逆作法施工技术研究

【摘要】 逆作法施工技术能够在保证地下工程安全性的同时,大量节约施工中的工程造价，缩短施工工期，是一种很有发展前途和推广价值的深基坑支护技术。本文通过结合高层建筑物地下室施工工程实例，深度探析逆作法施工技术在建筑工程地下室施工时的具体应用。

【关键词】逆作法施工，基坑支护，高层建筑，钢管柱

 前言

随着高层建筑的发展，城市中的基坑工程呈现出“大、深、紧"的特点，基坑的规模越来越大；基坑的开挖深度越来越深；基坑场地更紧凑；基坑周边环境更复杂敏感，临近大量市政管线、建筑与地铁构筑物。基坑支护结构除满足自身强度要求外，为了保证周边建构筑物、管线、地铁的正常使用，采用逆作法或部分逆作法的基坑支护设计和施工方法将成为建设高层建筑地下室和其他地下结构的未来主要发展及推广的趋势。

1  工程概况

深业南沙横沥岛DH0502单元一期施工总承包项目位于广东省广州市南沙区横沥岛DH0502地块，地处南沙横沥岛大元路以北、新灿路以西。项目施工期间，横沥岛正处于一期开发，项目周边均为市政道路，与一期开发单位中交、中铁存在交叉施工，无法进行基坑大面积开挖及锚索施工。因此，项目采用中心岛前期顺做+地下室周边半逆作法施工技术。

根据施工场地环境，项目地块一、地块二存在与周边市政道路交叉施工情况，基坑采用中心岛+逆作法支护，1#~2#地块之间采用重力式水泥土墙、3#地块西侧采用悬臂桩支护，地块一与地块二、地块二与地块三地下室在负二层采用连廊通道进行连接，拟在项目前期顺做完成，连廊通道采用φ600管桩+钢板桩支撑。3#地块南侧采用重力式水泥土墙支护形式。其余范围的坑中坑采用放坡开挖支护。外围采用三轴搅拌桩φ850进行围闭截水。

基坑支护平面图

2  施工重难点

1）本工程逆作区支撑柱为钢管柱，与灌注桩一桩一柱在原地面进行开挖、浇筑。待逆作法施工时再进行开挖。钢管柱在吊装时，在柱顶处设置双耳板，以保证钢管柱在吊装时的垂直度。同时也能在浇筑混凝土时抵消灌注桩内混凝土的浮力，保证钢管柱柱顶标高及灌注桩内的钢管柱的锚固长度。逆作区在开挖时，采用机械大面积开挖，钢管柱处人工开挖形式，以防止机械开挖时磕碰到钢管柱，影响到钢管柱的垂直度及其结构性能。因此钢管柱吊装及逆作区开挖是本工程的难点。

2） 根据逆作法的施工工艺特点，地下室顶板的梁板结构为先浇混凝土，其下的墙为后浇混凝土，由于混凝土收缩、下沉等原因，两者之间的水平施工缝易于产生微裂缝而难以密实，因此侧墙的混凝土浇捣及施工缝的处理、防水是关键。

3） 土方开挖是逆作法施工的重要环节，不仅是影响工期的关键因素，而且是产生变形的主要原因，也是施工安全的关键。采用逆作盖挖法施工时，在盖板施工完成后整个地下部分处于封闭状态，挖土出土难度大，周期长。此外，顶板以下的地下工程的施工材料运输、施工中的通风、照明等存在诸多困难。因此合理确定挖土方法、组织出土顺序、以及地下通道结构施工，是保证盖挖逆作区域施工安全和工期的关键。

3  方案设计

采用“中心顺作周边逆作”，在基坑周边首先施工一圈具有一定水平刚度的环状结构梁板(以下简称冠梁)，然后在基坑周边被动区留土，并采用1：1.2从顶板至底板进行放坡，使中心区域开挖至基底，在中心区域结构向上顺作施工并与周边结构冠梁采用换撑板、换撑短粱相接后，再逐层挖土和逆作施工周边留土放坡区域。因此逆作法施工与顺作法施工相比较，可以缩短工期、节省成本、减少周围环境危害。（见下图示意）

4  总体施工流程

本工程地块一、地块二局部采用半逆作法施工。地块一两层地下室逆作法施工，总长度约为391.7米，局部仅负二层地下室区域施工，总长度约为63.6米，跨度为9.1米。地块一逆作区主要部署在北侧、南侧及西侧，在南北两侧D1-18轴交D1-23轴主体结构只施工至负一层。地块二两层地下室逆作法施工，总长度约为242.5米，跨度为9.5米。地块二逆作区域主要部署在北侧及东侧。

