逆作法在上海國際旅游度假區(qū)管理中心工程中的應(yīng)用

何 昕

上海國際旅游度假區(qū)工程建設(shè)有限公司 上海 201205

地下空間的開發(fā)利用已日益被人們所接受和重視[1]。地下工程施工方式可以分成順作法和逆作法施工這兩類。隨著城市用地不斷緊縮、施工場地局促以及開挖深度增加等情況的出現(xiàn)，順作法在某些工程中明顯體現(xiàn)出其自身的不足和問題。而逆作法在周邊環(huán)境復(fù)雜、周邊保護要求極高、工期要求緊、地下室樓層多、基坑較深的工程中逐漸顯現(xiàn)出其優(yōu)勢[2]。本文以上海國際旅游度假區(qū)核心區(qū)管理中心工程為例，詳細闡述了順作法和逆作法方案的比選過程，總結(jié)了逆作法在工程中的應(yīng)用優(yōu)勢和實施效果。

1 工程概況

背景項目位于上海迪士尼樂園南大門，總建筑面積為95 722 m2，地下3層，地上10層，建筑高度45 m。基坑平面形狀大致呈長方形，基坑面積16 000 m2，基坑深度17.5 m。

開挖范圍內(nèi)淺部土層主要有潛水含水層①層填土層、③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層和④淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層?；臃植加械冖摺ⅱ釋由埃ǚ郏┬酝?，相互連通，分別為上海地區(qū)第一、二承壓含水層，水位埋深的變化幅度一般在8.5～16.0 m。

本工程基坑工程面積大，地下室邊界基本撐足周邊現(xiàn)存的建筑物的退界要求，施工期間可利用施工場地范圍十分緊張。為配合上海迪士尼園區(qū)開園要求，需在18個月內(nèi)完成至建筑外立面、室外總體，工期要求高。選擇合適的施工方案是本工程成功的關(guān)鍵。

2 方案選型

2.1 順作法方案

基坑圍護采用厚1 000 mm地下連續(xù)墻加3道鋼筋混凝土支撐。支撐立柱為450 mm×450 mm的角鋼格構(gòu)柱，支撐柱下樁插入第⑦層土。順作法從樁基、圍護開始，再逐道施工支撐、逐皮開挖土方，底板完成后方可逐道拆除支撐、進行地下結(jié)構(gòu)施工，地下結(jié)構(gòu)完成后再進行上部結(jié)構(gòu)施工（圖1）。

圖1 順作法基坑圍護剖面

2.2 逆作法方案

逆作法圍護地下連續(xù)墻、槽壁加固、坑內(nèi)土體加固與順作法圍護設(shè)計一致，逆作施工階段地下室樓板和底板結(jié)構(gòu)兼作支撐（圖2）。

圖2 逆作法基坑圍護剖面

逆作法鋼立柱分為型鋼格構(gòu)柱和鋼管混凝土柱2種形式。立柱樁全部利用主體結(jié)構(gòu)工程樁，塔樓樁徑擴大至1.2 m，深度增加36 m；其他樁直徑不變，深度增加至第⑨層。界面層（圖3）中核心筒位置沿剪力墻方向設(shè)置托梁。

圖3 逆作法界面層布置

利用首層結(jié)構(gòu)梁板作為施工機械的挖土平臺及車輛運作通道，利用中庭、電梯井、樓梯等結(jié)構(gòu)永久開口位置預(yù)留空間較大的出土口。

地下1層結(jié)構(gòu)梁板完成后，可開始上下同步施工。當?shù)叵率业装逋瓿珊?，上部結(jié)構(gòu)可同步封頂。但逆作法對于結(jié)構(gòu)設(shè)計出圖進度、節(jié)點處理技術(shù)、一柱一樁、逆作澆筑、施工承包管理等提出了更高的要求。

