逆作法施工
簡(jiǎn)介
逆作法施工技術(shù)是高層建筑物目前最先進(jìn)的施工技術(shù)方法。
一、原理
先沿建筑物地下室軸線或周圍施工地下連續(xù)墻或其他支護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)建筑物內(nèi)部的有關(guān)位置澆筑或打下中間支承樁和柱，作為施工期間于底板封底之前承受上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的支撐。然后施工地面一層的梁板樓面結(jié)構(gòu)，作為地下連續(xù)墻剛度很大的支撐，隨后逐層向下開(kāi)挖土方和澆筑各層地下結(jié)構(gòu)，直至底板封底。同時(shí)，由于地面一層的樓面結(jié)構(gòu)已完成，為上部結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造了條件，所以可以同時(shí)向上逐層進(jìn)行地上結(jié)構(gòu)的施工。如此地面上、下同時(shí)進(jìn)行施工，直至工程結(jié)束。
二、分類
逆作法可以分為全逆作法、半逆作法、部分逆作法、分層逆作法。
三、工藝特點(diǎn)
（1）可使建筑物上部結(jié)構(gòu)的施工和地下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工平行立體作業(yè)，在建筑規(guī)模大、 上下層次多時(shí)，大約可節(jié)省工時(shí)1/3。 （2）受力良好合理，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量小，因而對(duì)鄰近建筑的影響亦小。 （3）施工可少受風(fēng)雨影響，且土方開(kāi)挖可較少或基本不占總工期。 （4）最大限度利用地下空間，擴(kuò)大地下室建筑面積。 （5）一層結(jié)構(gòu)平面可作為工作平臺(tái)，不必另外架設(shè)開(kāi)挖工作平臺(tái)與內(nèi)撐，這樣大幅度削減了支撐和工作平臺(tái)等大型臨時(shí)設(shè)施，減少了施工費(fèi)用。 （6）由于開(kāi)挖和施工的交錯(cuò)進(jìn)行，逆作結(jié)構(gòu)的自身荷載由立柱直接承擔(dān)并傳遞至地基，減少了大開(kāi)挖時(shí)卸載對(duì)持力層的影響，降低了基坑內(nèi)地基回彈量。 （7）逆作法存在的不足，如逆作法支撐位置受地下室層高的限制，無(wú)法調(diào)整高度，如遇較大層高的地下室，有時(shí)需另設(shè)臨時(shí)水平支撐或加大圍護(hù)墻的斷面及配筋。由于挖土是在頂部封閉狀態(tài)下進(jìn)行，基坑中還分布有一定數(shù)量的中間支承柱和降水用井點(diǎn)管，目前尚缺乏小型、靈活、高效的小型挖土機(jī)械,使挖土的難度增大。但這些技術(shù)問(wèn)題相信很快會(huì)得到解決。
四、推廣應(yīng)用逆作法
推廣應(yīng)用逆作法，能夠提高地下工程的安全性，可以大大節(jié)約工程造價(jià)，縮短施工工期，防止周圍地基出現(xiàn)下沉，是一種很有發(fā)展前途和推廣價(jià)值的深基坑支護(hù)技術(shù)，在遼寧、上海、廣州這類地區(qū)應(yīng)用逆作法施工高層建筑深基坑較多。較典型的有上海特種基礎(chǔ)工程研究所辦公樓，位于上海西南角徐家匯天鑰橋路。該建筑物地下2層，地上5層，底板埋置深度為-7.30m。為了探索基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，以期縮短施工總工期，大樓采用了逆作法施工技術(shù)并取得了成功。又如，由上海第二建筑工程公司施工的恒積大廈工程以逆作法施工地下4層、地上22層，基坑深17m,施工僅用了5個(gè)月，整個(gè)工期明顯加快，并減少支撐費(fèi)用400萬(wàn)元，周邊管線沉降僅為15mm,四周道路及民房位移均在5mm以內(nèi)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。由此在上海地區(qū)掀起了一股逆作法熱，其后相繼有明天廣場(chǎng)、京沙住業(yè)大廈等數(shù)十項(xiàng)工程采用逆作法施工。 目前，逆作法已頒列入2001年頒布的中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范；各地也陸續(xù)公布了地下室逆作法施工工法（yjgf02-96）和（yjgf07-98），由此可說(shuō)明逆作法施工已日趨成熟，其在深基坑支護(hù)中的前景樂(lè)觀。如果說(shuō)上個(gè)世紀(jì)是逆作法起步時(shí)期，緊接著在全國(guó)范圍內(nèi)迅速發(fā)展和大量應(yīng)用之后，如今它正處于技術(shù)成熟期，將會(huì)有更大發(fā)展的全盛時(shí)期。
