做的三軸攪拌樁等加固措施，按照每口井有效降水范圍為170-200m²布置深井，深井數(shù)量為110口，深井布置距離基坑周圍地下連續(xù)墻控制在10m以內(nèi)，井與井之間距離控制在14.0-16.0m，深井在坑內(nèi)呈梅花狀分布，布置位置應(yīng)避開工程樁、基坑底攪拌樁加固區(qū)、圍護支撐立柱及主體結(jié)構(gòu)梁等部位，便于固定和抽水管理。另外，布置10口觀測井，觀測降水期間坑內(nèi)水位情況。每6口井安裝一個真空泵，各井真空膠管分別接至總管，并分別由閥門控制，以保證真空泵24t"1運轉(zhuǎn)。

3.3.4抽水天數(shù)

根據(jù)估算，當疏干井全部抽水后，約14d后能將基坑內(nèi)的地下水降低到基坑底開挖面以下0.5m，因此，上述布置完全能滿足基坑的開挖要求。

3.3.5降水井結(jié)構(gòu)

降水井孔徑為650mm，深度為開挖面以下約3m。降水井結(jié)構(gòu)分井壁管、濾水管、沉淀管、填礫料和封孔。井壁管采用焊接鋼管，直徑為273mm，井管的壁厚為3mm；濾水管采用2.0m長橋式濾水管，濾水管的直徑、壁厚與井壁管相同，每口井設(shè)3個，根據(jù)開挖區(qū)域所遇土層的透水系數(shù)和每層的挖土標高，濾水管布置在-8.300，-13.500m和-15.500m標高：沉淀管主要起到過濾器不致因井內(nèi)沉砂堵塞而影響進水的作用，沉淀管焊接在濾水管底部，直徑與濾水管相同，長度為1.00m，沉淀管底口封死。填礫料采用粒徑0.5-2mm中粗砂，形成人工過濾層，回填深度為地面以下3.000m至孔底。封孔采用優(yōu)質(zhì)黏土圍填至地表并夯實，并做好井口管外的封閉工作，封孔范圍為地面以下3.000m。

3.4通風(fēng)照明

地下照明采用防爆、防潮、亮度大的低壓（36V）安全水銀燈具。隨著挖土方向燈具及時跟進安裝。照明線路管在上一層樓板施工時預(yù)埋，燈根據(jù)現(xiàn)場實際情況設(shè)置，約20m²設(shè)1只；應(yīng)急通道的照明需采用一路單獨線路，以便于施工人員在發(fā)生意外事故導(dǎo)致停電時從現(xiàn)場撤離。本工程基坑面積22600m²，采用以下通風(fēng)方式：將風(fēng)機布置在頂板上，豎向通風(fēng)管道為800mm×800mm白鐵皮方管，在每個挖土階段標高設(shè)2個300mm風(fēng)口，接出內(nèi)配螺旋筋的塑料軟管，該軟管可人工移動和接長，采用抽吸的方式直接抽出廢氣排放集中區(qū)的污濁空氣，盡快在廢棄擴散前排除，可以大大降低對風(fēng)機通風(fēng)量的要求。當挖土到下一個標高時，上面的風(fēng)口封閉，塑料軟管移至該標高。當上面施工區(qū)域也有大量電焊機工作時，可打開該標高風(fēng)口，做臨時通風(fēng)。該通風(fēng)系統(tǒng)不能直接作用的上部施工區(qū)域，可布置水平向小功率通風(fēng)機。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，現(xiàn)場布置7-8臺T4-726A型離心式風(fēng)機。

3.5取土口布置

本工程取土口面積一般為100m²，最大的取土口面積為850m²，原設(shè)計為10個出土口，根據(jù)現(xiàn)場條件，在中間區(qū)域設(shè)5個出土口，周邊設(shè)12個出土口，考慮到長臂反鏟的作業(yè)半徑要求，出土口邊長>9m，棧橋?qū)挾仍?m左右。出土口和棧橋均設(shè)計確認和驗算通過。

地下室頂板與中板取土口位置一致，由于取土口與棧橋設(shè)置合理，每個取土口的日出土量可達到順作法基坑的出土量。

3.6中心盆式周邊抽條挖土技術(shù)

基坑土方開挖總量近33萬m²，施工必須嚴格執(zhí)行“分層、分段、分塊留土護壁，限時、對稱、平衡開挖”的原則，減少圍護結(jié)構(gòu)的無支撐暴露時間，基坑分3層開挖，每層又分2次開挖，按照施工總體方案，基坑開挖分2個施工段流水施工。為控制基坑變形，采用中心盆式挖土、四周抽條挖土的施工技術(shù)，具體如下。

