逆作法在地下室施工中的應用及淺析

黃偉鋒

（江蘇建發(fā)建設項目咨詢有限公司， 江蘇 南京 210001）

隨著社會經濟的快速發(fā)展，地下空間開發(fā)及利用已成為各個城市發(fā)展的熱點。地下室逆作法施工主要采用圍護結構和格構柱作為垂直支撐體系，把地下室水平結構作為水平支撐體系，建立一個完整的支護體系，由上而下進行結構施工。

本項目采用地下連續(xù)墻擋土、梁板作為水平支撐的圍護形式。業(yè)主從經濟效益的角度出發(fā)，結合安全、質量等多方面因素的考慮，對本工程采用主樓順作、裙房逆作的方法，主樓與裙房之間設置后澆帶。

1 概 況

1.1 工程概況

“新蘇吳地中心”位于蘇州市商業(yè)中心區(qū)，是集多項建筑功能于一體的高檔城市綜合體。工程主要包括酒店、賓館、商場、辦公樓宇、健身用房及配套用房等。本工程建設用地面積為 1.52 萬 m2，總建筑面積 15.1 萬 m2。其中地上建筑面積 9.5 萬 m2，地下建筑面積 5.6 萬 m2；地下室 4 層；建筑基坑面積約 1.4 萬 m2，呈梯形布置；裙房基坑開挖深度為 19.7 m，主樓基坑開挖深度為 21.2 m，局部開挖深度為 24.2 m。

1.2 水文地質情況

根據地址編錄、鉆探取土、靜力觸探、標準貫入試驗、室內土工試驗等勘察技術手段，確定各層土質特征。工程地址土層層號及名稱自上而下敘述如下：①1雜填土、①2浜土，③黏土，④黏土，⑤1粉土夾粉質黏土、⑤2粉砂，⑥粉質黏土，⑧1黏土、⑧2粉質黏土夾粉土、⑧3粉質黏土、⑧4粉質黏土，⑨粉質黏土夾粉砂，⑩1黏土、⑩2粉質黏土夾粉土，[11]1粉質黏土、[11]2粉土夾粉質黏土，[12]1粉質黏土、[12]2粉質黏土夾粉土，[13]1粉砂、[13]2細砂。基底分別處于 ⑧1黏土、⑧2粉質黏土夾粉土中。

建設場地內對建設工程有影響的地下水主要為淺部孔隙潛水、微承壓水及承壓水。潛水主要賦存于淺部填土層中，富水性差；微承壓水主要賦存于⑤1、⑤2土層中；承壓水主要賦存于⑧2、⑨、[13]1、[13]2土層中。對本工程基坑開挖有影響的承壓水為賦存于⑧2、⑨土層中的承壓水，第[13]層承壓含水層埋深大，對本工程無影響。

2 基坑支護方案

本工程采用地下連續(xù)墻作為基坑圍護結構兼作地下室外墻結構，墻厚分別為 800 mm 和 1 000 mm；采用支承柱(由下部鉆孔灌注樁和上部插鋼格構柱組成)作為垂直支撐體系；水平支撐體系則采用主體結構水平構件(即利用各層結構梁、板作為水平支撐系統(tǒng))。

3 工程施工特點及難點

3.1 施工周邊環(huán)境復雜

本工程地處市商業(yè)中心區(qū)，施工現場周圍人流較為密集，基坑周邊三側緊鄰市區(qū)主干道(其中一條主干道未開通)，且周邊地下管線復雜、繁多，更重要的是基坑西側約24 m 處為地鐵 2 號線區(qū)間隧道。因此，施工過程中要注重和加強監(jiān)測工作。

3.2 基礎埋置深度大，施工精度要求高

由于地下連續(xù)墻作為外墻使用，鋼格構柱安置在框架柱內，因此施工前就需要做好基坑支護及各項準備工作。逆作法施工對地下連續(xù)墻及鋼格構柱施工的精度提出了更高的要求。

3.3 逆作法施工工藝復雜，組織協(xié)調工作量大

基坑開挖深度達到 19.7 m，局部開挖深度為 24.2 m。除地下連續(xù)墻與各層結構接觸節(jié)點如何處理外，地下連續(xù)墻的防水、結構水平傳力、預留鋼筋的定位及土方開挖過程中的成品保護，是施工中面臨的問題與難點。

為了保證工期，在出土的同時也需進行結構施工，因此交叉作業(yè)面多，施工單位組織協(xié)調的工作量相對較大。受到現場條件的制約，所有工序材料必須提前準備妥當，在確保安全的前提下，錯開抓斗工作時間，由取土口將所需材料運至施工面。

