逆作法施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

史朝立

(中煤建工華南建設(shè)有限公司， 廣州 510170)

隨著城市化進程不斷推進，城市土地資源越來越緊張，城市基坑開挖出呈現(xiàn)出開挖深度大，基坑規(guī)模大，環(huán)境、要求高的特點。核心城區(qū)深基坑開挖時需考慮臨近建筑物、周邊管線、基坑影響范圍內(nèi)存在的地鐵等對位移十分敏感的地下結(jié)構(gòu)等，且建筑工程項目資金成本壓力大，施工工期往往特別緊張。逆作法作為一種對周邊環(huán)境影響小，節(jié)約工期的支護形式，由于其工藝先進、原理簡單、經(jīng)濟和社會效益明顯，近年來得到了廣泛的應(yīng)用。張秀莉結(jié)合高層建筑深基坑中逆作法的優(yōu)勢，分析總結(jié)了逆作法的具體施工流程，并且對于該方法的推廣應(yīng)用做出了一定的建議[1]；王鑫利用驗算下連續(xù)墻開挖變形數(shù)值的承載能力極限以及正常極限狀態(tài),建立了優(yōu)化的深基坑支護方案,總結(jié)出地下連續(xù)墻及逆作法在深基坑支護中的施工方案[2]；吳揚進系統(tǒng)的總結(jié)了逆作法技術(shù)分類、應(yīng)用優(yōu)勢以及具體應(yīng)用，認為該方法是工程施工中可以有效降低工程成本、提高工作效率的方法[3]。

本文總結(jié)了逆作法的技術(shù)優(yōu)勢、影響因素，并對其關(guān)鍵施工技術(shù)進行了詳細闡述，對實際施工過程的問題提出合理化建議，以期望為相類似項目提供幫助。

1 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

逆作法是施工地下室圍護結(jié)構(gòu)的同時，施工主體結(jié)構(gòu)工程樁和結(jié)構(gòu)柱，然后施工地面一層樓蓋，并利用地面一層樓蓋作為圍護結(jié)構(gòu)的水平支撐[4-6]。當?shù)孛嬉粚訕巧w施工完成后，逐層向下開挖，施工剩余地下室結(jié)構(gòu)直至底板澆筑完成。同時，地面一層樓蓋施工完成后，上部結(jié)構(gòu)也可同步向上施工，如此地下地上同步施工，直至工程結(jié)束。逆作法施工技術(shù)之所以在現(xiàn)代住宅建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，主要因其具有以下優(yōu)勢：

1)減少基坑變形方面帶來的影響。逆作法施工主要是將地下室樓蓋逐層澆筑，并用它來支撐周圍的圍護結(jié)構(gòu)。相對臨時支撐體系，地下室樓蓋具有剛度大，變形小的特點，且無需拆撐和換撐，可有效減少側(cè)向壓力作用下圍護結(jié)構(gòu)的變形[7-8]。同時，由于逆作法增加了較多的中間支承立柱，使得水平支撐體系的跨度減小，支承立柱與地下室樓蓋及圍護整體性增強，并形成共同作用，可有效減少圍護結(jié)構(gòu)的沉降[9-10]。因此，逆作法一方面可有效減少圍護結(jié)構(gòu)本身的側(cè)向和豎向變形，另一方面可使基坑周邊建筑物、道路和管線的沉降減少，最大限度的降低基坑施工對周邊環(huán)境的負面影響，有利于保護環(huán)境和周邊管線、道路、建筑物的安全[11-12]。

2)減小施工期間底板抗浮風險。地下室結(jié)構(gòu)在施工期及使用期內(nèi)抗浮穩(wěn)定、承載力計算均應(yīng)滿足抗浮設(shè)防標準可能遭遇的地下室最高水位。傳統(tǒng)正做法在地下室底板施工完成時，只能由于建筑物基礎(chǔ)平衡地下室水浮力，或通過降水措施保障地下水位長期位于地下室底板以下，直至上部結(jié)構(gòu)和地下室頂板覆土荷載完成平衡水浮力為止，以致在相當長的施工期內(nèi)地下室底板均存在抗浮風險。逆作法在地下室底板施工時，地下室及部分上部結(jié)構(gòu)已施工完成，上部結(jié)構(gòu)荷載及基礎(chǔ)抗拔承載力可有效的平衡地下室底板承受的水浮力，大大減小施工期間底板抗浮風險[13-14]。