根据基坑支护设计图纸，地块一、二逆作法施工通过抗侧力剪力墙及逐层往下施工的逆作楼板支顶外围的地下连续墙，整体形成对外围土体的支护结构。（其中，地下室顶板及底板逆作区，在冠梁、灌注桩与侧壁暗梁之间设置换撑板；仅负二层地下室逆作区，在负一层标高处设置换撑短粱及基坑牛腿支撑）

地下室逆作法施工顺序，土方开挖至负一层5.0m→地下室顶板支模、混凝土施工→土方开挖至底板标高→承台及底板结构施工→负二层地下室侧壁结构施工→负一层结构支模施工→负一层地下室侧壁施工。

第一阶段：

5.00~8.60m采用明挖。由挖掘机开挖至负一层施工平台标高5.00m，渣土车按预留出土口出土，开挖后浇筑100厚C20素混凝土面层，上搭设钢管支撑架，绑扎地下室顶板钢筋和混凝土结构施工（框架粱需延伸至冠梁，粱钢筋植入冠梁）。在冠梁与侧壁之间设置换撑板，每个2000mm布置一个，换撑板厚200mm，与顶板结构一同浇筑。在顶板结构施工时，侧壁钢筋预留伸出。

第二阶段：

在顶板结构强度达到80%后，开始第二阶段土方开挖。第二阶段土方按预留出土口出土，从出土口处开挖，由近及远，在出土口处放坡装载出土。

第二阶段土方开挖完成后，从地下室底板顺作至负一层板。进行基础底板及侧壁结构施工，开挖承台，砌筑砖胎模，承台及底板下浇筑100mm厚C20混凝土垫层，底板处的素混凝土换撑板同底板厚，与底板一同浇筑。（换撑板混凝土标号同结构底板）。底板结构施工时，侧壁钢筋应预留伸出，且≧500mm。

第三阶段：

在地下室底板结构强度达到80%后，支模进行负一层板及负二层侧壁施工，在支护桩与主体结构边粱设置换撑短粱，换撑短粱粱面标高平平楼板面，梁宽250mm、梁高350mm，梁长按实际底板与支护桩边的长度确定，短粱水平布置为一桩一顶（水平间距1.2m），单跟短粱纵筋总数6C22（上下各3根）、箍筋C10@150，混凝土强度等级同结构楼板，短粱纵筋与支护桩植筋连接，锚入支护桩800mm，短粱与楼板同时浇筑，另一侧顶紧支护桩，待短粱、楼板强度达到70%方可开始拆撑。

第四阶段：

在负一层板、负二层侧地下室壁结构强度达到80%后，进行地下室负一层侧壁结构施工。在负一层室外侧壁上设置一个喇叭口（如下图所示），用于灌注侧壁混凝土。待混凝土强度达到80%后，将喇叭口剔凿平整后进行防水保温施工，最后在支护桩与侧壁间进行土方回填。

5  技术要点

5.1 竖向支撑系统

地下室逆作法施工的竖向结构构件包括：钢管柱（已先行施工）、地下室连续剪力墙。核心筒剪力墙和钢管柱已完成，地下室侧壁需要在逆作法施工过程中同步进行施工。

5.1.1灌注桩

中间支撑柱为钢管混凝土的柱体。钢管柱与灌注桩同步施工，灌注桩采用旋挖机在原始地面进行开挖，钢管柱首次吊装标高平原始地面标高，后续土方开挖时，再对钢管柱进行接桩。混凝土浇筑时，将钢管柱内、钢管与桩壁之间也用基础混凝土浇筑，浇筑时采用导流管加震动棒，使得混凝土浇筑密实，以满足钢管柱的垂直度要求。

5.1.2钢管柱

施工过程中，竖向中间支承桩、钢管柱还需承受地上和地下各层结构的自重和施工荷载。因此，逆作法工程的竖向支承桩、钢管柱需在结构施工前完成，无法与楼板结构同步施工。尤其是逆作范围(地下室结构)钢管柱的施工与桩基施工相结合，即在工程桩施工的同时安装钢管柱。又由于其为地下结构柱的一部分与地下梁板连成整体，所以对垂直度要求特别严格。往往要求桩位的定位偏差≤5mm、桩的垂直度偏差要满足设计要求（常提出1/500H，最高要求甚至达到1/1000H）。结构设计时，桩基的混凝土标号为C35，与钢管内灌注的混凝土标号一样为C35，浇灌时钢管柱与桩一体化成型施工，即钢管柱在与灌注桩一同浇筑时。当钻孔桩成孔下放钢筋笼后马上吊放钢管柱，钢管柱需伸入到灌注桩中，φ800mm钢管柱桩内插钢管2m深，φ1000mm钢管柱桩内插钢管2.5m深。再下导管二次清底后，钻孔桩水下混凝土和钢管柱管内的混凝土连续浇灌一次成型。

