逆作法在建筑工程地下室施工中的应用

徐世明

(浙江东南建设管理有限公司， 浙江 湖州 313000)

随着社会经济的快速发展，城市建设如火如荼，地下空间开发建设也成为各个城市发展的热点。逆作法施工技术在上海、深圳等大城市中已有较为成熟的运用。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。与此同时上部结构也可同时进行。以往传统的逆作法施工，一般都采用地下连续墙既做围护结构又做地下室外墙的“二墙合一”形式，工艺较为成熟。但也有一些项目为了降低投资，业主与设计单位在综合考虑基坑开挖等各因素后，放弃造价昂贵的地下连续墙，采用更为经济的排桩作为支护体系。

本项目采用以钻孔灌注桩挡土、梁板作为水平支撑的排桩围护形式。虽然希望裙房部分能尽早交付使用以产生经济效益，然而考虑到主楼结构复杂、抗震要求高，不想让主楼主要竖向受力构件过早地承受施工阶段引起的水平力等因素，因此采用主楼顺作、裙房逆作施工的方法，主楼与裙房之间设置后浇带。在裙房施工期间，主楼位置又作为裙房地下室挖土的取土洞口加以利用。

1 概 况

1.1 工程概况

本项目位于市中心商业区，是集多项建筑功能于一体的高档城市综合体，主要包括酒店式公寓、住宅、超市、商业配套等功能。工程总建筑面积 11.7 万m2，建筑高度 99.45 m，地下 2 层，地上 29 层；建筑基坑面积约 1.1 万 m2，呈长方形布置，基坑开挖深度约为 12.0 m。

1.2 水文地质情况

本工程场地地处第 4 纪松散层。依据钻孔地址编录、静压触探试验、室内土工试验成果和现场原位测试结果，将场地勘探深度范围内地基土划分为 10 个岩土层。其中③、④、⑩层个分为 3 个亚层，共计 16 个岩土工程单元层。各层工程地质特征自上而下叙述如下：①杂填土，②粉质黏土，③1粉土，③2粉质黏土夹粉土，③3粉质黏土，④1粉质黏土，④2粉质黏土，④3粉土，⑤中砂，⑥黏土，⑦粉砂，⑧黏土，⑨粉砂，⑩1全风化凝灰岩，⑩2强风化凝灰岩，⑩3中风化凝灰岩。基底主要处于③2粉质黏土夹粉土中。

拟建场地勘探深度内地下水有孔隙潜水和孔隙承压水。孔隙潜水赋存于上部①层杂填土、②层粉质黏土、③1粉土的孔隙中，富水性较弱，主要受大气降水的入渗及地表径流，并以自然蒸发向附近河流侧向径流排泄。孔隙承压水主要赋于④3粉土、⑤层中砂、⑦层粉砂、⑨层粉砂孔隙中，富水性中等，渗透性较好，以侧向迳流补给为主，深井抽水为主要排泄方式，水动态较稳定。

2 基坑支护方案

本工程围护钻孔灌注桩桩径为φ800 mm 和φ1 000 mm，桩间净距 200 mm，桩长分截面 18.4 m 和 21.8 m。止水帷幕主要采用φ850 mm @1200 mm 单排三轴水泥搅拌桩，整圈套打，桩长为 22.0 m。

水平支撑体系采用结构梁板，在钻孔灌注桩和地下室各层结构外墙增强暗梁之间，设置混凝土梁和混凝土板撑，从而形成水平传力体系，即±0.000 板利用结构主梁延伸直接支撑到围护桩的冠梁上，负 1 层及负 2 层板外墙外布置加强钢筋混凝土楼板作为支撑；沿基坑的四周在支护桩边共开 8 个1 200 mm×600 mm 的下人孔。外墙外的结构梁板配筋另由设计增强配置，以解决结构梁和外墙钢筋锚固要求。

本工程主体结构桩基为嵌岩钻孔灌注桩，以⑩3层中风化凝灰岩作为桩基持力层。工程桩共计 409 根嵌钻孔灌注桩。其中 108 根立柱桩由下部的钻孔灌注桩和上部插钢格构柱组成；钢格构柱截面尺寸为 550 mm×550 mm。该部分柱、桩即形成了逆作法施工中的“一柱一桩”支撑体系。裙房地下两层水平结构采用逆作法施工。待基础底板大体积混凝土浇注完成后，基坑北侧及东南侧主楼采用顺作法施工。