3)縮短施工期限提高經(jīng)濟效益。逆作法施工可使建筑物上部結(jié)構(gòu)施工和地下結(jié)構(gòu)施工同步立體作業(yè)，且施工不受氣候的影響，土方開挖可不占或少占總體工期，在保證安全的情況下，有效加快項目施工進度[15-16]。特別是在地下室范圍大、層數(shù)較多時，利用逆作法施工可提高施工效率，縮短施工周期。傳統(tǒng)基坑往往采用錨桿和內(nèi)支撐作為臨時水平支撐，逆作法施工則是采用結(jié)構(gòu)本身樓蓋作為水平支撐，可以節(jié)約臨時支撐施工費用和拆撐費用，首層樓蓋可以作為臨時施工場地、施工車輛行走道路、臨時材料加工場、材料堆場、臨時生活板房搭設(shè)用地，節(jié)約了施工場地和臨時施工措施費用。當逆作法施工采用兩墻合一時，還可最大程度的利用建筑紅線擴大地下室面積，形成較好的經(jīng)濟效益。

2 影響因素分析

2.1 土層地質(zhì)結(jié)構(gòu)

為保證基坑設(shè)計及施工的順利進行，必須在施工前加強地質(zhì)勘查。通過地質(zhì)勘查，查明不良地質(zhì)現(xiàn)象的成因、類型、分布范圍、發(fā)展趨勢及危害程度；查明各類巖土的類型、深度、分布、工程特性和變化規(guī)律；查明基巖巖性、構(gòu)造、巖面變化、風化程度，判斷有無洞穴、臨空面、破碎巖體或軟弱巖層；查明深厚軟土的分布，從而保證在施工期間整個基坑能有一個較好施工環(huán)境。

2.2 地下水

地下水控制技術(shù)是基坑設(shè)計及施工中的一項主要內(nèi)容?；釉O(shè)計及施工前，需查明地下室水的性質(zhì)、補給條件、各土層的滲透性及水流量，為采取地下水控制的措施提供有效依據(jù)。地下室對基坑主要以下及方面影響：

1)地下水位影響地下連續(xù)墻承受的水平力大小，從而影響圍護結(jié)構(gòu)剛度和強度的選擇。

2)部分巖土層遇水軟化，地下水造成土體抗剪強度降低，從而引起圍護結(jié)構(gòu)承受的主動土壓力增加及被動土壓力減小，影響基坑安全。

3)開挖過程中，地下水可能產(chǎn)生流砂、管涌、突涌等滲透破壞。

4)圍護結(jié)構(gòu)地下水滲漏會引起基坑地表沉降，對基坑周邊管線、建筑物安全造成隱患。

5)地下水腐蝕性會對圍護結(jié)構(gòu)和地下室結(jié)構(gòu)中的混凝土和鋼筋造成腐蝕破壞。

2.3 基坑周邊環(huán)境

地下室周邊環(huán)境主要指基坑開挖影響范圍的地下管線、周邊道路、地下及地上建(構(gòu))筑物。為避免施工過程對周邊環(huán)境的破壞，基坑施工前應(yīng)對周邊建筑物與地下室結(jié)構(gòu)之間的距離、周邊建筑的結(jié)構(gòu)類型、基礎(chǔ)形式、周邊地下管線的類型及使用狀況進行調(diào)查分析；基坑施工過程中應(yīng)選擇合理施工工藝及土方開挖順序，減少對周邊土體的擾動。

3 關(guān)鍵技術(shù)說明

根據(jù)地下室和上部結(jié)構(gòu)不同的施工順序，可將逆作法分為全逆作法、部分逆作法、半逆作法和地下室結(jié)構(gòu)逆作法。建設(shè)單位應(yīng)綜合考慮工程規(guī)模、工期、周邊環(huán)境等因素后再采用高效安全的逆作法施工技術(shù)。

