順逆作法在高層建筑深基坑施工中的應(yīng)用研究

郭從杰 河南科達工程管理有限公司

伴隨城市化建設(shè)的迅速發(fā)展，深基坑工程項目日益增多，地下空間的合理利用與開發(fā)，緩解了城市地面壓力。隨著深基坑工程實踐經(jīng)驗的長期積累，其施工技術(shù)體系愈加完善。然而，在實際作業(yè)當中，由于深基坑施工技術(shù)難度大、工程量多，仍會存在大量不可預(yù)見的因素，從而威脅到施工安全。為全面提升深基坑支護施工質(zhì)量，保證施工安全，順逆作法得到了廣泛應(yīng)用。順逆作法是一種綜合施工工藝，該工藝的應(yīng)用，可以針對不同場地條件和地下布局情況，靈活運用，減小施工難度，提高施工效率，同時還具有良好的經(jīng)濟效益。為此，開展高層建筑順逆作法綜合施工技術(shù)研究具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。

一、順逆作法施工特點

（一）順作法施工特點

順作法是指周圍圍護結(jié)構(gòu)先施工，隨后一層一層開挖。同時，按照預(yù)先設(shè)定的順序進行水平支撐系統(tǒng)、錨桿系統(tǒng)等設(shè)置，直至開挖到基坑底部。隨后，再按照“下-上”的順序?qū)χ黧w結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)底板等進行施工，并將水平支撐系統(tǒng)拆除，地下結(jié)構(gòu)施工結(jié)束。若是無支護體系，則可直接進行放坡開挖施工，可先開挖到基坑底部，隨后按照“下-上”的順序進行地下結(jié)構(gòu)施工。作為一種傳統(tǒng)的基坑開挖方式，順作法的主要施工特點如表1所示。

（二）逆作法施工特點

逆作法與順作法正好相反，逆作法是按照“上-下”順序施工，一邊開挖，一邊支模板。一般情況下，順作法需要布設(shè)臨時支撐用于平衡土壓力，而逆作法則是通過主體結(jié)構(gòu)梁板平衡土壓力。因此，可同時完成基坑開挖和地下主體結(jié)構(gòu)工程施工。其主要施工特點如表2所示。

二、工程概況

某基坑工程位于市中心兩個主道路的交叉口，主要由2部分構(gòu)成，即A小區(qū)地下車庫區(qū)域和B商業(yè)廣場車庫區(qū)域。兩個區(qū)域的具體情況如表3所示，基坑總圍護周長為620m?；?xùn)|側(cè)市政道路下分布有大量管線，西側(cè)毗鄰一小學(xué)，對環(huán)境及安全性要求很高。

三、基坑支護難點

根據(jù)現(xiàn)場詳細觀察發(fā)現(xiàn)，本基坑支護難度很大，主要難點如下：

1.無論是基坑開挖面積，還是開挖深度都相對較大，屬于大深基坑類型。

2.主要開挖土層為深厚淤泥-淤泥質(zhì)土，具有極差的力學(xué)性質(zhì)，此外，還存在大量含泥粗砂，具有很強的透水性，若施工不當，很難達到止水標準要求?？拥着c承壓水層頂之間的距離僅為3m，承壓水將會導(dǎo)致基坑底部失穩(wěn)。

3.基坑施工附近環(huán)境復(fù)雜，緊鄰小學(xué)、城市主要干道，地下管線太多，且距離過近，將會嚴重影響基坑施工質(zhì)量。

4.工期緊張，施工難度大。

四、順逆作法施工工藝

基于本工程實際情況，結(jié)合上述支護難點，提出了大開口順逆綜合施工工藝，即A小區(qū)地下車庫區(qū)域采用逆作法施工，B商業(yè)廣場車庫區(qū)域采用順作法施工。在逆作區(qū)域采用周邊臨時圍護體結(jié)合大開口梁板體系代替水平支撐系統(tǒng)，在順作區(qū)域則采用水平臨時支撐即可。

（一）圍護體系

針對圍護體系，可采用17～19m長的鉆孔灌注樁作為圍護墻，南側(cè)環(huán)境較為嚴格區(qū)域，采用1200@1400mm，其他區(qū)域則采用1000@1300mm。保證插入比指標均可達到規(guī)范規(guī)定，保證其穩(wěn)定性。同時，為達到防滲堵漏的效果，采用圍護樁充分咬合的高壓旋噴樁作為止水帷幕，樁徑為Φ600mm。并將土釘墻用于壓頂梁以上部分區(qū)域，用于降低圍護樁的有效長度，節(jié)約成本。

（二）水平支撐與豎向支承體系

（1）水平支撐體系

本工程主要分為2個區(qū)域，因此，在水平支撐體系應(yīng)用時，需做到以下幾點：

第一，逆作法施工區(qū)域。根據(jù)設(shè)計方案，A小區(qū)地下車庫區(qū)域采用逆作法施工。即通過大開口的梁板結(jié)構(gòu)代替水平支撐，根據(jù)工程具體情況，在本區(qū)域布設(shè)的主要出土口有5個，同時，還設(shè)置了多個小開口，起到輔助作用。大開口的尺寸設(shè)置為30m×40m，并將短斜梁設(shè)于各個開口的每一個角的區(qū)域上，從而克服開口部位樓板內(nèi)部應(yīng)力集中的難題。逆作區(qū)域的永久性頂板、局部臨時封板等，均可用于施工便道或臨時堆場使用。通過大開口梁板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，不僅能夠加快施工效率，提高挖土質(zhì)量，還能改善地下作業(yè)條件。