3.4 施工縫留置較多、處理要求高，豎向結構施工難度大

采用逆作法施工，在結構柱、墻、板上要留置大量施工縫，施工縫的處理工作量大，且要求較高。因此，必須在滿足設計及規(guī)范要求的同時，本著施工方便的原則制定切實可行的措施。

3.5 流砂、管涌的預防及控制

該場地的第⑤層粉土及粉砂層的透水性好、水量大，若降水和止水措施不當，極易產生流砂、管涌等不良地質現象。因此，流砂、管涌的預防及控制是整個圍護結構及地下室施工中重中之重，決定了整個工程的成功與否。

土方開挖時要加強巡查地下連續(xù)墻基坑內一側的滲漏情況及漏點。一旦發(fā)現及時采取措施進行堵漏。若產生管涌、流砂等不良地質情況，立即停止該部位的土方開挖工作，并啟動應急預案；待處理完畢，經確認安全后再進行土方開挖。

4 逆作法施工技術方案

4.1 基坑分區(qū)、分段施工

基坑總體呈梯形，東西方向長約 178 m，南北方向長分別約為 95 m、62 m。為便于控制基坑暴露時間及合理安排人、材、機，根據工程原結構、后澆帶劃分情況，經專家論證批準的專項施工方案，本工程分為 2 個區(qū)、5 個流水段。裙樓的扶梯洞口及主樓順作部位作為主要取土口。

工程樁施工完成后，土方開挖和結構施工由東西兩頭向中間推進。工程采用盆式挖土的方式。由于基坑距離周邊市區(qū)主干道較近，所以先分段開挖中心區(qū)域，并留置 9 m 左右的盆邊土，在對稱開挖盆邊區(qū)域。

開始挖土時，采用大型挖機分層、分段挖至標高為±0.000 以下(負 1 層梁板結構梁底標高+模板厚度+墊層厚度)處，澆筑混凝土墊層，采用鋼管扣件式排架進行 ±0.000 結構施工；拆除排架后，直接利用地膜在梁位置鋪設模板及短木方排架搭設板的支撐體系，進行負 1 層結構的施工。盆式明挖時，首先確定鋼格構柱的位置并做好標記，以防機械碰撞。待負 1 層結構混凝土強度達到設計要求后，下層土方采用中小型挖機與人工結合的方式進行暗式開挖，將土方駁運至出土口，由 ±0.000 抓土斗裝車外運。由于工作面較小，盆式暗挖先從取土口開始，形成工作面后在向四周擴展，為減少對原土的擾動，需留置 50 mm～80 mm 的原狀土配合人工進行二次開挖。每次土方開挖至標高 ±0.000 以下(該層梁板結構梁底標高+模板厚度+墊層厚度)處，澆筑混凝土墊層，利用地膜在梁位置鋪設模板及短木方排架搭設板的支撐體系，進行該層結構的施工；然后逐層施工混凝土結構、逐層進行土方開挖，直至基礎底板。盆式暗挖時，要注意預留鋼筋成品保護工作。最后對柱、剪力墻進行順作施工。

4.2 基坑監(jiān)測(全過程監(jiān)測)

根據行業(yè)標準要求，為確保工程質量與施工安全，本工程在逆作法期間對周邊環(huán)境及基坑圍護變形進行了全過程監(jiān)測。

4.3 取土口的布置

取土口的布置根據結構設計及現場分區(qū)進行。本工程著重考慮以下原則：充分利用原結構設計的預留洞口(如扶梯位置、設備吊裝口等)；根據水平運距、暗挖階段通風及避免原狀土過分擾動設置輔助取土口；根據結構設計柱網的間距控制，取土口面積用控制在 9 m×9 m 之內。根據以上原則，本工程在原有的 5 個取土口的基礎上，增設 2 個輔助取土口。

4.4 “一柱一樁”施工技術

由于逆作法的施工特點，基礎底板以上全部荷載均由支承柱承擔。本工程主體結構樁基為鉆孔灌注樁，以[12]2粉質黏土夾粉土作為樁基持力層。工程樁共計 420 根。其中 128根立柱樁由下部鉆孔灌注樁和上部插鋼格構柱組成，該部分柱、樁即形成逆作法施工中的“一柱一樁”支撐體系。鋼格構柱截面尺寸為 540 mm×540 mm，柱底入鉆孔灌注樁混凝土 3 m，并作為永久性柱使用。由于支承柱施工的特殊性及作用，故對支承柱的施工定位和垂直度要求很高。根據現有的施工工藝水平并經設計確認：鉆孔灌注樁的平面定位偏差≤100 mm，垂直度＜H/100；鋼格構柱平面定位偏差≤100 mm，垂直度＜H/1 000 且不大于 25 mm。鋼格構柱的制作、吊裝過程作業(yè)要求高，防止彎曲變形；安裝時采用特制的定位糾偏架，調垂采用“氣囊法”控制。

