逆作法在建筑工程地下室施工中的應用

徐世明

(浙江東南建設管理有限公司， 浙江 湖州 313000)

隨著社會經濟的快速發(fā)展，城市建設如火如荼，地下空間開發(fā)建設也成為各個城市發(fā)展的熱點。逆作法施工技術在上海、深圳等大城市中已有較為成熟的運用。地下室逆作法施工是利用地下室的樓蓋結構、梁、板、柱和外墻結構，作為基坑圍護結構和基礎施工的支撐結構，在坑內的水平支撐體系和圍護體系由上而下進行地下室結構的施工。與此同時上部結構也可同時進行。以往傳統(tǒng)的逆作法施工，一般都采用地下連續(xù)墻既做圍護結構又做地下室外墻的“二墻合一”形式，工藝較為成熟。但也有一些項目為了降低投資，業(yè)主與設計單位在綜合考慮基坑開挖等各因素后，放棄造價昂貴的地下連續(xù)墻，采用更為經濟的排樁作為支護體系。

本項目采用以鉆孔灌注樁擋土、梁板作為水平支撐的排樁圍護形式。雖然希望裙房部分能盡早交付使用以產生經濟效益，然而考慮到主樓結構復雜、抗震要求高，不想讓主樓主要豎向受力構件過早地承受施工階段引起的水平力等因素，因此采用主樓順作、裙房逆作施工的方法，主樓與裙房之間設置后澆帶。在裙房施工期間，主樓位置又作為裙房地下室挖土的取土洞口加以利用。

1 概 況

1.1 工程概況

本項目位于市中心商業(yè)區(qū)，是集多項建筑功能于一體的高檔城市綜合體，主要包括酒店式公寓、住宅、超市、商業(yè)配套等功能。工程總建筑面積 11.7 萬m2，建筑高度 99.45 m，地下 2 層，地上 29 層；建筑基坑面積約 1.1 萬 m2，呈長方形布置，基坑開挖深度約為 12.0 m。

1.2 水文地質情況

本工程場地地處第 4 紀松散層。依據(jù)鉆孔地址編錄、靜壓觸探試驗、室內土工試驗成果和現(xiàn)場原位測試結果，將場地勘探深度范圍內地基土劃分為 10 個巖土層。其中③、④、⑩層個分為 3 個亞層，共計 16 個巖土工程單元層。各層工程地質特征自上而下敘述如下：①雜填土，②粉質黏土，③1粉土，③2粉質黏土夾粉土，③3粉質黏土，④1粉質黏土，④2粉質黏土，④3粉土，⑤中砂，⑥黏土，⑦粉砂，⑧黏土，⑨粉砂，⑩1全風化凝灰?guī)r，⑩2強風化凝灰?guī)r，⑩3中風化凝灰?guī)r。基底主要處于③2粉質黏土夾粉土中。

擬建場地勘探深度內地下水有孔隙潛水和孔隙承壓水?？紫稘撍x存于上部①層雜填土、②層粉質黏土、③1粉土的孔隙中，富水性較弱，主要受大氣降水的入滲及地表徑流，并以自然蒸發(fā)向附近河流側向徑流排泄。孔隙承壓水主要賦于④3粉土、⑤層中砂、⑦層粉砂、⑨層粉砂孔隙中，富水性中等，滲透性較好，以側向逕流補給為主，深井抽水為主要排泄方式，水動態(tài)較穩(wěn)定。

2 基坑支護方案

本工程圍護鉆孔灌注樁樁徑為φ800 mm 和φ1 000 mm，樁間凈距 200 mm，樁長分截面 18.4 m 和 21.8 m。止水帷幕主要采用φ850 mm @1200 mm 單排三軸水泥攪拌樁，整圈套打，樁長為 22.0 m。

水平支撐體系采用結構梁板，在鉆孔灌注樁和地下室各層結構外墻增強暗梁之間，設置混凝土梁和混凝土板撐，從而形成水平傳力體系，即±0.000 板利用結構主梁延伸直接支撐到圍護樁的冠梁上，負 1 層及負 2 層板外墻外布置加強鋼筋混凝土樓板作為支撐；沿基坑的四周在支護樁邊共開 8 個1 200 mm×600 mm 的下人孔。外墻外的結構梁板配筋另由設計增強配置，以解決結構梁和外墻鋼筋錨固要求。

本工程主體結構樁基為嵌巖鉆孔灌注樁，以⑩3層中風化凝灰?guī)r作為樁基持力層。工程樁共計 409 根嵌鉆孔灌注樁。其中 108 根立柱樁由下部的鉆孔灌注樁和上部插鋼格構柱組成；鋼格構柱截面尺寸為 550 mm×550 mm。該部分柱、樁即形成了逆作法施工中的“一柱一樁”支撐體系。裙房地下兩層水平結構采用逆作法施工。待基礎底板大體積混凝土澆注完成后，基坑北側及東南側主樓采用順作法施工。

