逆作法在佛山东平广场工程中的应用

薛文杰

1. 同济大学 上海 200092； 2.上海建工四建集团有限公司 上海 201103

1 工程概况

佛山东平广场工程位于佛山市东平新城文华南路、裕和路、君兰路所围合的区域，整个工程为交通枢纽综合体，功能包括交通枢纽中心、商业、办公、酒店、住宅等，总建筑面积694 185 m2。整个工程分三期开发建设，一期工程采用新型逆作法施工，将整个基坑划分成逆作法区、中心岛区及反压土区3 块，以地下连续墙为围护体，以反压土区为基坑南侧及东西侧部位围护体系的支撑，以逆作板带（含主楼A、B塔范围）为基坑北侧及东西局部区域支撑，形成整个基坑的地下室施工的围护支撑体系。整个逆作法区以核心筒、抗侧剪力墙及钢管柱为竖向结构，结构楼板为水平体系，形成对外围土体的支护结构，如图1～图3所示。

图1 逆作范围示意

图2 逆作区主楼平面示意

图3 逆作法典型剖面示意

A、B 塔地上48 层，建筑物总高度为163.0 m，地下4 层。建筑功能包括交通枢纽中心、商业、住宅等，建筑面积89 465 m2。A、B 塔，1～4层为商业用房，5层为架空层和空中住宅大堂，6层以上为住宅。结构形式为混凝土框支剪力墙结构，分别设A、B 两个核心筒，基础为钻（冲）孔灌注及抗侧剪力墙，地下室及裙房采用钢管柱内灌C60混凝土。

2 技术难点

（a）所有逆作施工的竖向结构对垂直度要求高，大量预埋连接件，均需精确定位，施工质量要求高；

（b）国内首次采用地下连续墙作为逆作法核心筒，可借鉴经验少；

（c）采用抗侧剪力墙、钢管柱等多形式的逆作结构，与水平结构连接节点多样，施工质量难度大；

（d）基坑局部地质差，淤泥质强度低，砂性土受水侵蚀易破坏，对逆作法的水平结构模板体系施工不利。

3 柱和墙的结构施工[1-4]

3.1 HPE 液压垂直插入钢管柱施工技术

本工程 A、B 塔主楼加裙房共计有44 根冲孔灌注桩，每根桩均插入钢管作为永久结构柱施工，钢管作为施工阶段的竖向支撑结构，同时兼作使用阶段的抗拔桩，钢管柱直径分别为1.5 m及0.9 m两种，其下部冲孔桩桩径分别为2.5 m及1.8 m（其中28 根Φ1.5 m的桩顶标高从地面至冲孔桩混凝土面深度为19.2 m；16 根Φ0.9 m的桩顶标高从地面至冲孔桩混凝土面深度15. m）。

施工时采用HPE液压插入机，在支承桩混凝土浇筑后、混凝土初凝前，将底端封闭的永久性钢管柱垂直吊起到液压插入机上，由液压插入机将钢管柱抱紧，同时复测钢管柱的垂直度。然后由上下2 个液压垂直插入装置同时驱动，通过其向下压力将钢管柱垂直向下插入，按照从下到上的顺序依次松开液压定位器，再由两个液压垂直插入装置同时将钢管柱向下插入，重复上述步骤，直至插入到设计深度要求。

3.1.1 HPE 液压垂直插入钢管柱施工流程

支承桩混凝土浇捣完成→HPE液压插入机就位对中→调整插入机水平度→吊装钢管柱→插入钢管柱→四周回填砂碎石→拆除工具柱和移机→钢管柱内混凝土浇捣

3.1.2 HPE 液压垂直插入钢管柱工法的优点

（a）安全性高：HPE 液压垂直插入钢管柱工法无需人工下孔作业，首先在很大程度上降低了安全风险；

（b）保证钢管柱的垂直度，质量可靠：HPE 液压垂直插入机施工过程中完全机械化作业，减少了人为因素，保证插入钢管柱的垂直度符合要求，垂直度可达1/500～1/1 200，保证了施工质量；

提高钢管柱安装施工效率，缩短施工工期：HPE 液压垂直插入钢管柱工法由先进的施工设备施工，较之常规的施工工艺，施工流程简单，施工速度快，平均完成单根钢管柱安装时间10～20 h，单根钢管柱安装的施工工期缩短了70%以上；