五、 逆作法步驟
1、 施工地下連續(xù)墻。經(jīng)計(jì)算地下連續(xù)墻厚度800mm，標(biāo)準(zhǔn)槽段長(zhǎng)度6米，深度18米左右，即到達(dá)基坑底面以下3-5米，且下端進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層不少于1.5米，以確保止水效果。槽段之間采用工字鋼剛性接頭。
2、 施工人工挖孔樁。人工挖孔樁分為基樁部分與上部空段兩部分。當(dāng)基樁部分澆灌到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以下1米時(shí)，便由工人下去安裝定位環(huán)并調(diào)校水平，然后由工人在下面扶正，卡位，保證其垂直度后，在地面用十字架固定鋼管柱上端，用高拋法澆筑管內(nèi)高強(qiáng)混凝土。
3、 開(kāi)挖至-4.5m標(biāo)高。此時(shí)地下連續(xù)墻處于懸臂狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得最大水平位移發(fā)生頂點(diǎn)處，約3.7mm，平面位置在矩形長(zhǎng)邊中部。施工首層樓面梁板及上部普通混凝土柱，在平面靠近第十八甫路處預(yù)留10米x10米出土口，方便運(yùn)輸。
4、 開(kāi)挖至-7 米標(biāo)高，施工負(fù)一層樓面梁板及上部結(jié)構(gòu)。在二層樓面梁安裝吊車梁，設(shè)計(jì)該梁時(shí)應(yīng)考慮吊運(yùn)土方和機(jī)械時(shí)的最大荷載，負(fù)一層樓面出土口位置與首層一致。對(duì)于地下連續(xù)墻而言，首層和負(fù)一層樓面的水平剛度可視為兩個(gè)鉸支座。但是出土口處的槽段應(yīng)設(shè)置腰梁和鋼支撐?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得最大水平位移發(fā)生頂點(diǎn)處，約5.3mm.此時(shí)上部結(jié)構(gòu)施工至三層樓面。
5、 開(kāi)挖至-14.3米標(biāo)高（地下室底板底），從-9.5米開(kāi)始即采用盆式開(kāi)挖，即在周邊留有4.5米左右的反壓土，以控制連續(xù)墻的位移，保證基坑安全。此時(shí)地下連續(xù)墻可視為下部為連續(xù)的彈性支座，上部?jī)蓚€(gè)鉸支座的連續(xù)梁，受荷形態(tài)簡(jiǎn)化為上三角形下梯形?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得最大水平位移發(fā)生在-9.7米標(biāo)高處，約13.2mm.此時(shí)上部結(jié)構(gòu)施工至七層樓面。
6、 施工負(fù)二層樓面主梁梁格，即樓板及次梁暫不施工，以便吊土，通過(guò)主梁和腰梁系統(tǒng)為連續(xù)墻提供一定的側(cè)向支承，其概念類似于對(duì)撐系統(tǒng)。
7、 完成其余土方工作，施工底板和負(fù)二層樓面，吊出挖土機(jī)，封閉出土口。至此地下室土建主體已完工，同時(shí)上部結(jié)構(gòu)也已封頂。在整個(gè)施工過(guò)程中，地下連續(xù)墻最大位移為14.3mm，位置在-11.3米標(biāo)高處，遠(yuǎn)小于規(guī)范限值?；又苓厛?chǎng)地未發(fā)現(xiàn)明顯下陷，鄰近房屋未見(jiàn)明顯裂縫，保護(hù)效果非常理想。
六、 心得體會(huì)