1)全逆作法。是指地下結(jié)構(gòu)和地上結(jié)構(gòu)同步施工。地下結(jié)構(gòu)逆作法施工時，利用地下室樓蓋作為圍護結(jié)構(gòu)的水平支撐，從界面層向下依次施工，上部主體結(jié)構(gòu)則利用已施工的鋼立柱向上同步施工。

2)部分逆作法。是指施工過程中一部分結(jié)構(gòu)按順作法施工，一部分按逆作法施工的方案。常用的順、逆作法結(jié)合方案有主樓先順作法、裙樓后逆作法；裙樓先逆作法、主樓后順作法；中心順作法、周邊逆作法等方案。實際作業(yè)時，根據(jù)不同的經(jīng)濟、技術(shù)、工期和環(huán)境保護要求采用不同的方案。比如當?shù)叵率颐娣e較大時，全部采用逆作施工難度高、工期長，可在基坑周邊設(shè)置一定范圍的環(huán)板，形成水平支撐，中間則大開洞并向周邊分級放坡，以方便土方開挖和基礎(chǔ)施工，采用中心順作法、周邊逆作法的方案。

3)半逆作法。是指僅地下結(jié)構(gòu)進行逆作法，地下室樓蓋作為圍護結(jié)構(gòu)的水平支撐，從界面層向下依次施工，在地下室施工完成后再進行地上結(jié)構(gòu)的施工。

4)地下室結(jié)構(gòu)框架逆作法。施工時，先澆筑各層主梁和鋼立柱形成圍護結(jié)構(gòu)的水平支撐體系，地下結(jié)構(gòu)樓板及次梁待基坑土方開挖完成后二次澆注。

4 應(yīng)用實踐

4.1 土方開挖

逆作法土方開挖方式必須考慮主體結(jié)構(gòu)與基坑支護的協(xié)調(diào)，開挖過程中基坑及主體結(jié)構(gòu)的不均勻沉降和變形需滿足規(guī)范要求。基坑施工前需先進行坑內(nèi)降水，降水深度一般控制在設(shè)計開挖面以下0.5m及以上。通過降水，可減少土壤中的孔隙水。土體在自重壓力下密實度增加，可以避免開挖過程中土方坍塌、方便開挖機械行走。對于透水性差且含水量特別高的土層，還需采用專項土體加固措施處理后方可開挖，以確保施工的安全。

土方開挖需綜合考慮基坑的設(shè)計工況、平面形狀、支護結(jié)構(gòu)類型、后澆帶的設(shè)置及周邊環(huán)境的特點，遵循平衡、對稱、分塊、分層和限時等原則作業(yè)。在具體開挖作業(yè)時，需合理的劃分各層土方分塊大小。界面層以上采用明挖，土方挖土速度較快，開挖分塊可大一些；界面層以下采用暗挖，土方開挖速度慢，可減少分塊開挖的大小，縮短基坑暴露時間。需采用合理的開挖方式，針對大面積的土方開挖，可采用盆式開挖，對于底板可采用抽條開挖，以控制土方開挖對基坑變形的不利影響。

4.2 地下連續(xù)墻

為保證地下連續(xù)墻成槽精度，防止地表土坍塌，地下連續(xù)墻槽段開挖前，在連續(xù)墻兩側(cè)應(yīng)先施工導(dǎo)墻，并采用木枋支架進行對頂，維持導(dǎo)墻的穩(wěn)定。地下室連續(xù)墻成槽前應(yīng)修筑施工道路，防止地面荷載過大等影響造成槽壁塌方。成槽過程中軟弱土或砂層中應(yīng)避免鉆進過快，槽內(nèi)泥漿面必須高于地下水位1.0m以上，并且不低于導(dǎo)墻頂面0.3m，同時需根據(jù)地質(zhì)情況選擇合適的泥漿密度。槽段開挖時應(yīng)加強穩(wěn)定性的觀測，如槽壁發(fā)生較嚴重局部坍塌時應(yīng)及時回填并妥善處理。施工中泥漿漏失應(yīng)及時補漿，始終保持所必須的液面高度。

