高层建筑地下室逆作法施工探讨

罗邦岳　陶若文

摘 要：逆作法是相对于建筑物施工的常规顺序而言的。地下室逆作法施工是利用地下室的楼盖结构、梁、板、柱和外墙结构作为基坑围护结构和基础施工的支撑结构，在坑内的水平支撑体系和围护体系由上而下进行地下室结构的施工，与此同时可进行上部结构的施工。所以其施工顺序是自上而下进行，地下结构、基坑支护以及因逆作而带来的特殊要求，都需要在结构设计中加以解决。

关键词：高层建筑；地下室施工；逆作法

1 逆作法施工概述

逆作法就是带有多层地下室或深基坑的建(构)筑物施工的中间支撑桩及地下连续的墙的支持作用，首先浇灌顶板、梁，其次浇灌地下空间的楼板、梁、剪力墙，最终浇灌底板而同时仍进行上部结构施工的一种与正常施工顺序截然相反的施工技术。

逆作法施工，可分为“封闭式逆作法”(全逆作法)和“开敞式逆作法”(半逆作法)。从理论上说，全逆作法以地下某层楼板为工作面，利用地下室结构作为水平、垂直支撑，地上、地下两个方向同时进行立体交叉施工，可较大幅度地缩短施工周期，应予优先采用，但因其接面基本封闭，给地下室施工带来很多困难，且中间支承柱要承担上部结构荷载及施工荷载，其截面需增大，从而加大工程成本，因此，在逆作方式选择时，应结合工程具体情况作细致的权衡比较，从而确定最优的施工方案。

一般来说，当场地条件较好，有足够的作业面时，首选方案是全逆作法施工;反之，当场狭窄，上下同时施工有困难时，应对全逆与半逆方案的工期及费用进行仔细测算，并综合考虑质量、安全及施工难度等因素后确定最终方案。

还有一种做法，即当上部工程可分为主、附楼二期施工，且主楼落底面积与地下室占地面积的比率不是太大时可采取主楼部分地上、地下同时全逆作施工，待附楼地下室施工完毕后再进行上部主体施工，这样既保持了工程的整体工期，又减少地下室的施工困难。不失为一个好的方案。

2 逆作法施工的特点

消耗社会资源少，该方法利用柱下桩及基坑周围地下连续墙(系指基础在地下水较高及淤泥质层工况条件下采用)作为逆作法施工单位期间承受地上、地下结构荷载及其施工的构件;利用地下室梁、楼板，作为基坑的支撑，其中柱下桩的深度、柱径与地下连续墙的深度、厚度需经过计算确定。

地下多层逆作法挖土采用地下室首层梁板结构完成后，由专用取土设备与人力相结合在楼板底下挖土，挖至下一层楼板标高后，灌注该层梁板，然后再用相同方法挖土，灌注梁板混凝土，直到地下室底板完成。

地下室各层的混凝土梁、板模均采用土模，剪力墙的外模采用土模，内模采用钢模等定型模板，简化施工程序，减少了支模工料。

逆作法施工土方，采用人力开挖，坑底水平运输与取土设备垂直取土，然后将挖出的土方提升装车外运。

是施工高层建筑多层地下室的有效方法，与传统的大开挖方法相比，用逆作法施工深基础，可以缩短工程的总工期，降低工程的总成本，同时工程所处的周围环境及季节对工程施工影响小。

周边的地下连续墙(或柱列式地下连续墙)既可作挡土截水结构，又可作为地下工程的外墙(或基础桩)，降低成本。

与通常的开挖施工相比，逆作法施工不会发生因为对基坑换撑而引起支撑系统内力重分布，从而导致周围环境位移。亦不存在(如果是混凝土支撑)爆破振动与支撑突然卸载对周围环境的危害。

支护体系就是永久地下室，刚度大，挖土过程变形小，环境安全更有保障。

逆作法施工只开挖有效范围的土方，与传统大开挖相比减少了土方工程量和运输量。

逆作法克服了传统开挖施工的缺点，避免了大基坑长时间暴露而导致边坡风化和护极间土的塌落。

2 逆作方法的选择主要考虑的内容

基坑深度目前高层建筑地下大部分是二层(一层用于停车场，另一层是设备层)发展到三层，但也有多层地下室，国内最深的是北京外经贸委综合楼地下六层地下开挖深度为-26.68m，国外最深的地下室是地下13层，地下越深，施工的难度越大。选用逆作方法，首要考虑的是地下深度问题。