节约能源，降低投资成本：HPE 液压垂直插入钢管柱工法大量减少了施工材料和人工的投入，如施工中不需长钢护筒护壁，也不用人工埋设定位器等，因而降低了投资成本30%以上。

3.2 钢管柱与梁板连接设计

本工程钢管混凝土柱与结构梁板连接采用钢牛腿结合加强环板的连接形式，具体做法是在钢管周围设置钢牛腿，为加强钢牛腿与钢管混凝土柱的连接刚度，在钢牛腿上下翼缘设置封闭加强环，梁板受力钢筋焊在钢牛腿或加强环钢板上。板面筋与底筋分别与钢管柱2 块环板进行双面焊，焊缝长度5d，焊缝等级为二级。

梁与钢管柱连接处，钢管柱4 个方向均焊接双工字钢牛腿，工字钢宽度、厚度、翼缘厚度、腹板厚度按照不同的梁尺寸而定。梁面钢筋在工字钢翼缘上方，梁底钢筋在工字钢翼缘下方，以焊接方式连接。若与钢管柱连接的混凝土梁标高不一，钢管柱上焊接高低牛腿工字钢（图4）。

图4 楼板与钢管柱连接示意

3.3 核心筒及抗侧剪力墙施工技术

本工程采用地下连续墙作为核心筒及抗侧剪力墙，相当于桩、承台、剪力墙、挡土结构4 种功能合一。作为高层结构的主要竖向受力构件，核心筒及抗侧剪力墙不仅承受结构的竖向荷载，水平方向也同时承受大部分的风荷载和地震荷载。而本项目的核心筒及抗侧剪力墙还作为基坑支护的抗侧力挡土结构，受力状况更为复杂。结构配筋除了满足水平和竖向分布钢筋的配筋率、约束边缘构件要求外，还需满足水平挡土受力要求。

经过计算，并为了施工的方便在核心筒的四角设置了格构式型钢。为保证钢筋笼的吊装，核心筒采取分块的设置，把筒体角部与中部墙体分开8个体块。核心筒采用地下连续墙的设计，墙底埋深入微风化岩不小于7.5 m，同时保证了筒体竖向基础的受力要求以及水平挡土稳定性的要求。核心筒剪力墙及抗侧剪力墙均采用预留“胡须筋”的方式实现与梁板的连接，如图5所示。

图5 结构预留“胡须筋”

4 梁、板结构施工

4.1 梁板形式

本工程逆作法区域共有地下4 层（局部3 层），从地下1层到地下4层层高分别为5.18 m、4.0 m、4.0 m。楼板分为无梁楼板及有梁板2 种结构设计形式。楼板厚度分为1 000 mm、850 mm、500 mm、350 mm等几种规格；梁最大高度1 600 mm，宽度最大900 mm。

4.2 模板体系选择

本工程考虑到施工工期、质量和安全要求，同时结合本工程的实际情况，综合考虑了以往的施工经验，地下1层、地下2层、地下3层楼板结构采用木地吊模形式，如图6所示。

图6 木地吊模形式施工示意

逆作区域各楼层超挖深度约为770 mm。土方开挖完成后，及时换填500 mm碎砖，采用黄沙进行缝隙填充，浇筑厚150 mm的C25素混凝土垫层。素混凝土垫层上通长铺设50 mm×100 mm木方，间距250 mm，其上铺设厚20 mm九夹板。梁板模板架设在木方上，直接座于排架体系或垫层上。

4.3 模板搭设方式

4.3.1 无梁板部位

采用12#铁丝（Φ2.6 mm，设计拉力1 000 N）进行拉结，铁丝之间绑扎在楼板底筋之上。待底部土方开挖，混凝土垫层浇筑施工完毕后，具有良好的工作面时，采用移动脚手架，剪短拉结铁丝，拆除板底模板和木方，用于下一层水平结构施工，如图7所示。

图7 无梁板体系模板示意

模板的平整度是逆作法楼板底部质量控制的重点，本工程采用以下几个关键施工工艺进行有效控制：

（a）混凝土垫层施工：在混凝土垫层施工前，现场做好5 m×5 m的标高控制杆，并且固定牢固，混凝土浇筑施工过程中严禁碰撞标高控制杆；混凝土垫层初凝前，采用水准仪进行标高控制杆的复核，并及时调整；然后进行人工二次混凝土垫层收头调平工作；