钢管柱的直径、壁厚、长度是根据工程设计要求而确定的。由于加工精度高，钢管柱均在钢结构厂厂内分段加工制作（对接的接口平面用车床整平剖口），再运到施工现场拼装。对于桩长不够的桩需进行接桩，钢管焊缝要求100%的超声波探伤保证全部钢管焊缝无伤，无缺陷，对焊缝部位不允许有凹坑存在。二次接桩的钢管柱桩内混凝土在顶板浇筑的时候一同浇筑。

5.2 水平支撑系统

水平结构施工即地下室梁板结构的施工，利用负一层、负二层结构水平面作为水平支撑体系，群楼部分逆施，塔楼正施，自然形成大出土口，便于挖土工程水平及垂直运输需求。

本工程逆作法施工支承柱与水平结构纵横梁的连接采用钢筋混凝土环梁连接，地下室顶板与冠梁采用换撑板支撑，负一层结构支护桩采用换撑短粱支撑。地下室范围几乎占满建筑红线全部范围，支护桩与工程桩相距约1.2m，可在其中搭设操作架，不影响地下室侧壁防水施工。极大的提高了地下室侧壁防水效果及结构稳定。

本工程在逆作区与顺作区交界的后浇带应预埋传力型钢。后浇带宽度为1000mm，需预埋20A型钢（200mm*102mm*9mm），型钢长2000mm，两端各伸入结构500mm；型钢间距@1000mm布置一道。

地块一、二逆作区的底板厚400mm、负一层板厚160mm（地块一仅负二层逆作区板厚400mm）、顶板厚180mm，20A型钢高200mm，所以在负一层及顶板设置时，型钢采用平放布置。

底板、仅负二层逆作区型钢预埋（立放）           负一层、顶板型钢预埋（平放）

5.3 联通通道施工要点

本工程分为三个地块，地跨一与地块二、地块二与地块三之间均在负二层设置一个连廊通道进行连接。两个连廊通道在施工前期均已完成。一、二连廊底标高-3.100m，二、三连廊底标高-0.150m，地块一、二底板标高1.5m，地块三底板标高1.2m。连廊通道均低于三个地块地下室底板标高。

在连廊通道与逆作区底板交接处设置一条伸缩后浇带，因连廊通道只有一层，所以在裙楼顶板逆作时，就将连廊上的地下室侧壁进行施工？

5.4 侧壁及顶板防水施工

（1）侧壁防水施工

本工程支护桩与地下室侧壁有1.2m的间距，可在其中搭设双排操作架进行侧壁防水施工。地下室侧壁为抗渗等级P6的自防水混凝土，加上4厚自粘性高聚合物改性沥青防水卷材，面粘贴30厚挤塑聚苯板保护层。

在进行逆作法施工时，地下室侧壁无法一次性浇筑完成，在地下室顶板及底板施工时，均上反300mm位置留设水平施工缝，内置300mm宽止水钢板，在室内侧压入止水条。

（2）地下室顶板防水施工

本工程地下室顶板采用抗渗等级为P6的自防水混凝土，1.5厚聚合物水泥防水涂料II型，遇墙上返至建筑完成面300mm，4厚耐根穿刺防水卷材（双面自粘、聚酯胎、Ⅱ型），遇墙上返至建筑完成面500mm，反梁上反至梁面不少于50（保留卷材上表面隔离膜作为隔离层使用）。

地下室顶板防水施工需等逆作区全部施工完成，后浇带完全封闭后再进行施工。

6  技术控制措施

6.1 地下水控制

基坑顶、底四周设置排水沟，将雨水及地下渗水导流排入集水井，经泵送排往地面、沉淀后排入市政地下水道。沿排水沟每30m左右设置一个集水井，基坑底面不得有凹坑。排水沟及集水井施工切实保证不渗漏，集水井必须及时抽排，杜绝积水长时间浸泡坡脚现象。基坑内每隔30m设置一个疏干井。

6.2 地下施工通风、照明控制

地下室照明采用防暴、防潮、亮度大的照明灯具, 每个轴线设一盏灯, 随挖土过程同时安装。为了防止挖土过程中损坏照明线路, 照明线安装采用在楼板底铺设明管, 固定在板底并及时穿线分段接通开启, 满足地下施工的需要。

由于在暗挖土施工阶段,机械排出的废气以及地层中溢出的沼气会影响到坑内空气质量,对人体健康有害。为了解决这个问题,施工时在楼板上预留孔洞,安装大功率轴流风机进行排风,在挖土工作面上辅助配备一些排风扇满足空气流通的需要。土方开挖的顺序和方法,对地下室的通风方案起到很大作用。

