逆作法取土口包络设计分析和现场施工措施

吴伟秋

上海市建设工程安全质量监督总站 上海 200032

逆作法施工中的取土口的位置留设，一般有3个原则：尽量均匀分布，保证一定的开洞率，尽量利用核心筒位置。围护阶段的取土口设计计算时：竖向计算，与结构楼板计算类似的方法，建模后施加竖向荷载，对弯矩、剪力受力及配筋进行计算，一般按纯弯构件设计；水平向计算，以剖面计算出围压，施加于这个楼板轮廓，计算出出土口加固梁水平方向轴力、弯矩、剪力，并复核其配筋。反映至现场施工图中主要是在结构图的基础上增加取土口边梁的梁宽和配筋，配筋在增加上下皮主筋的同时，增加梁侧钢筋。

围护阶段完成后，结构施工时部分取土口边梁需要恢复成结构设计，主要原因为：围护的梁板体系与结构梁板体系不一致；围护加宽的梁与建筑安装管道位置冲突；取土口位置围护增加的临时支撑梁。故在现场围护阶段施工时，需充分考虑结构梁的位置以及配筋情况，在围护施工中结合结构设计（即所谓包络设计），在施工中需充分考虑到后续需要拆除的部分，以及恢复到结构图纸时结构体系的完整性。

本文以上海市第六人民医院骨科临床诊疗中心项目逆作法施工为工程背景，地下室采用逆作法结构施工，针对逆作法施工过程中取土口位置包络设计的现场施工取舍，围护阶段过后进入到结构阶段的取土口边梁位置的结构形式恢复的现场施工措施。最后，结合施工情况和设计的目的和意图，在总体考虑建筑和安装功能的前提下，对取土口位置设计以及现场施工时采取的优化措施进行分析，为逆作法施工的整体施工效率和后续回筑处理提供良好的基础。

1 逆作法取土口选取

逆作法施工的整体流程为先施工地下室顶板，利用结构楼板作为围护阶段的水平支撑体系，再依次向下施工地下室楼板，最后完成地下室底板。逆作法取土口则主要用作地下室结构楼板和底板施工时土方的外运和材料的运输，在底板完成后，自下而上依次地进行封闭。

逆作法取土口放在核心筒的位置，施工时会比较方便。以施工单位的用途出发，取土口的设置主要包含挖土、材料运输、混凝土浇筑以及后续封板的便利性。

背景工程的取土口布置如图1所示。

图1 工程取土口布置示意

其中1#、2#、3#取土口布置位置为核心筒位置，其他取土口布置总体考虑了现场地下室顶板的交通组织，分散布置，在满足设计主要原则的前提下，根据现场施工的情况，考虑挖土、运输、浇筑及封板的便利性，分析如下：

1）挖土减少下部翻土的范围，保证翻土间距在30 m以内，保证最远端2次翻土可以至取土口位置。

2）材料运输与挖土分块施工结合，以保证每个分块在土方开挖完成后有独立的材料运输口；同时保证未设置在深坑区域的取土口在场地内均匀分布，以便于材料运输。

3）混凝土浇筑上，充分考虑可利用汽车泵浇筑的区域，在取土口投影范围以及外扩10 m范围采用滑槽均可利用汽车泵进行混凝土浇筑，同时在汽车泵浇筑范围以外的区域提前预留浇筑洞口，方便固定泵的架设。

4）结构封板回筑的考虑，尽量保证取土口区域不在地下室夹层范围内，同时位于核心筒设置的取土口边梁体系需与核心筒剪力墙相对应，施工时利用边梁作为剪力墙的一部分进行预留筋。

2 逆作法取土口边梁的包络设计

逆作法施工利用结构楼板作为围护的水平支撑体系，同时在结构楼板上增加了取土口的设置，在取土口位置会产生较大的应力集中状态，除了顶板作为交通组织通道需要受到更大的施工荷载以外，侧向的围护压力也增大了。

在施工时，边梁的加宽通常表现为沿结构梁中心对称向两侧加宽，配筋上主要为了增大梁的上下皮钢筋，同时增加梁侧的侧向筋，重设设置围护的箍筋体系，背景工程中，围护梁的加高与加宽如图2、图3所示。

图2 围护梁对结构梁加高加固处理

图3 围护梁对结构梁加宽加固处理

从图2、图3中看可以看出，常见的取土口围护梁的加固基本上分为加高和加宽，且从实际情况来看，主要为加宽。现场从实际考虑需按围护和结构的较大值进行取值（即包络设计）。

