某超高层建筑逆作法关键技术研究和应用

陈加才

(福建省九龙建设集团有限公司 福建厦门 361008)

0 引言

1 工程概况

某超高层建筑(图1～图2)地处福州市区中心地带，西面毗邻古田路并与地铁水部出口连接，东南面临近老旧建筑物，为1幢28层框架-支撑芯筒结构办公楼、1幢24层框架-支撑芯筒结构酒店，2幢高层由5层商业裙楼相连接，满堂布置四层地下室。单层地下室面积达9936，实际开挖深度约18.50 m。

图2 闽投营运中心俯视图

该工程与地铁二号线相邻，场地周边地下管线密布。根据福州市地铁保护管理有关规定和地方技术标准，对紧邻地铁侧周边50 m为保护区，临近建筑基坑变形要求不得大于30 mm；场地周边工程环境条件复杂，且地下工程施工工期要求短。

场地分布有厚度1.00 m～4.60 m的杂填土、厚度3.90 m～22.80 m淤泥、淤泥夹砂5.80 m～18.90 m ,(含泥)粗砂1.90 m～22.40 m粉质粘土强透水的砂砾卵石层5.8 m，场地岩土工程条件复杂，如图3所示。

图3 地质剖面图

针对场地周边工程环境条件、岩土工程条件、施工和施工期等条件，本项目深基坑工程从保证施工质量、安全和工期等方面考虑，4层地下室基坑支护采用“两墙合一”地下连续墙，盖挖逆作法施工方案，减少了基坑支撑工序和保证施工作业面，既可以与地铁同步施工，又可以缩短工期和增加施工作业面，将基坑变形对地铁的影响减少到允许值范围内，直接经济效益明显。

该工程两座塔楼采用框架-支撑芯筒结构体系[2]，外框架由钢管混凝土柱和钢筋(型钢)混凝土梁组成，内核心筒由矩形钢管混凝土柱和型钢支撑组成。有别于传统的钢筋混凝土剪力墙核心筒，采用支撑芯筒可以减轻核心筒的自身荷载，对基础设计产生直接经济效益；同时主体芯筒的钢管混凝土柱可以同时作为逆作法支撑体系的一部分，避免了传统剪力墙需要设置托梁的工序，充分利用主体结构，上下同步逆作法施工，减少了工期。该工程桩基设计采用旋挖扩底灌注桩，实现了“一桩一柱”，满足施工阶段和使用阶段两种工况下，最大抗压力和最大抗拔力[3]。

2 逆作法关键技术分析和对策

2.1 界面层的选择及其取土口设置

界面层一般可选择地下室顶板或地下一层楼板。根据与现有场地标高的关系，考虑土方外运方便，且充分利用已完成的界面层作为材料堆置场或施工作业场；避免了采用临时支撑的浪费现象。经与设计沟通，最后确定地下室顶板作为界面层。并同时考虑大型长臂钩机及大型土方车辆进出的施工荷载，通过对土方开挖路线上的顶板进行局部结构加固(塔楼部位结构楼板厚度300 mm，其余顶板厚度均为400 mm)以满足受力要求。

原设计界面层上的土方开挖预留的临时取土口只有3个(具体预留位置如图4黄色部位)。根据地勘资料，基坑开挖深度范围内地层岩性主要土为高灵敏度、高压缩性、强度低的淤泥质土，小型钩机盘土最长距离不能超过10 m。因为盘土次数最多两次，如果盘土超过两次，淤泥质土受扰动结构易被破坏，造成强度降低使小型钩机无法在其上面行走。经与结构设计商定，最后增加到6个土方开挖预留临时取土口，且加大了洞口尺寸(如图4绿色部位为新增加的3个取土口)。

图4 取土口布置图

取土口1原为消防水池和人防口部，土方开挖阶段因为跨度及墙体位移等因素，设置槽钢抱撑，坡道位置设置槽钢抱撑，如图5所示。

2)安全性：五防服务器本身融合操作权限管理等设备防误闭锁方面的所有功能，可完整独立地实现设备防误功能。

图5 取土口临时支撑图

取土口2原设计为裙楼及联通地下室的自动扶梯，土方开挖阶段采用在钢管柱上预留设置牛腿，增大开挖洞口尺寸。

取土口3原设计为是风井、电梯井以及楼梯，在开挖阶段先设置临时钢管支撑，待主体封顶后拆除支撑后再施工电梯井及楼梯。

2.2 地下室底板完成前界面层以上主体结构施工层数

逆作法可以通过界面层上下同步施工，在围护结构和竖向结构施工完成后，界面层就是逆作法的首层水平结构，如图6所示。

图6 逆作法施工BIM模拟图

但是上下同步也有条件，在地下室主体结构尚未全部施工完成(即地下室底板施工完成)之前，由于缺少基础的协同作用，结构在逆作阶段对竖向支承桩不均匀沉降尤其敏感。地上主体结构施工层数受到桩基受力和变形要求限制[4]。