3 工程施工特點及難點

3.1 施工周邊環(huán)境復雜

本工程地處市中心商業(yè)區(qū)內，施工現(xiàn)場周圍人流較為密集，基坑三面緊鄰市區(qū)主干道。因此，施工過程中要加強監(jiān)測工作，同時注重協(xié)調好與周邊的關系，做到文明施工。

3.2 施工現(xiàn)場場地狹窄

由于基坑地下室外墻距圍墻很近，基坑外側道路無法環(huán)通，施工場地極為狹小，對施工設備、操作空間都提出了難題。因此各階段的施工作業(yè)如何合理利用 ±0.000 板作為車輛行走場地，科學地、因地制宜排布取土口、行車路線及材料設備堆放場地，是施工中的關鍵。

3.3 基礎埋置深度大，施工精度要求高

施工前需要進行基坑支護及各項準備工作，逆作法施工對基坑支護施工的精度提出了更高的要求。

3.4 逆作法施工工藝復雜，組織協(xié)調工作量大

本工程采用鉆孔灌注樁排樁圍護的逆作法首次用于本地區(qū)兩層地下室的基坑工程中，基坑開挖深度達到了 12.0 m。在圍護與結構外墻之間 800 mm 空隙的節(jié)點處如何解決外墻防水及結構水平傳力，是施工中要面臨的問題與難點。

同時，由于本工程土方量較大，出土口較少受到限制，地下土方要多次倒運才能由地面的長臂挖機裝車出土。使用機械相對較多，時間較長。由于受到條件限制，所有工序的材料必須在夜間準備妥當并轉入地下，白天不能在地面上轉運材料。

3.5 施工縫留設較多，處理要求高

采用逆作法施工，在結構柱、墻、板上要留置大量的施工縫。施工縫的處理工作量大，質量要求高，因此必須制定切實可行的措施。根據(jù)工程實際制定的措施，既要滿足設計及規(guī)范的質量要求，又要考慮施工方便。

4 逆作法施工技術方案

4.1 基坑分區(qū)塊施工

基坑總體呈長方形，東西方向長約 112.0 m，南北向約為 99.0 m。為了便于控制基坑暴露時間及合理安排人力、物力，根據(jù)工程原結構、后澆帶劃分情況及經專家論證批準的專項施工方案，本工程基坑劃分為 6 個流水施工搭接段；工程北側東、西兩個區(qū)及南側兩個區(qū)作為主要取土口。

工程樁由北向南依次施工結束后，土方開挖和結構施工均由北向南推進。工程挖土采用盆式挖土+抽條挖土相結合的方式。由于基坑距離周邊市區(qū)主干道都較近，所以基坑各個分區(qū)先分層開挖中心區(qū)并預留 10 m 盆邊土，再對稱開挖盆邊區(qū)域。地面第 1 層土選用 1.2 m3大挖機明挖的形式直接裝車運出；開挖至板底 1.8 m 左右澆搗 C20 混凝土墊層后，利用短鋼管扣件式排架進行 ±0.000 結構層的施工。盆式明挖土時，要先確定支承柱的位置并做好明顯標記，防止機械碰撞。在 ±0.000 頂板混凝土澆筑完成后，下層土方采用中小型挖機(0.4 m3～0.14 m3土斗)與人工相結合的方式進行暗式開挖，即將土方駁運至出土口處，由 ±0.000 板上的長臂挖機直接裝車運輸至卸點。由于工作面較小，盆式暗挖土宜先從出土口處開始，形成工作面后再向四周擴展。為了防止土體水平推力過大，挖土宜分層進行(每層挖土控制在 2 m 左右)。地下結構施工逐層向下開挖至底板；完成后，逐層割除主樓圍護區(qū)域各道支撐，并順作施工結構剪力墻和梁板至 ±0.00板。

4.2 取土口的布置

取土口的布置根據(jù)結構設計及現(xiàn)場分區(qū)進行。本工程著重考慮以下原則：每個取土口面積根據(jù)柱網(wǎng)間距控制在 8 m×8 m 范圍內，取土口設置的位置同時應滿足在底板抽條開挖時的出土要求；取土口水平距離既要滿足挖機最多只能兩次翻土的要求，避免多次翻土引起土體過分擾動，又要盡量滿足在暗挖階段自然通風的要求。考慮到土層條件及挖土機械作業(yè)半徑，取出口布置間距為 30 m 左右。