鋼筋籠下放過程中，如果鋼筋籠太輕，在澆筑混凝土過程中容易浮起，必要時可將鋼筋籠焊接在導(dǎo)墻上?；炷翝仓皩?dǎo)管內(nèi)應(yīng)放置隔水塞，初灌的埋管深度不應(yīng)小于0.8m。導(dǎo)管埋入混凝土深度宜為2～6m,避免埋深過淺產(chǎn)生拔漏或埋深過大造成導(dǎo)管拔不出的現(xiàn)象。混凝土頂面上升速度應(yīng)為3～5m/h?；炷翝仓?yīng)均勻連續(xù)，間隔時間不宜超過30min。

地下連續(xù)墻施工完成后易在槽段接頭處發(fā)生滲漏，針對滲漏的不同程度可采取不同的處理方法。在接縫輕微滲漏時，可在滲漏處采用雙快水泥結(jié)合化學(xué)注漿處理；在墻身大面積濕漬時，可采用水泥基型抗?jié)B微晶涂料涂抹；在嚴重滲漏時，查明滲漏點后可在坑外進行雙液注漿處理。

4.3 支撐柱

逆作法施工中的支撐柱通常為主體的結(jié)構(gòu)柱，立柱及立柱樁不僅受力需滿足基坑和主體受力的要求，其偏差及垂直度也需滿足主體結(jié)構(gòu)的要求。一般規(guī)定鋼立柱軸線偏差控制在±10mm內(nèi)，垂直度控制在1/300～1/600。由于鋼立柱在地面施工，施工前應(yīng)采用合適設(shè)備進行定位和調(diào)垂，并提出防止鋼立柱垂直度及偏差過大的預(yù)防措施，常用調(diào)垂技術(shù)有氣囊法、校正架法和導(dǎo)向套筒法等。

鋼立柱通常采用鋼格構(gòu)柱或鋼管混凝土柱，兩者待逆作法施工結(jié)束后外包鋼筋混凝土形成永久的框架柱。外包混凝土澆筑前需在柱頂側(cè)面預(yù)留“倒八字”澆筑口。鋼立柱需根據(jù)計算剪力設(shè)置相應(yīng)的抗剪栓釘。角鋼格構(gòu)柱采用鉆孔鋼筋連接法、傳力鋼板法和梁側(cè)水平加腋法等解決梁柱節(jié)點框架梁鋼筋穿越的問題。鋼管混凝土柱采用雙梁節(jié)點、環(huán)梁節(jié)點和傳力鋼板法等。底板位置鋼立柱應(yīng)設(shè)置止水鋼板，以防止地下水滲漏。

4.4 樓板模板支設(shè)

地下室樓板可采用混凝土墊層作為底模和搭架支模兩種形式。采用混凝土墊層作為底模施工時，需先開挖土層至設(shè)計標高底以下10cm，然后平整夯實，并澆筑10cm素混凝土墊層。待墊層硬化后，用水泥砂漿進行找平，確保結(jié)構(gòu)施工誤差在規(guī)范允許范圍內(nèi)。墊層與樓蓋之間應(yīng)設(shè)置隔離措施，基坑開挖樓蓋下發(fā)土方時應(yīng)及時清除。當采用土模承重時應(yīng)考慮地基土的壓縮變形對樓板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向撓曲。采用搭架支模時，需在樓蓋下方挖除一定高度土方，然后按常規(guī)方法進行梁板模板的搭設(shè)。

4.5 沉降控制

逆作法施工時，立柱樁及地下室連續(xù)墻承擔的豎向荷載遠大于順作法。通常采用以下幾種方法減少立柱樁的不均勻沉降。

1)基坑設(shè)計前按照工期安排確定地下室逆作法施工期間地上結(jié)構(gòu)施工的層數(shù)，然后通過結(jié)構(gòu)計算確定上部結(jié)構(gòu)和地下室結(jié)構(gòu)傳遞至立柱樁的荷載，并結(jié)合持力層的強度確定合理的連續(xù)墻和立柱嵌固深度，以避免立柱樁承載力不足或坑底隆起產(chǎn)生的沉降差。