2.3 造價比較

逆作法增加了一柱一樁豎向支撐柱，柱下樁需加深加大。逆作法土方開挖采用暗挖的形式，相應(yīng)的挖土成本和施工措施費用也都有所增加。但是順作法需要3道鋼筋混凝土支撐及棧橋、格構(gòu)柱，且支撐拆除需采用切割方式。逆作法節(jié)約了大量的鋼筋混凝土臨時支撐，同時B0板作為施工場地，節(jié)省了棧橋費用。綜合上述措施，本工程的逆作法相比順作法節(jié)約400萬元。表1為順作法與上下同步逆作法經(jīng)濟的詳細對比。

2.4 工期比較

順作法臨時支撐施工、養(yǎng)護、拆除占用大量工期，地下結(jié)構(gòu)完成后方可開始上部結(jié)構(gòu)施工。逆作法因節(jié)省支撐施工、養(yǎng)護及拆除工期，同時地下室頂板、B1板完成后就可以同時進行上下結(jié)構(gòu)施工，上部結(jié)構(gòu)施工開始時間大大提前。挖土受天氣制約較小，雨天可實現(xiàn)連續(xù)挖土。

采用順作法從樁基圍護開始，至結(jié)構(gòu)封頂，至少需17個月工期，無法滿足項目工期要求。逆作法由于上下同步施工，工期最短可縮短為10個月，比順作法提前7個月。表2為順作法與上下同步逆作法形象進度對比。

表1 順作法與上下同步逆作法經(jīng)濟對比

表2 順作法與上下同步逆作法進度對比

2.5 安全文明施工比較

相較于常規(guī)順作法，逆作法減少了拆撐過程中的大量建筑垃圾和粉塵污染。施工環(huán)境相對封閉，可大大降低施工噪聲和光、塵污染。但逆作法地下空間的光照和空氣流通性較差，需要采取專項通風照明措施。

逆作法采用主體梁板作為支撐體系，減小了圍護體變形及滲漏風險，基坑變形小，周邊道路、管線、建筑物影響小。

考慮到工程的要求和特點，采用常規(guī)的“先下后上”逐層施工達到進度要求的可能性不大，經(jīng)過比選，采用逆作法上下同步施工的施工方案更具優(yōu)勢。

3 現(xiàn)場實施要點

本工程采用上下同步逆作法施工。施工擬定的總體路線為“分區(qū)作業(yè)、階梯施工、突出主樓”。 盡早完成上部主體結(jié)構(gòu)，為幕墻與總體施工爭取足夠的施工時間。

在地下室施工階段，各層梁板分塊進行流水搭接施工。在B1～B0主樓結(jié)構(gòu)施工完成后，進行上下同步施工。在地下室底板挖土施工完成后再進行3層裙房結(jié)構(gòu)施工。在主樓結(jié)構(gòu)封頂后，進行幕墻、地下室回筑施工及相關(guān)專業(yè)工程施工。

3.1 一柱一樁施工

逆作法豎向支承系統(tǒng)采用一柱一樁，分為φ700 mm和φ750 mm共2種規(guī)格的鋼管混凝土（C60）柱以及550 mm×500 mm、500 mm×500 mm、480 mm×480 mm共3種格構(gòu)柱。立柱樁采用φ800 mm鉆孔灌注樁，頂部擴孔至φ1 200 mm。立柱樁有效樁長65 m，垂直度要求高達1/500。

工程運用了新型調(diào)垂機構(gòu)及激光傾斜儀監(jiān)測系統(tǒng)，解決了樁孔定位偏差大和調(diào)垂裝置使用復(fù)雜、施工人員操作困難的問題。

激光傾斜儀監(jiān)測系統(tǒng)是激光器和傾斜儀的有機組合，可實時輸出鋼格構(gòu)柱管體的傾斜變化。調(diào)垂系統(tǒng)通過實時監(jiān)測系統(tǒng)，取得鋼立柱偏斜狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)。將已連接了調(diào)垂支架的立柱吊放至樁孔內(nèi)，將調(diào)垂支腳卡進限位鋼板內(nèi)，即可完成立柱定位。通過安放在垂直和水平方向上的2組千斤頂，調(diào)節(jié)地面上的校正架，以此調(diào)整鋼立柱的偏斜狀態(tài)，從而保證垂直度精度（圖4）。