（b）木方施工调整：局部木方标高位置差异处，采用木楔体进行调整；每根木方在两端采用木楔体调整后，楔块间木方与垫层之间空隙采用砂浆进行填充，保证整个整根木方受力均匀（中间部位根据现场实际实施效果，也可以采用木楔体进行调整，但是沿木方的长度方向木楔体的间距不能大于700 mm，且保证木方的整体稳定性），如图8所示。

4.3.2 大梁部位

图8 板底标高调整示意

由于本工程基坑范围土体性质以淤泥为主，此外采用逆作法施工工艺时，超挖的深度不大于1 m。因此，梁区域采用局部落深挖沟+两侧放坡的方式进行施工，模板及两侧的钢管支架依靠对拉螺栓固定于结构梁之上，待底部土方开挖，混凝土垫层施工完毕后，具有良好的工作面时，采用移动脚手架，拆除排架及模板，用于下一层水平结构施工。梁两侧的矮排架钢骨采用扣件与模板的横围檩钢管连接，横围檩通过燕尾夹和对拉螺栓与结构梁连接。

5 地下连续墙内衬墙设计与施工

内衬墙和地下连续墙有机的结合形成一体，在一定程度上可视为地下连续墙厚度的延伸 ,可以起到防渗、抗剪、抗水浮力和视为增加楼板嵌入地下连续墙内深度的作用，因此确保内衬墙的施工质量对于结构至关重要。在地下结构逆作施工过程中，随楼层的向下施工，依次施工相应部位的内衬墙。

5.1 地下2层、3层内衬墙施工

施工时先凿除地下连续墙表面混凝土露出主筋，然后在主筋上焊接止水螺杆作为模板拉结，最后在模板外另搭设2 排脚手架用于固定抛撑。混凝土浇捣时，每隔2 m左右在模板上设置簸箕口作为混凝土入料口，采用侧模敲击的方式进行振捣，具体图9所示。

图9 地下2层、3层内衬墙施工

5.2 地下4层内衬墙（外墙）施工

由于地下4层内衬墙（外墙）与地下连续墙间增设旋喷桩围护体，故该部位的侧墙采用单侧支顶的方式支模。内衬墙钢筋绑扎前紧贴旋喷桩砌筑砖墙作为外侧模板，内衬墙钢筋绑扎完毕后，安装厚18 mm九夹板作为面板。竖楞采用50 mm×100 mm木方，间距250 mm设置一档；外横楞采用双钢管，间距500 mm设置一档。水平杆与立杆通过斜撑杆与基础底板内预埋的短钢管连接，共同组成三角钢管支顶体系（图10）。

图10 地下4层内衬墙施工示意

5.3 混凝土浇筑施工

内衬墙混凝土浇筑后，振捣困难大，须采用自密实混凝土，保证混凝土在自身重力作用下，能够流动、密实。衬墙竖向结构一次浇筑高度超过2 m，为保证混凝土在下落过程中不发生离析现象，一是将胶管伸入模板内，使混凝土出料口尽量距被浇筑面小于2 m；二是在浇灌部位预先浇灌与混凝土同标号的砂浆，保证混凝土不会因浇灌高度过高，造成粗骨料因水泥浆损失，使混凝土出现露石等质量缺陷，同时也保证新浇混凝土与原施工缝结合良好。

6 结语

本工程逆作法钢管柱采用新型HPE 液压垂直插入机安装工艺，使钢管桩及钢管柱一次性一体成型，质量好，定位准确，可加快上部钢管柱的安装。此工艺适用于大型及超大型逆作法施工。 采用地下连续墙作为塔楼核心筒剪力墙，工期快，取消常规的过渡柱支顶体系，不用由桩到承台再到剪力墙的方式，这样更安全。可避免做承台开挖的支护。仅要考虑结构稳定性，可抵抗强大的水平推力，特别适用于局部逆作法。 逆作法区域利用地下室周边两跨结构（地下连续墙抗侧剪力墙+楼板）组成永久空间挡土支护体系，避免基坑内设置内支撑，结构内部也不用做附加支撑，既方便施工，又节省支护成本。地下连续墙核心筒和地下连续墙抗侧剪力墙，可实现施工基础的同时，就可完成抗侧力体系，工期满足投资需求，取得了良好的社会效益和经济效益。