2)利用后注漿等措施提高立柱樁和地下室連續(xù)墻的承載力，并對樁側(cè)和樁端土性能進行改善，以減少立柱樁之間、立柱與連續(xù)墻之間的沉降差。

3)立柱樁和連續(xù)墻選擇較硬土層作為樁端持力層，同一沉降單元的連續(xù)墻和立柱樁，持力層性質(zhì)保持一致。

4)在樁間設(shè)置臨時剪刀撐或永久墻體結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)各立柱之間沉降差。

5)若基坑底部存在流塑狀淤泥等不良地質(zhì)現(xiàn)象，在基坑支護施工時，提前采取加固措施。

6)采用信息化監(jiān)測手段，加強立柱和連續(xù)墻沉降觀測，當沉降差接近報警值時，立即停止上部結(jié)構(gòu)施工，同時采取有針對性的措施或調(diào)整土方開挖順序，及時處理。

5 施工實例

5.1 項目概況

基坑位于昆明市五華區(qū),基坑長約93m、寬約64m、開挖面積約5 295m2、開挖深度約14.90m。結(jié)合場地周邊環(huán)境、建設(shè)工期、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計特點等方面的因素，項目采用地下連續(xù)墻+逆作法施工。地下連續(xù)墻+逆作法在本項目中優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1)基坑北側(cè)緊鄰已建超高層建筑地下室邊線，南側(cè)為地鐵2號線隧道及其出入口，西側(cè)為主要市政道路，北側(cè)為磚混結(jié)構(gòu)民房。由于基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，且地鐵及磚混結(jié)構(gòu)民房對位移及沉降敏感，采用逆作法施工可較好控制基坑變形，減少對周邊環(huán)境的影響。

2)項目位于市中心位置，地面以上為市政園林，且基坑周邊用地緊張，無可用施工場地及材料堆場，采用逆作法可利用地下室頂板解決施工場地問題。

3)由于開挖深度范圍內(nèi)存在深厚圓礫層，透水性強，采用連續(xù)墻可較好解決圍護結(jié)構(gòu)滲漏問題。

5.2 支護方案

基坑支護形式采用地下連續(xù)墻(兩墻合一)+三道樓蓋支撐?；永玫叵率疫B續(xù)墻作為基坑的圍護結(jié)構(gòu)(兼作為地下室側(cè)壁)，利用水平樓蓋作為圍護結(jié)構(gòu)的水平支撐，利用鋼管立柱作為支撐柱(兼做地下室結(jié)構(gòu)柱)，利用原結(jié)構(gòu)中間大開洞作為出土口(圖1、圖2)。

圖1 基坑支護平面Figure 1 Foundation pit support plan

圖2 基坑典型剖面Figure 2 Foundation pit typical section

5.3 施工過程

5.3.1 基坑支護施工工序

1)平整地面，施工地下連續(xù)墻、格構(gòu)柱樁、格構(gòu)柱、冠梁。

2)放坡開挖至首層樓蓋底，施工冠梁及地下室首層樓蓋。

3)開挖至負一層樓蓋底，施工地下室負一層樓蓋。

4)開挖至負二層樓蓋底，施工地下室負二層樓蓋。

5)開挖至坑底，依次施工基礎(chǔ)、底板。

6)施工未做的地下室部分結(jié)構(gòu)，并將地下室頂板回填至室外地坪標高。

5.3.2 場地出土方案

由于本項目僅東北角可作為施工路口，項目實施時利用基坑北側(cè)地下室樓蓋作為堆土、土方車輛通行區(qū)。綜合考慮泥頭車滿載、長臂挖機工作面及地下室頂板臨時堆土，北側(cè)樓板確定施工超載為50kPa。由于主體結(jié)構(gòu)完工后覆土超載約為1.5m，施工超載大于地下室完工后的覆土荷載，需對地下室頂板進行加強。地下室土方開挖主要分為四個區(qū)，出土孔設(shè)置在北側(cè)中部，采用坑頂長臂挖機結(jié)合坑底小挖機運轉(zhuǎn)的方式進行出土(圖3)。