经类比分析(施工阶段桩基承受的竖向力不超过永久使用阶段桩基承受的竖向力)。基于安全考虑，福州闽投营运中心地下室底板结构(地下四层底板结构)尚未完成之前上部结构(界面层以上主体结构)施工控制至10层以下。

2.3 “两墙合一”的地下室外墙防水技术质量控制

逆作法的地下室外墙大多采用“两墙合一”的地下连续墙，既作为地下室基坑土方开挖的围护结构，同时作为地下室的永久外墙，又与竖向支承桩柱同时作为支承逆作法的竖向受力结构[5]。

“两墙合一”的地下连续墙由若干个单元槽段组成，地连墙的单元槽段接缝处容易出现渗水现象。为避免渗水，在地下连续墙的单元槽段接缝处采用内外两侧设置两层防水措施。内侧设置结构壁柱作为内衬结构，即地连墙每幅槽段接头处均设置止水壁柱，结构梁位置设置结构壁柱。壁柱尺寸为400 mm(厚)×1200 mm(宽)，且在壁柱之间浇筑400 mm厚钢筋混凝土；且内外侧均设置隔水加固措施，即三轴水泥土搅拌桩。

为达到防水效果，后续槽段开挖后，必须对前槽竖向接头进行清刷，清除附着泥浆杂物。在施工壁柱前，地连墙与内衬结构连接处应凿毛并清洗干净，找出原先预埋在地连墙里的连接钢筋或钢筋接驳器，并与壁柱钢筋焊接。必要时，还应做特别防水处理。

为解决地连墙的单元槽段接缝处渗水现象，另一种做法就是采用引流方式。除了在单元槽段接缝处设置止水壁柱，作为内衬结构和结构梁位置设置结构壁柱外，改为在地连墙内侧200 mm处设计500 mm高砼反口，与地连墙形成导流沟，利用导流沟将地连墙渗漏出的水同层排至相应收集口，并在壁柱内衬墙壁柱底部埋设100 mm直径的PVC排水管引水，如图7所示。

图7 导流沟详图

本工程最后采用引流方式，即采取宜疏不宜堵的防水措施有效解决“两墙合一”地下室外墙的渗水问题。

3 核心筒采用矩形钢管混凝土柱和型钢支撑组合而成的支撑芯筒抗侧力体系

图8 钢管柱核心筒

本工程逆作法的核心筒，采用矩形钢管混凝土柱和型钢支撑组合而成的支撑芯筒抗侧力体系(图8)，代替传统的钢筋混凝土剪力墙核心筒，减轻了核心筒的自重，同时也减轻了地基与基础的荷载。从结构受力计算考虑又可以方便地调整支撑布置和刚度。即通过调整支撑的截面、支撑的布置来实现刚度的调整，达到调整整个核心筒抗侧刚度的目的。如果按照传统的钢筋混凝土剪力墙核心筒进行结构设计，本工程核心筒剪力墙厚度至少400 mm～500 mm，特别针对层高突变的避难层、设备层，刚度的调整难度更大；从施工角度来说，主体芯筒的矩形钢管混凝土柱，可以同时作为逆作法竖向结构支撑体系的一部分，不用像传统做法那样需要设置托梁，加快施工进度，节省工期，有效减少施工成本。

4 结论

通过某超高层建筑的逆作法实际施工实践，对软土地区深基坑工程逆作法施工过程存在的关键技术问题进行研究和分析，提出了安全可靠、经济可行的对策和措施。

逆作法施工过程中，对于界面层的选定及其取土口的设置，应根据现场实际及其地质条件适当增加或修改取土口位置和数量，以便于现场实际取土和运输；地下室底板完成前界面层以上主体结构施工层数的确定，一般为设计单位经过结构计算，根据竖向结构受力及其围护结构分析确定上部结构施工层数；采用“两墙合一”的地下连续墙地下室外墙防水问题，也是逆作法比较难以解决的通病。本工程施工还存在一定不足，希望以后在此技术方面能有更深入的研究，而采用矩形钢管混凝土柱和型钢支撑组合而成的支撑芯筒抗侧力体系作为核心筒则，是逆作法中目前较为完美结构体系，非常值得推广应用。

以上逆作法关键施工技术的研究分析和应用，可为软土地区地下工程逆作法设计施工过程提供借鉴。