表1 順作法的主要施工特點

表2 逆作法的主要施工特點

表3 基坑具體情況

第二，順作法施工區(qū)域。按照設(shè)計要求，B商業(yè)廣場車庫區(qū)域可采用順作法施工，在順作區(qū)域主要采用角撐加對撐的臨時水平支撐形式，通過這種支撐方式，可以保證傳力更直接，布局更合理，對提高基坑內(nèi)施工效果更為有利。

在此環(huán)節(jié)，需要特別注意的一點是，順作法和逆作法采用的傳力體系不同，想要達到順逆作綜合施工效果，必須做好支撐體系受力轉(zhuǎn)換工作。在支撐體系受力轉(zhuǎn)換當中，兩個區(qū)域的土方開挖及支撐拆除進度對支撐體系受力轉(zhuǎn)換、傳力路線起決定作用。基于工期與進度的需求，B商業(yè)廣場車庫區(qū)域必須先進行底板澆筑，而在同一時間內(nèi)A小區(qū)地下車庫區(qū)域已經(jīng)完成了與其相連的地下1層樓板結(jié)構(gòu)，因此，在B商業(yè)廣場車庫區(qū)域第二道水平支撐拆除過程中，還必須全面考慮A小區(qū)地下車庫區(qū)域地下1層梁板的水平傳力轉(zhuǎn)換情況。針對這一情況，本工程采用了型鋼換撐的方法，從而有效克服順、逆作法當中交接部位換撐的傳力難題。

（2）豎向支承體系

在傳統(tǒng)逆作法施工當中，豎向支承體系往往會選擇型鋼格構(gòu)柱等，這種結(jié)構(gòu)形式很容易出現(xiàn)豎向承載力不足，或梁柱節(jié)點施工難度大等情況。

為解決此問題，本工程提出了小直徑鋼管混凝土柱的施工方案，即Φ325mm、377mm兩類，相比其他豎向支承體系，小直徑鋼管混凝土柱的優(yōu)點很多，比如，施工方便、梁柱節(jié)點施工作業(yè)難度小、用鋼量小、承載力高等等。在順作法施工區(qū)域，則豎向支承體系可采用常規(guī)拼接的型鋼格構(gòu)柱作為臨時立柱。

（3）基坑內(nèi)降水處理

地下水是基坑工程施工的重點，為保證基坑質(zhì)量良好，必須做好地下潛水和坑底承壓水處理工作。在基坑內(nèi)降水當中，本工程采用了真空深井降水法，將降壓井設(shè)于坑內(nèi)指定位置，并將回灌井、觀測井設(shè)于坑外，按照相關(guān)規(guī)定和實際需求合理設(shè)置降壓井，當坑外水位下降大于1m，需根據(jù)實際情況做好回灌處理，通過這種方法，來有效解決承壓水問題。

五、順逆作法監(jiān)測分析

本工程附近環(huán)境要求嚴格，為做好環(huán)境保護工作，必須做好基坑、周邊建筑物及地下管線的安全防護工作，在整個施工環(huán)節(jié)，應(yīng)進行實時監(jiān)測，監(jiān)測重點為地面沉降、支撐內(nèi)力情況、坑內(nèi)外地下水位變化等。通過監(jiān)測結(jié)果可知，基坑西、北側(cè)的地面沉降基本上小于20mm，相對較小，可達到西側(cè)小學(xué)保護需求?；鶎映两盗孔畲髤^(qū)域在于其東、南側(cè)，沉降最大累積量可達到121mm。南側(cè)屬于污水處理泵房區(qū)域，在此區(qū)域選取了回灌井回灌方案，除此之外，整體來講，沉降控制效果顯著。

通過分析發(fā)現(xiàn)，基坑附近地表產(chǎn)生沉降的根本原因在于2點，第一，土方開挖施工；第二，坑內(nèi)降水；為有效控制基坑周圍地表沉降，必須做好現(xiàn)場施工流程及工序合理安排，充分利用基坑開挖的時空效應(yīng)，做好基坑周圍超載和地下水抽水量的嚴格把控，保證地下水能夠迅速、及時回灌，避免基坑外水位失穩(wěn)，只有這樣才能保證基坑周圍底邊和建筑物沉降符合施工規(guī)定，減小沉降，并實現(xiàn)環(huán)保效益。

六、結(jié)束語

綜上所述，順逆作業(yè)法是兩種作業(yè)法的結(jié)合，具有兩者的全部優(yōu)點，不僅施工簡單、迅速，還具有良好的經(jīng)濟效益，在大深基坑施工中應(yīng)用效果顯著。為此，應(yīng)結(jié)合工程實際，合理采用基坑支護方式，提高施工技術(shù)水平，保證工程施工質(zhì)量。