3 工程施工特点及难点

3.1 施工周边环境复杂

本工程地处市中心商业区内，施工现场周围人流较为密集，基坑三面紧邻市区主干道。因此，施工过程中要加强监测工作，同时注重协调好与周边的关系，做到文明施工。

3.2 施工现场场地狭窄

由于基坑地下室外墙距围墙很近，基坑外侧道路无法环通，施工场地极为狭小，对施工设备、操作空间都提出了难题。因此各阶段的施工作业如何合理利用 ±0.000 板作为车辆行走场地，科学地、因地制宜排布取土口、行车路线及材料设备堆放场地，是施工中的关键。

3.3 基础埋置深度大，施工精度要求高

施工前需要进行基坑支护及各项准备工作，逆作法施工对基坑支护施工的精度提出了更高的要求。

3.4 逆作法施工工艺复杂，组织协调工作量大

本工程采用钻孔灌注桩排桩围护的逆作法首次用于本地区两层地下室的基坑工程中，基坑开挖深度达到了 12.0 m。在围护与结构外墙之间 800 mm 空隙的节点处如何解决外墙防水及结构水平传力，是施工中要面临的问题与难点。

同时，由于本工程土方量较大，出土口较少受到限制，地下土方要多次倒运才能由地面的长臂挖机装车出土。使用机械相对较多，时间较长。由于受到条件限制，所有工序的材料必须在夜间准备妥当并转入地下，白天不能在地面上转运材料。

3.5 施工缝留设较多，处理要求高

采用逆作法施工，在结构柱、墙、板上要留置大量的施工缝。施工缝的处理工作量大，质量要求高，因此必须制定切实可行的措施。根据工程实际制定的措施，既要满足设计及规范的质量要求，又要考虑施工方便。

4 逆作法施工技术方案

4.1 基坑分区块施工

基坑总体呈长方形，东西方向长约 112.0 m，南北向约为 99.0 m。为了便于控制基坑暴露时间及合理安排人力、物力，根据工程原结构、后浇带划分情况及经专家论证批准的专项施工方案，本工程基坑划分为 6 个流水施工搭接段；工程北侧东、西两个区及南侧两个区作为主要取土口。

工程桩由北向南依次施工结束后，土方开挖和结构施工均由北向南推进。工程挖土采用盆式挖土+抽条挖土相结合的方式。由于基坑距离周边市区主干道都较近，所以基坑各个分区先分层开挖中心区并预留 10 m 盆边土，再对称开挖盆边区域。地面第 1 层土选用 1.2 m3大挖机明挖的形式直接装车运出；开挖至板底 1.8 m 左右浇捣 C20 混凝土垫层后，利用短钢管扣件式排架进行 ±0.000 结构层的施工。盆式明挖土时，要先确定支承柱的位置并做好明显标记，防止机械碰撞。在 ±0.000 顶板混凝土浇筑完成后，下层土方采用中小型挖机(0.4 m3～0.14 m3土斗)与人工相结合的方式进行暗式开挖，即将土方驳运至出土口处，由 ±0.000 板上的长臂挖机直接装车运输至卸点。由于工作面较小，盆式暗挖土宜先从出土口处开始，形成工作面后再向四周扩展。为了防止土体水平推力过大，挖土宜分层进行(每层挖土控制在 2 m 左右)。地下结构施工逐层向下开挖至底板；完成后，逐层割除主楼围护区域各道支撑，并顺作施工结构剪力墙和梁板至 ±0.00板。

4.2 取土口的布置

取土口的布置根据结构设计及现场分区进行。本工程着重考虑以下原则：每个取土口面积根据柱网间距控制在 8 m×8 m 范围内，取土口设置的位置同时应满足在底板抽条开挖时的出土要求；取土口水平距离既要满足挖机最多只能两次翻土的要求，避免多次翻土引起土体过分扰动，又要尽量满足在暗挖阶段自然通风的要求。考虑到土层条件及挖土机械作业半径，取出口布置间距为 30 m 左右。