6.3 施工中结构沉降控制

结构的沉降控制是逆作法施工的关键问题之一。进行逆作法施工时，在地下室底板浇筑并达到要求的强度之前，地上、地下的结构自重和施工荷载，全部由中间支承柱（钢管柱）和周边的地下连续墙入土部分的摩阻力和端承力来承受，端承力还需上部荷载达到一定数值后才能发挥作用。在逆作法施工过程中，随着上部结构施工层数的增加，作用在中间支承柱和地下连续墙上的荷载逐渐增加；另一方面随着地下室开挖深度的逐渐增大，中间支承柱和地下连续墙与土的摩擦接触面亦逐渐减少，使其承载力逐渐降低。同时随着土方的开挖，其卸载作用还会引起坑底土体的回弹，使中间支承柱有抬高的趋势。由于逆作法施工中间支承柱上的荷载逐渐增大，土体回弹的作用不如一般基坑开挖那样明显。

6.4 钢管柱垂直度控制

（1）设计时，从首层楼面开始逆作，以方便对钢管立柱进行校正和固定，减少土方开挖对立柱偏位的影响。

（2）钢筋笼下放置孔口处，用固定钢筋将笼固定好。吊车再桩立柱置笼中间出垂直下放，必须要整掉点垂直，钢立柱的安放标高，可由护筒管顶端处的标高来计算，安放时必须保证柱顶的设计标高，允许误差为+100mm。钢立柱下放时，应对准孔位中心，一般采用正、反旋转慢慢地逐步下沉，防止碰撞，放至设计标高后应立即固定。当提升导管时，必须防止钢立柱被拔起。

（3）浇注混凝土时，必须观察钢立柱可能产生的移动并及时加以处理。钢立柱吊装时必须在柱顶出设置双耳环，保证其下放时的垂直度。吊装时必须保证其底部栓钉不受损。

7  经济和社会效益

中心顺作周边冠梁逆作型式具有以下几个显著优势：

(1)经济效益

采用逆作法施工技术。围护墙的支撑体系由地下室楼盖结构代替，省去大量支撑费用。而且楼盖结构即支撑体系，还可以解决特殊平面形状建筑或局部楼盖缺失所带来的布置支撑的困难，并是受力更加合理。由于上述原因，再加上总工期的缩短，因而对于具有多层地下室的高层建筑，采用逆作法施工具有明显的经济效益。

(2)社会效益

采用了逆作法，＋0.00层平板结构先完成，可以利用结构本身作内支撑。由于结构本身的侧向刚度是无限大的，且压缩变形值相对围护桩的变形要求来讲几乎等于零。因此，可以从根本上解决支护桩的侧向变形,从而使周围环境不至出现因变形值过大而导致路面沉陷、基础下沉等问题，保证了周围建筑物和管线的安全。

采用逆作法施工，地下连续墙与土体之间粘结力和摩擦力不仅可利用来承受垂直荷载，而且还可充分利用它承受水平风力和地震作用所产生建筑物底部巨大水平剪力和倾覆力矩,从而大大提高了抗震效应。我国是个地震多发区,对地震的防治是必不可少的，从建筑业角度来说，采用适宜的施工工艺便可将地震带来的危害降低到最小，逆作法施工便具有这样的优点，所以在深基坑支护中大量运用逆作法具有广泛的社会效益。

8  小结

作为新式技术，逆作法被用作常态流程内的基坑支护，适合了多层架构的地下室建造。逆作法特有的施工进程可用于偏窄场合，在较短时段内即可完工。逆作法涵盖了细化的多样要点，例如竖向施工、基坑底侧必备的土体加固。逆作法来自于归结获取的施工经验，可被采纳并推广。在技术进展的态势下，有必要依循信息化流程内的施工查验来识别细微的施工偏差，而后及时予以调整。这样做从根本上确保了地下构架是稳定的，规避了多样的支护偏差。

参考文献

（1）潘臻峰，傅钱挺．逆作法技术在建筑工程施工中的应用[J]．中国科技信息，2014，（Z2）

（2）赵翔，王杰光．逆作法施工技术在大型深基坑工程中的应用[J]．土工基础，2014，（6）

（3）钱帅．浅析逆作法施工技术在建筑工程中的应用[J]．中华民居（下旬刊），2014，（10）

（4）李耀，李营营．浅谈高层建筑工程中逆作法施工技术的应用[J]．科技与企业，2015，（1）

（5）邢学军．高层建筑工程中逆作法施工技术的应用[J]．中国市场，2015，（26）

（6）]赵慧勇．浅谈高层建筑工程中逆作法施工技术的应用[J]．江西建材，2015，（20）

作者简介

第一作者简介：刘嘉浩，项目部技术负责人，工程师

通讯作者：汪海港，中国建筑第二工程局，技术员

联系地址：广东省广州市南沙区横沥岛深业南沙横沥岛项目部