4.5 鋼格構柱與梁柱節(jié)點施工技術

在逆作法施工過程中，鋼格構柱和梁、柱節(jié)點處理分為兩種：梁鋼筋穿過的鋼格構柱時，在角鋼上進行鉆孔，將梁鋼筋直接穿過去；人防頂板結構的梁鋼筋根數較多，經設計確認在格構柱周邊設置環(huán)梁，梁鋼筋入環(huán)梁內進行錨固。以上兩種辦法的節(jié)點的施工簡單，梁柱節(jié)點混凝土澆筑質量好，在實際施工過程中也取得了較好的效果。

4.6 豎向結構混凝土施工技術

由于逆作法的施工特點，正作混凝土墻、柱與下返混凝土部位的連接一般采用直接法、填充法和注漿法三種方式。為保證接縫處的施工質量，本工程采用直接法進行連接，并在此基礎上做出了改進：二次澆筑混凝土時四周(或兩側)模板都支設喇叭口，混凝土澆筑至原結構下口以上；澆筑過程中加強振搗控制，確保接縫處混凝土密實；待混凝土達到一定強度后再鑿除多余混凝土。

4.7 施工后澆帶的處理措施

由于地下室面積過大、且沉降不均勻，設計要求設置后澆帶。例如：負 3 層頂板完成后進行負 3 層的土方開挖，屆時“后澆帶的支撐”將被拆除且時間較長，同時作為水平支撐的梁板在后澆帶處需設置傳力構件。本工程后澆帶除鋼筋按常規(guī)處理外，還在梁、板中分別設置了“工”字鋼和槽鋼(板中每隔 1.5 m 設 1 道槽鋼)，兩端入后澆帶兩側混凝土 1.5 m，則后澆帶不需單獨設置支撐系統(tǒng)，且該方法在工程運用中取得良好的效果。

4.8 逆作過程中安全施工的保障措施

由于逆作法施工的特殊性，在地下室施工時土方開挖、結構施工存在極大的安全隱患。為確保安全生產工作，本工程采取了以下措施。一是土方開挖施工時，施工單位派專人全過程值班和指揮，重點監(jiān)控每次開挖的長度、高度及挖機作業(yè)半徑內的人員情況，嚴禁超挖及人員進入機械操作區(qū)。二是土方開挖過程中，安排專人在施工界面四周(尤其是地下連續(xù)墻部位)進行巡視；一旦發(fā)現異常情況，立即啟動應急預案；待查明原因并確認無安全隱患后，方可繼續(xù)施工。三是在進行土方暗挖期間，要保證施工面的照明、通風，確保人員安全。四是在結構施工過程中，嚴禁拆模和其他工序上下同時施工。

5 逆作法施工的優(yōu)缺點

5.1 逆作法施工的優(yōu)點

從經濟、環(huán)境及社會效益等方面而言，相對于順作法施工，逆作法的優(yōu)點顯而易見。

(1)一般而言，結構外墻與圍護結構墻采取二墻合一，節(jié)省了圍護墻的費用，同時最大限度地利用地下空間、擴大地下室的建筑面積。

(2)不需要單獨設立臨時支撐，減少了臨時支撐及拆除時的費用，同時消除了臨時支撐拆除時的噪音和揚塵污染。

(3)只開挖有效范圍內的土方量，大大減少了土方開挖及回填的工程量。

(4)受力合理，維護結構變形量小，對鄰近的建(構)筑物影響小，降低了基坑支撐失穩(wěn)而造成對鄰近建筑物危害的可能性。

(5)避免了相關建材的大量消耗，減少了社會資源的消耗。

(6)工程所處周圍環(huán)境及季節(jié)(風、雨、雪、高溫、寒冬等)對工程影響較小。

(7)地上地下立體結構平行作業(yè)，在建筑工程規(guī)模大、地下室層數多時，約可縮短 1/3 的工期。

(8)理論上可節(jié)省地下室結構總造價的 25%～35% 等。

5.1 逆作法施工的缺點

由于逆作法施工特點的制約，亦存在部分缺點。

(1)大型挖土機械設備難于進場，土方開挖效率受到一定限制。

(2)施工在相對封閉的環(huán)境下進行，作業(yè)環(huán)境差。

(3)豎向結構混凝土搭接質量難以控制。

(4)施工材料運輸受到一定的影響等。

6 結 語

逆作法通過在本工程施工中的成功運用，克服了施工條件苛刻、周邊環(huán)境復雜等方面的困難，取得了良好的經濟、環(huán)境、社會效益。

建筑工程多層地下室或深基坑采用逆作法，相對于順作法施工，存在工期短、基坑變形小、對周邊環(huán)境影響低等明顯優(yōu)勢，可為類似工程提供參考。