4.3 基坑降水、排水施工

根据工程地质勘察资料及开挖前降水试验，按每 300 m2设置 1 口降水井；扣除可能需要土体加固的位置，并考虑到降水井的损耗以及在布置降水井时避开洞口和立柱，现场共设 37 口深井。在深井中采用真空聚水、深井水泵抽水的方式来达到基坑降水和土体排水固结的目的。同时，在井管设置上下双滤头，以确保降水标高在坑底以下 1.0 m 左右。

对于雨水和地表水，在每层土体开挖后，及时做好明沟、集水井，以便及时将地面水排入地面排水系统。另外，在已浇筑的楼盖板上设挡水矮垛，防止雨水流入地下；对于暂时不用的孔洞，用钢板覆盖并在四周用临时围档封闭。

4.4 “一柱一桩”施工技术

由于逆作法的施工特点，自 ±0.000 首层开始向下的地下室各层楼面直到底板之间，全部荷载均由支承柱承担。本工程逆作施工的竖向支承柱为“一柱一桩”，即钢格构柱和立柱下钻孔灌注桩(坑底以下仍用钻孔灌注桩)。工程钢格构柱断面为 550 mm×550 mm，柱底进入钻孔桩混凝土 3 m，并且作为永久性的柱使用。由于支承柱受力的特殊性，故对支承桩的施工的定位和垂直度要求很高。根据工艺水平并经设计确认，本工程钻孔灌注桩的位偏差≤10 mm、桩孔垂直度＜1/300，成孔后的沉渣厚度小于 50 mm。对于支承钢格构柱，要求平面定位偏差≤15 mm，钢柱垂直度＜1/500。钢柱的制作要求严格，防止弯曲变形；钢柱安装时，采用特制的“定位纠偏架”，调垂采用“气囊法”控制。

4.5 水平结构与围护桩体的连接

若按常规逆作施工，地下各层结构的边跨位置须内退结构外墙一定距离，待逆作法施工结束后，再将结构外墙与相邻的结构梁板一起浇筑。本工程水平结构和外部围护体的连接是在各层梁板施工时一次性完成的，实用性较高。由于地下室外墙离围护桩体仅 800 mm，施工中将每层外墙暗梁进行了加强处理。在逆作施工阶段，框架边梁通过混凝土梁支撑、板撑和各道围檩相连接，以传递水平支撑力。

由于地下室外墙的暗梁和墙体实施分段施工，因此当外墙暗梁施工时，在其上下 200 mm 范围内设置宽 150 mm 的止水钢板和膨胀止水条，以解决外墙接缝的止水问题。

4.6 支撑柱与梁板节点施工技术

在逆作施工中，中间支撑柱与梁板节点的设计与施工主要是解决梁钢筋如何穿越中间支撑柱或与中间支撑柱连接，以保证在复合柱完成后，节点质量和内力分布与设计计算一致。本工程中间支撑柱与梁钢筋的连接主要采用钻孔钢筋连接法。在梁钢筋通过的中间支撑柱型钢上钻孔，将梁钢筋穿过。采用此办法节点简单，柱梁节点混凝土浇筑质量好，在实际施工过程中取得了较好的效果。

4.7 安全施工保证措施

由于逆作法施工的特殊性，在地下逆作法施工中，土方开挖安全是头等安全大事。在本工程中采用以下措施抓好安全施工工作。一是土方开挖施工时，不管是人工开挖还是机械开挖，施工、监理方都有专人 24 h 现场跟班，重点监控每次开挖的长度、高度和宽度，严禁超挖。二是在进行模板、钢筋安装和混凝土浇筑施工时，有专人在施工界面四周进行巡视。一旦发现异常情况，立即采取措施(启用应急预案)；待查明原因并确认无安全隐患后，方可继续施工作业。三是在进行土方暗挖、外侧墙巷道土方开挖、柱间及功能间人工开挖土方时，应确保照明、通风等设施的安全。

5 结 语

通过排桩围护体系在本工程逆作法施工的成功应用，克服了周边环境复杂和施工条件苛刻等不利因素，取得了良好的经济效益、环境效益和社会效益。基坑施工整个过程中的各项监控值均在设计预控范围内。

建筑工程地下室基坑逆作法施工采用排桩围护体系，相对于顺作法施工，基坑变形小，对周边环境影响较低，可为同类工程提供借鉴。