围护结构包络，考虑到后续的结构恢复，需设置2套钢筋体系：

1）主筋按照大的设置，外侧和内侧不重叠的部分分别设置结构钢筋体系和围护钢筋体系，重叠的部分根据钢筋间距分析，围护钢筋为5根φ25 mm钢筋，结构钢筋为4根φ22 mm钢筋，故重叠区域按照围护进行配筋。

2）箍筋体系分别设置，加固梁分别设置2套箍筋体系，如图4所示。

图4 围护梁与结构梁钢筋包络设计

箍筋的分配根据后续拆除的情况可优先设置结构箍筋，围护箍筋体系在两侧采用开口箍的形式焊接连接，如图5所示。

图5 围护梁箍筋体系采用开口箍

3 逆作法取土口加固的形式

取土口开洞的内部加固形式，常规设计考虑通常为对撑加固形式，对撑中间同样利用结构梁的体系进行加固。但考虑到现场的材料运输情况，钢筋的下料长度通常为9、12 m这2种，根据常规结构一跨的长度为8.4 m，扣除梁的尺寸位置，对角线长度仅10 m。根据现场实际情况，钢筋成捆吊装时，考虑钢筋捆宽的前提下，长9 m的钢筋运输十分困难，长12 m的钢筋则无法正常吊运。

取土口现场施工时，根据材料运输情况可酌情更改为八字撑的加固形式，如图6所示，材料运输空间在14 m左右，八字撑根据现场的建筑安装情况可在后期进行切除。局部设计需考虑房间的具体功能情况，若不影响安装和建筑功能净高，则在取土口封板时剥除梁上表皮和回筑结构板一起施工，而不需进行拆除。

图6 取土口对撑改八字撑

4 逆作法取土口边梁加固的影响和拆除

在围护阶段完成之后，即地下室底板完成后，需考虑对取土口位置加固边梁的拆除，主要原则为考虑其对建筑和安装功能的影响，其次考虑外表面形式的美观。主要的影响情况根据现场的情况进行分析，主要包含：安装的管道井、电梯的井道、建筑局部净高和安装风管安装。围护结束后，针对上述的影响区域进行拆除，现场施工拆除的方式为切割拆除，为满足拆除后的结构受力体系，故结构和围护的钢筋体系需在施工时同时进行配置，但可根据对建筑和安装影响的情况，对围护梁加固的形式进行调整。

5 逆作法取土口边梁加固优化调整

对安装井道和电梯井道的影响通常为加固梁加宽的形式，故针对影响的方向，分为以下2种情况进行优化调整：

1）安装管道冲突的位置如图7所示，根据管道冲突的方向，对加固梁的位置进行偏移，如图8所示，使得冲突的位置位于加固位置的一侧，以便于对围护梁加固的拆除。

图7 管道冲突位置平面示意

图8 加固梁的位置进行偏移

2）电梯井道位置涉及两侧均存在电梯井道的情况，可根据电梯井道隔墙厚度，对该加固梁的形式从加宽改为加高，宽度设置与电梯井道的隔墙宽度相同，以减少后期的影响。

3）对建筑净高的影响，加固梁的主要措施为梁底标高根据结构标高走，设置成双层梁结构，面标高突出（反梁），后期影响拆除时为板面切割拆除，施工相对难度减少。

6 逆作法取土口边梁现场优化措施

根据现场的建筑安装功能情况对取土口边梁优化后，现场施工时首先需按照结构和围护的包络设计进行2套钢筋体系的配筋配置，同时在施工时需考虑后续的拆除工况。采用切割法拆除现场需满足链条的穿孔和吊装的吊装位置，故在结构施工阶段可采取提前预留波纹管孔洞的方式，如图9所示。

图9 加固梁切除区域开洞预留

预留洞位置沿切割线的内侧，在浇筑混凝土前提前预留波纹管。

7 结语

通过在背景工程中对位置、影响及现场施工的优化和预留进行考虑，充分结合建筑、安装、结构、围护设计，对碰撞区域充分优化，也结合施工单位的现场经验优势，调整取土口的局部布局以及后续工况需求，具体如下：

1）通过取土口选取位置需综合考虑的因素、其对施工后续工况的影响等，为后续工程取土口位置的选取及前期的总体工况考虑提供经验。

2）对取土口的形式及功能做了分析，有利于了解后续工程中取土口对施工流程的影响。

3）综合考虑了取土口设计加固的情况，为现场提供实际包络施工方法。

4）针对后期的影响及拆除的范围进行明确，为设计及施工需提前考虑的部位做了相应的说明。

[1] 白磊.逆作法施工中的土方开挖关键技术[J].建筑施工,2017,39(7):965-968.

[2] 张瑞.逆作法施工中的基坑取土口快速封闭技术[J].建筑施工,2017,39(5):615-616.