1）待地下連續(xù)墻、壓頂梁達到設(shè)計強度后，坑內(nèi)中心采用盆式挖土至-3.600m，四周留設(shè)10m寬放坡平臺，并施工墊層，坡體設(shè)置50mm厚細石混凝土和鋼筋網(wǎng)片護坡：施工1層中心區(qū)域樓板結(jié)構(gòu)，待強度達到要求后，對稱抽條開挖周邊土方至-3.600m，施工1層周邊樓板結(jié)構(gòu)。

2）觀測井水位達到-8.800m后，中心區(qū)域盆式開挖至-7.800m，土方量約107100m²，擬采用6個挖土機機組，12臺0.8m³挖土機兩級接力、三級放坡的方式開挖，每級臨時放坡坡度均≤1：1.5。基坑周邊以1：2坡比放坡并留置≥10m寬的歇止平臺。每次挖土面積≤200m～開始澆筑混凝土墊層，斜坡采用鋼絲網(wǎng)片加50mm厚細石混凝土護坡，進行地下1層中心區(qū)域樓板施工。

3）待地下1層中心區(qū)域樓板施工完成并達到設(shè)計強度后，立即分段抽條挖出盆邊土。該區(qū)域總土方量約31000m³，擬采用5個挖土機機組進行施工，每個機組由1臺0.8m³，15m臂長的長臂挖掘機與3臺0.5m。挖掘機組成，其中0.8m²加長臂挖掘機負責(zé)坑頂挖土，0.5m²挖掘機負責(zé)在坑內(nèi)挖運加長臂挖掘機施工盲區(qū)土方。地下1層周邊區(qū)域墊層及樓板施工與挖土同時進行，沿后澆帶分塊澆筑混凝土，快速形成基坑水平支撐系統(tǒng)。

4）待觀測井水位降至-13.200m，地下1層樓板達到設(shè)計強度并拆除模板支撐系統(tǒng)后，盆式開挖地下2層區(qū)域土方至-12.200m，該區(qū)域總土方量約65000m²，挖土層高4.400m，擬采用5個挖土機機組進行施工，每個機組由1臺0.8m²，18m臂長的長臂挖掘機與3臺0.5m²挖掘機、2臺坑道挖掘機組成，地下2層中間區(qū)域樓板施工隨挖土進行。

5）分段抽條挖出盆邊土，該區(qū)域總土方量約30000m²，最終完成地下2層樓板施工。

6）待觀測井水位降至-16.300m，地下2層樓板達到設(shè)計強度并拆除模板支撐系統(tǒng)后，盆式開挖地下3層區(qū)域土方至-15.500m，該區(qū)域總土方量約70000m²，擬采用5個挖土機機組配合起重機抓斗進行施工，每個機組由1臺0.8m³，21m臂長的長臂挖掘機輔助1臺30t履帶式起重機抓斗與3臺0.5m³挖掘機、2臺坑道挖掘機組成，當長臂挖掘機挖深不夠時采用履帶式起重機抓斗施工。底板墊層厚250mm，要隨挖隨澆，必須在24h內(nèi)完成。中心島底板施工隨后跟進，必須在72h內(nèi)完成，而后對稱抽條開挖。

7）分段抽條挖出盆邊土，該區(qū)域總土方量約35000m³，挖土完成后立即施工250mm厚配筋墊層，并完成底板施工。通過中心盆式挖土，周邊對稱抽條挖土，在墊層混凝土中摻加早強劑，基坑一直處于受控穩(wěn)定狀態(tài)，圍護結(jié)構(gòu)的監(jiān)測值小于設(shè)計值，如圖1所示。

3.7逆作法相關(guān)節(jié)點構(gòu)造施工技術(shù)

3.7.1中間支承柱與樓板、梁的節(jié)點

本工程中間支承柱為鋼管柱加臨時480mmx480mm格構(gòu)柱，梁柱節(jié)點鋼筋密集，豎向支撐系統(tǒng)設(shè)計為一柱一樁，永久～500mm×12mm鋼管內(nèi)灌C50混凝土柱，主樓區(qū)域待鋼管柱逆作法完成后外包鋼筋混凝土形成主體結(jié)構(gòu)柱，鋼管柱與鋼筋混凝土梁節(jié)點類型多，本工程主要采用環(huán)梁節(jié)點和一柱雙梁節(jié)點兩種類型，減少了割孔，以免造成應(yīng)力集中影響結(jié)構(gòu)受力，如圖2所示。

3.7.2地下連續(xù)墻與樓板、梁節(jié)點

梁板為基坑的有效支撐，梁板必須與地下連續(xù)墻有可靠的連接，地下連續(xù)墻預(yù)先埋設(shè)鋼筋，待基坑開挖后，將地下連續(xù)墻剝皮，鋼筋掰直，地下連續(xù)墻做250mm寬，100mm深剪力槽，清理干凈，確保有效連接，如圖3所示。