工程地质土层构造是考虑选用逆作法又一重要因素，土层较好，虽然四周环境较差，可以采用简单可行的逆作方法，如上层较差、四周环境又稍好、必须采用可靠的逆作方法。因此在确定逆作方法前，必须对工程地质进行详细地勘察，切忌简单从事。

地下水对基坑开挖的影响更大，在基坑开挖中不论采用何种逆作方法，勘察单位不能忽视水文地质勘察工作，所以一定要在施工前将地下水的形成及种类要调查清楚，是承压水、渗流水、还是上层滞水以及水头大小，土层的渗透系数等，以便选用合适的止水方案和降水措施使逆作施工时，不致因水的患害造成基坑失误。

基坑四周的环境也是决定选用逆作方法的重要因素，四周的环境除了地上建筑距基坑的远近之外，对地下各类管线、电缆的调查特别重要，一定要调查落实，不致因逆作施工破坏四周的地下工程，对基坑产生次生灾害。

3 逆作法施工流程设计

逆作法施工流程的设计应考虑以下几点因素:

工程的具体条件和要求:工程中采用逆作法的原因很多，如环境保护要求较高，常规顺作开挖施工变形较大，采用逆作法达到保护环境的目的，此时上部结构不一定要求同时施工;工期紧张要求采用逆作法，上部结构必须与地下结构同时施工，而且对上部结构还有一定的层数要求;从降低造价的经济性角度要求采用逆作法等。不同的要求对应的逆作法施工流程通常是不同的。

主体结构形式:主体工程的结构形式对逆作法的适应性是不同的。如超高层建筑竖向受力构件的重要性决定了其主楼不适合采用逆作法，而往往只在其裙房采用逆作，因此其地下结构往往是逆作结合顺作的施工流程;而如地铁和地下车库等单建式地下结构由于埋置较深，通常需要在逆作法施工中增加临时支撑等措施。因此，应在满足主体结构设计要求的前提下进行逆作法流程的设计。

施工的可操作性:逆作法流程的设计应保证每一设计工况阶段施工的可操作性。逆作法的设计应与施工方法充分结合，充分考虑到逆作法的施工问题，如土方开挖和进料、混凝土构件的逆向施工、施工的操作空间、临时构件与永久受力构件的施工转换等问题。

4 逆作法工作机理

逆作法施工是一个分步的施工过程，结构的主要受力构件兼有临时结构和永久结构的双重功能，其结构形式、刚度、支承条件和荷载情况随开挖过程不断变化，结构受力不仅与施工方法、开挖步骤和施工措施关系密切，而且荷载效应存在继承性，即这一施工过程在结构中产生的内力和变形，是前面各施工过程受力的继续，使用阶段的受力是施工阶段受力的继续。在逆作法中地下结构外墙同时作为基坑围护挡土墙，地下结构各层楼板结构同时作为水平支撑，地下结构的部分竖向构件(结构柱和桩)同时作为底板浇筑前的竖向支承构件。这三部分构件的共同作用完成了地下结构的逆作法施工。

地下结构外墙作为施工阶段的挡土结构主要承受横向荷载，同时也承受水平构件传来的竖向荷载，横向荷载通过水平楼板结构承担，而竖向荷载在结构内部的竖向构件和外墙之间分配。在基础底板施工后，由于底板的调整分配作用，竖向荷载在外墙和桩基之间进行分配。

地下结构水平构件作为支撑的设计，应充分考虑水平支撑在基坑开挖过程中的受力特点:在满足主体结构要求的同时，选择合理的结构形式;在保证竖向承载的同时，满足水平方向的承载能力。由于地下结构水平构件作为支撑的支撑刚度远大于临时支撑，逆作法的基坑变形较小，因此宜采用静止土压力设计计算作为支撑的水平构件。

逆作法中竖向构件的设计应在主体结构竖向构件设计的基础上，满足在基础底板完成前上部结构的施工层数要求。由于基础底板尚未形成前，竖向构件均为单独受荷，因此应提高该阶段竖向受力构件的安全度。同时应注意在逆作法的基坑开挖和形成结构过程中，由于垂直荷载的增加和土体的卸载，将会影响边墙和内部一柱一桩等竖向构件沉降的差异，因此而产生的对结构体系的影响比顺作法严重得多。竖向支承系统过大的差异沉降，不仅会在水平构件中产生较大的附加应力，而且会给节点连接带来困难，设计中应给予充分考虑。在对逆作法主体地下结构与围护结构的结合进行整体分析的同时，应对逆作法中的施工问题给予充分考虑。

参考文献

[1]徐至钧，赵锡宏.逆作法设计与施工.北京:机械工业出版社.2002.

[2]黄熙岭.高层建筑地下结构及基坑支护.北京:宇航出版社1994.