圖3 出土方案示意Figure 3 Schematic diagram of excavation scheme

5.3.3 地下連續(xù)墻施工

由于場地主要土層為深厚圓礫層，地下連續(xù)墻采用旋挖機結(jié)合液壓抓斗成槽機進行成槽。為較好控制成槽進度，成槽前進行導(dǎo)墻施工；成槽過程中利用成槽機上的垂直度儀表及自動糾偏裝置來保證成槽垂直度；同時控制成槽機掘進速度，避免開挖槽段增加較大地面附加及振動荷載，防止引起槽段坍塌。地下連續(xù)墻為兩墻合一，地下連續(xù)墻也承擔了部分樓蓋荷載，為避免連續(xù)墻槽底沉渣過厚影響豎向承載力，采用氣舉反循環(huán)清孔1～2次。

為防止連續(xù)墻接口滲漏，提高接口處的抗?jié)B及抗剪性能，在連續(xù)墻接頭處對先行幅墻體接縫進行刷壁清洗，反復(fù)刷動5～10次。刷壁使用特制刷壁器，刷壁必須在清孔之前進行。刷壁清孔換漿后的出口泥漿指數(shù)應(yīng)達到：密度<1.15g/cm3，黏度<25s，含砂量<5%。

5.3.4 立柱樁施工

立柱樁施工采用大功率旋挖樁鉆機進行成孔，采用HPE液壓垂直插入鋼管柱工法施工鋼管柱。該工法利用2個液壓定位器對鋼管柱的垂直度進行調(diào)整，將垂直度控制在1/500。為防止鋼管柱偏差超過可校正的范圍，旋挖鉆機成孔過程中適當增加鋼管柱底部以上成孔直徑。同時由于本項目基坑開挖深度較大，鋼管柱較長，為防止鋼管柱下降過程中因浮力無法下沉，在鋼管柱中預(yù)先澆筑了部分混凝土增加配重。

5.4 實施效果

1)由于地下室樓蓋作為水平支撐，支撐剛度大，基坑邊線控制在1.5cm內(nèi)，相鄰地鐵結(jié)構(gòu)控制在1cm內(nèi)。

2)首層樓蓋施工完成后作為堆土及車輛通行區(qū)，改變了本項目施工場地小的劣勢。同時利用主體結(jié)構(gòu)開洞口作為出土口，解決了土方完全暗挖的不利影響，并節(jié)約了土方開挖工期。

3)利用鋼管柱作為結(jié)構(gòu)柱，避免了后期混凝土二次澆注，鋼管柱外涂防火防腐材料即可使用。

4)采用兩墻合一，既擴大地下室使用空間，又節(jié)約了地下室側(cè)壁的費用。

5)通過嚴格控制立柱及連續(xù)墻垂直度偏差，使得滿足了主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件精度要求。

6 結(jié)語

采用地下連續(xù)墻+逆作法施工解決了基坑周邊地鐵、老舊建筑對基坑變形要求嚴格、施工場地狹小、按建筑紅線退讓地下室使用空間小等難題，但同時在施工過程中，需要重點控制以下問題：

1)采用逆作法施工前，應(yīng)準確估計頂板超載范圍及預(yù)留荷載大小，施工單位應(yīng)提前介入設(shè)計，避免后期基坑超載考慮不足。

2)立柱和連續(xù)墻施工過程中應(yīng)采用合理的施工工藝控制垂直度，達到主體結(jié)構(gòu)驗收標準。

3)地下連續(xù)墻承擔了一部分樓蓋豎向荷載，連續(xù)墻應(yīng)按主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)要求控制槽底沉渣，保證豎向承載力足夠及減少與立柱之間沉降差。

4)在樓蓋水平承載力滿足基坑設(shè)計要求的前提下，可適當擴大出土洞孔大小，減少土方暗挖的難度。