3.7.3地下連續(xù)墻與底板的連接

本工程底板為筏板基礎(chǔ)，厚度有1m和1.3m兩種，地下連續(xù)墻預(yù)先按設(shè)計要求及標高埋設(shè)接駁器，土方開挖后，地下連續(xù)墻先剝皮，取出剪力槽內(nèi)的木絲板，用高壓水槍清理干凈，找出接駁器，位置誤差太大的，要經(jīng)設(shè)計同意，采用植筋與底板鋼筋連接，剪力槽內(nèi)放置遇水膨脹止水條，保證底板不出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。底板屬于大體積混凝土，需要采取鋼筋支撐、溫控等措施，如圖4所示。

3.7.4地下連續(xù)墻與上部墻體的連接

地下連續(xù)墻施工完畢后，將上部浮碴鑿除，按設(shè)計要求施工壓頂梁，壓頂梁上埋設(shè)外墻柱插筋和上部柱鋼筋，并在壓頂梁上做300-500mm高外墻，中間安放300mm寬的鋼板止水板和遇水膨脹止水條，也可用企口縫達到防水要求，如圖5所示。

3.8施工監(jiān)測

3.8.1測點布置

1）基坑圍護墻頂沉降及水平位移監(jiān)測沿基坑圍護墻頂周邊布設(shè)39個沉降及水平位移觀測點，測點編號為W01-W39。2）地下連續(xù)墻側(cè)向水平位移監(jiān)測（墻體測斜）在基坑圍護地下連續(xù)墻體內(nèi)布設(shè)19個側(cè)向水平位移觀測孔，測孔埋深為30m。3）周邊深層土體側(cè)向水平位移監(jiān)測（土體測斜）在基坑外深層土體內(nèi)布設(shè)9個深層土體側(cè)向水平位移觀測孔，測孔埋深為36m。4）基坑外地下水位監(jiān)測沿基坑外周邊土體內(nèi)布設(shè)14個水位監(jiān)測孔，埋設(shè)深度為8m。5）立柱沉降監(jiān)測根據(jù)支撐立柱分布情況布設(shè)54個立柱沉降監(jiān)測點。6）結(jié)構(gòu)梁板內(nèi)力監(jiān)測梁板內(nèi)力監(jiān)測點根據(jù)主體結(jié)構(gòu)布設(shè)，具體埋設(shè)測點數(shù)量根據(jù)結(jié)構(gòu)確定。

3.8.2監(jiān)測分析

通過對基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，2012年3月10日，首層土開挖，地下連續(xù)墻變形不大，但基坑周邊裂縫近期有增大趨勢，又布設(shè)11個裂縫監(jiān)測點，從監(jiān)測數(shù)據(jù)看，尚未出現(xiàn)明顯變化。地下連續(xù)墻位移隨著土方開挖逐漸增大，在±0.000層樓板未封閉前，側(cè)移曲線接近線性，最大位移發(fā)生在墻頂。地下1層樓板封閉后，由于樓板的支撐作用，地下連續(xù)墻的最大位移上升，但開挖面以上的位移相對穩(wěn)定，呈拋物線，到底板封底后，位移基本穩(wěn)定。樓板施工之前，地下連續(xù)墻底端位移幾乎為0，說明地下連續(xù)墻插入長度設(shè)計合理，施工符合要求。2013年2月30日，底板施工完畢后，數(shù)據(jù)呈收斂狀態(tài)，基坑相對穩(wěn)定。

4 結(jié)語

與傳統(tǒng)的施工方法相比，采用逆作法施工多層地下室主要有以下優(yōu)點。

4.1可節(jié)省支護結(jié)構(gòu)的支撐，深度較大的多層地下室，若用傳統(tǒng)方法施工，需設(shè)置強大的內(nèi)部支撐，這樣會增加費用，而用逆作法施工時，土方開挖后是利用地下室結(jié)構(gòu)本身來支撐，作為支護結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻可省去支護結(jié)構(gòu)的臨時支撐。

4.2采用逆作法施工時，一般只有地下1層占絕對工期，其他各層地下室可與地上結(jié)構(gòu)同時施工，不占絕對工期，因此可以縮短工程的總工期。地下結(jié)構(gòu)層數(shù)越多，“逆作法”施工工期縮短越顯著。

4.3在逆作法施工中，是利用逐層澆筑的地下室結(jié)構(gòu)作為周圍支護結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻的內(nèi)部支撐。由于地下室結(jié)構(gòu)與臨時支撐相比剛度大得多，所以地下連續(xù)墻在側(cè)壓力作用下的變形就小得多，同時由于中間支撐柱的存在，使底板增加了支點，澆筑后的底板成為多跨連續(xù)板結(jié)構(gòu)，與無中間支承柱的情況相比跨度較小，從而使底板的隆起也減少。因此逆作法施工能減少基坑變形，且能使相鄰建（構(gòu)）筑物、道路和地下管線等的沉降減小。