在整個(gè)逆作法的設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中，筆者從成功中獲得很多經(jīng)驗(yàn)，也碰到不少問(wèn)題，現(xiàn)就這一工程幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的處理方法作了整理，以供參考：
1、 設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)行逆向思維。在正作法中，地下室的剪力墻如核心筒、人防墻及地下室外墻等作為豎向構(gòu)件承擔(dān)荷載。但在逆作法中，剪力墻是先施工上一層，再施工下一層，受力模式已發(fā)生變化，故建立計(jì)算模型時(shí)應(yīng)按大梁輸入。
2、 鋼管柱與梁板的連接。本工程采用環(huán)梁節(jié)點(diǎn)，須預(yù)先在鋼管上焊接抗剪環(huán)箍，且定位要求精確。當(dāng)施工期間地下室標(biāo)高發(fā)生改動(dòng)時(shí)，其處理措施相當(dāng)麻煩，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)焊環(huán)箍操作困難，而且管內(nèi)混凝土可能因溫度過(guò)高而影響受力性能。
3、 鋼管柱吊裝的垂直度控制。由于逆作法的施工工藝的特殊性，決定了地下室的豎向構(gòu)件必須采用鋼管柱或格構(gòu)式鋼柱，而吊裝這一豎向構(gòu)件時(shí)如何控制垂直度成為關(guān)鍵因素，本工程先在樁頂標(biāo)高以下1米處安設(shè)一定位鋼板，定位鋼板有三個(gè)調(diào)節(jié)螺栓，以調(diào)節(jié)鋼板水平，鋼管柱中部采用鋼筋制成籠狀定位架，在地面也設(shè)有井字形定位木架，實(shí)踐證明，這種定位方法取得較高的精度，可以滿足工程需要。
4、 地下室樓面梁與連續(xù)墻的連接。在逆作法工程中。內(nèi)襯墻尚未完成，邊跨的樓面梁一端支承在鋼管柱上，另一端則必須支承在地下連續(xù)墻上。原設(shè)計(jì)思路在地下連續(xù)墻鋼筋籠中預(yù)埋鋼筋，地下室開(kāi)挖后鑿去砼保護(hù)層后，扳出鋼筋與梁鋼筋焊接即可，但由于施工誤差及建筑方案修改，這些預(yù)埋鋼筋位置偏差太大而失去作用，實(shí)際施工中采用植筋的辦法解決，因連續(xù)墻中鋼筋太密，將梁端彎矩適當(dāng)調(diào)幅到跨中。
5、 底板周邊連續(xù)墻連接處止水措施。這個(gè)部位的止水成功與否對(duì)整個(gè)地下室的止水乃至使用安全有著決定性作用。本工程地下連續(xù)墻鋼筋籠中與底板位置預(yù)埋一豎向鋼板，澆筑底板前焊接一水平止水鋼板，實(shí)際效果非常理想，底板周邊未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。
6、 樁基類型的確定。從鋼管柱安裝定位的要求來(lái)看，人工挖孔樁是較好的選擇，筆者曾在另一個(gè)工程中使用鉆孔灌注樁，由于泥漿的擾動(dòng)，鋼管柱難以保證垂直度，開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)偏心較大。就本工程的地質(zhì)情況而言，淤泥層和砂層比較厚，本來(lái)并不適合采用挖孔樁。但是，筆者認(rèn)為當(dāng)連續(xù)墻進(jìn)入不透水層（強(qiáng)風(fēng)化層）并且圍合之后，進(jìn)行坑內(nèi)抽水，在沒(méi)有水壓力的情況下挖樁發(fā)生涌土、流沙的可能性不大。事實(shí)證明，這一措施是有效的。
七、小結(jié)
某商廈已封頂并投入使用，從該工程實(shí)例看，逆作法與常規(guī)的施工方法相比有著不可替代的優(yōu)勢(shì)，譬如：
1） 顯著地縮短了工程施工的總工期，經(jīng)計(jì)算，本工程采用逆作法比采用正作法縮短了至少兩個(gè)月工期，取得一定的商業(yè)效益；
2） 基坑變形小，相鄰建筑物影響小，實(shí)測(cè)結(jié)果顯示基坑頂點(diǎn)變形不足20mm，周邊路面沉降量也極小，未造成不良影響；
3） 可最大限度地利用城市規(guī)劃紅線地下空間，在允許范圍內(nèi)盡量擴(kuò)大地下室建筑面積。
但逆作法目前仍存在一些急待解決的問(wèn)題，如連續(xù)墻與基礎(chǔ)樁間存在著不均勻沉降，連續(xù)墻槽段間的滲漏等，有待通過(guò)工程實(shí)踐取得改良措施。