4.3 基坑降水、排水施工

根據(jù)工程地質勘察資料及開挖前降水試驗，按每 300 m2設置 1 口降水井；扣除可能需要土體加固的位置，并考慮到降水井的損耗以及在布置降水井時避開洞口和立柱，現(xiàn)場共設 37 口深井。在深井中采用真空聚水、深井水泵抽水的方式來達到基坑降水和土體排水固結的目的。同時，在井管設置上下雙濾頭，以確保降水標高在坑底以下 1.0 m 左右。

對于雨水和地表水，在每層土體開挖后，及時做好明溝、集水井，以便及時將地面水排入地面排水系統(tǒng)。另外，在已澆筑的樓蓋板上設擋水矮垛，防止雨水流入地下；對于暫時不用的孔洞，用鋼板覆蓋并在四周用臨時圍檔封閉。

4.4 “一柱一樁”施工技術

由于逆作法的施工特點，自 ±0.000 首層開始向下的地下室各層樓面直到底板之間，全部荷載均由支承柱承擔。本工程逆作施工的豎向支承柱為“一柱一樁”，即鋼格構柱和立柱下鉆孔灌注樁(坑底以下仍用鉆孔灌注樁)。工程鋼格構柱斷面為 550 mm×550 mm，柱底進入鉆孔樁混凝土 3 m，并且作為永久性的柱使用。由于支承柱受力的特殊性，故對支承樁的施工的定位和垂直度要求很高。根據(jù)工藝水平并經設計確認，本工程鉆孔灌注樁的位偏差≤10 mm、樁孔垂直度＜1/300，成孔后的沉渣厚度小于 50 mm。對于支承鋼格構柱，要求平面定位偏差≤15 mm，鋼柱垂直度＜1/500。鋼柱的制作要求嚴格，防止彎曲變形；鋼柱安裝時，采用特制的“定位糾偏架”，調垂采用“氣囊法”控制。

4.5 水平結構與圍護樁體的連接

若按常規(guī)逆作施工，地下各層結構的邊跨位置須內退結構外墻一定距離，待逆作法施工結束后，再將結構外墻與相鄰的結構梁板一起澆筑。本工程水平結構和外部圍護體的連接是在各層梁板施工時一次性完成的，實用性較高。由于地下室外墻離圍護樁體僅 800 mm，施工中將每層外墻暗梁進行了加強處理。在逆作施工階段，框架邊梁通過混凝土梁支撐、板撐和各道圍檁相連接，以傳遞水平支撐力。

由于地下室外墻的暗梁和墻體實施分段施工，因此當外墻暗梁施工時，在其上下 200 mm 范圍內設置寬 150 mm 的止水鋼板和膨脹止水條，以解決外墻接縫的止水問題。

4.6 支撐柱與梁板節(jié)點施工技術

在逆作施工中，中間支撐柱與梁板節(jié)點的設計與施工主要是解決梁鋼筋如何穿越中間支撐柱或與中間支撐柱連接，以保證在復合柱完成后，節(jié)點質量和內力分布與設計計算一致。本工程中間支撐柱與梁鋼筋的連接主要采用鉆孔鋼筋連接法。在梁鋼筋通過的中間支撐柱型鋼上鉆孔，將梁鋼筋穿過。采用此辦法節(jié)點簡單，柱梁節(jié)點混凝土澆筑質量好，在實際施工過程中取得了較好的效果。

4.7 安全施工保證措施

由于逆作法施工的特殊性，在地下逆作法施工中，土方開挖安全是頭等安全大事。在本工程中采用以下措施抓好安全施工工作。一是土方開挖施工時，不管是人工開挖還是機械開挖，施工、監(jiān)理方都有專人 24 h 現(xiàn)場跟班，重點監(jiān)控每次開挖的長度、高度和寬度，嚴禁超挖。二是在進行模板、鋼筋安裝和混凝土澆筑施工時，有專人在施工界面四周進行巡視。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，立即采取措施(啟用應急預案)；待查明原因并確認無安全隱患后，方可繼續(xù)施工作業(yè)。三是在進行土方暗挖、外側墻巷道土方開挖、柱間及功能間人工開挖土方時，應確保照明、通風等設施的安全。

5 結 語

通過排樁圍護體系在本工程逆作法施工的成功應用，克服了周邊環(huán)境復雜和施工條件苛刻等不利因素，取得了良好的經濟效益、環(huán)境效益和社會效益?；邮┕ふ麄€過程中的各項監(jiān)控值均在設計預控范圍內。

建筑工程地下室基坑逆作法施工采用排樁圍護體系，相對于順作法施工，基坑變形小，對周邊環(huán)境影響較低，可為同類工程提供借鑒。