圖4 格構(gòu)柱定位校正架

3.2 樁基檢測

本工程主樓區(qū)域單樁豎向極限抗壓承載力較大，達27 000 kN，工程中選用了自平衡法對樁基進行檢測。

自平衡法樁基檢測采用特制的荷載箱，與鋼筋籠相接埋置于樁身指定位置。試驗時，從樁頂通過輸壓管對荷載箱內(nèi)腔施加壓力，其上部樁極限側(cè)摩阻力及自重與下部樁極限側(cè)摩阻力及端阻力相平衡并以此來維持加載，從而獲得樁的承載力。

本工程的成功實踐，說明自平衡法檢測技術(shù)適用于大噸位試樁，尤其適用于類似本工程的上下同步逆作法工程的靜載試驗。

3.3 逆作法節(jié)點施工

上下同步逆作法施工需要將上部結(jié)構(gòu)核心筒剪力墻轉(zhuǎn)換為下部立柱進行支承，所以必須設(shè)置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。本工程界面層中核心筒位置沿剪力墻方向設(shè)置托梁，利用原有結(jié)構(gòu)梁包裹核心筒區(qū)域所有逆作法支撐柱，并拉通成為一個整體（圖5）。一般在剪力墻下采用原位支撐柱或墻外對稱設(shè)置豎向支撐柱。托梁以原結(jié)構(gòu)梁截面為基礎(chǔ)，在結(jié)構(gòu)梁的基礎(chǔ)上加大截面并配筋，通過節(jié)點優(yōu)化減小應(yīng)力集中和轉(zhuǎn)換梁負彎矩。

圖5 調(diào)整后核心筒托梁布置

3.4 土方施工

本工程地下室共分4次挖土。為盡快達到上下同步施工工況，在首皮土開挖過程中，裙房區(qū)域一次開挖至－5.2 m標高，主樓區(qū)域一次放坡開挖至－8.3 m標高。在裙房區(qū)域施工B0結(jié)構(gòu)的同時，完成主樓核心筒區(qū)域B1梁、板結(jié)構(gòu)，再順作完成主樓核心筒B0結(jié)構(gòu)，完成整個B0板的封閉，達到上下同步施工工況。

在樓板適當位置開洞作為取土孔及材料運輸口，出土口共21處。在頂板相應(yīng)行車位置及開洞邊緣采取加固措施，確保抓土機械及土方車輛行走安全。

4 實施效果

由于采用上下同步逆作法，故工程進度大幅提前。在迪士尼園區(qū)開園前，順利達到外立面總體基本完成的施工形象進度，解決了本工程工期緊張的問題。

此外，逆作法施工以逆作界面層作為設(shè)備機械安置、材料堆放場地，基本不占用鄰近場地，解決了本工程施工場地緊張的問題。其次，逆作法省去常規(guī)順作法的支撐及拆除費用，降低了工程費用。

從基坑安全性和綠色施工來說，逆作法優(yōu)于順作法。根據(jù)實測資料分析，基坑的水平位移為28 mm，基坑的豎向沉降為15 mm，基坑的最大水平位移和最大豎向沉降均小于按一級基坑和最初目標設(shè)置的數(shù)值。

5 結(jié)語

本工程中，相較于常規(guī)順作法施工，逆作法極大地縮短了工期，順利實現(xiàn)了施工節(jié)點目標。同時逆作法施工節(jié)省了常規(guī)順作法的支撐及拆除費用，還能避免常規(guī)施工而引發(fā)的場地擁堵以及工程噪聲等問題，具有良好的推廣價值，值得相關(guān)從業(yè)人員認真研究及思考。