逆作法在地下室施工中的应用及浅析

黄伟锋

（江苏建发建设项目咨询有限公司， 江苏 南京 210001）

随着社会经济的快速发展，地下空间开发及利用已成为各个城市发展的热点。地下室逆作法施工主要采用围护结构和格构柱作为垂直支撑体系，把地下室水平结构作为水平支撑体系，建立一个完整的支护体系，由上而下进行结构施工。

本项目采用地下连续墙挡土、梁板作为水平支撑的围护形式。业主从经济效益的角度出发，结合安全、质量等多方面因素的考虑，对本工程采用主楼顺作、裙房逆作的方法，主楼与裙房之间设置后浇带。

1 概 况

1.1 工程概况

“新苏吴地中心”位于苏州市商业中心区，是集多项建筑功能于一体的高档城市综合体。工程主要包括酒店、宾馆、商场、办公楼宇、健身用房及配套用房等。本工程建设用地面积为 1.52 万 m2，总建筑面积 15.1 万 m2。其中地上建筑面积 9.5 万 m2，地下建筑面积 5.6 万 m2；地下室 4 层；建筑基坑面积约 1.4 万 m2，呈梯形布置；裙房基坑开挖深度为 19.7 m，主楼基坑开挖深度为 21.2 m，局部开挖深度为 24.2 m。

1.2 水文地质情况

根据地址编录、钻探取土、静力触探、标准贯入试验、室内土工试验等勘察技术手段，确定各层土质特征。工程地址土层层号及名称自上而下叙述如下：①1杂填土、①2浜土，③黏土，④黏土，⑤1粉土夹粉质黏土、⑤2粉砂，⑥粉质黏土，⑧1黏土、⑧2粉质黏土夹粉土、⑧3粉质黏土、⑧4粉质黏土，⑨粉质黏土夹粉砂，⑩1黏土、⑩2粉质黏土夹粉土，[11]1粉质黏土、[11]2粉土夹粉质黏土，[12]1粉质黏土、[12]2粉质黏土夹粉土，[13]1粉砂、[13]2细砂。基底分别处于 ⑧1黏土、⑧2粉质黏土夹粉土中。

建设场地内对建设工程有影响的地下水主要为浅部孔隙潜水、微承压水及承压水。潜水主要赋存于浅部填土层中，富水性差；微承压水主要赋存于⑤1、⑤2土层中；承压水主要赋存于⑧2、⑨、[13]1、[13]2土层中。对本工程基坑开挖有影响的承压水为赋存于⑧2、⑨土层中的承压水，第[13]层承压含水层埋深大，对本工程无影响。

2 基坑支护方案

本工程采用地下连续墙作为基坑围护结构兼作地下室外墙结构，墙厚分别为 800 mm 和 1 000 mm；采用支承柱(由下部钻孔灌注桩和上部插钢格构柱组成)作为垂直支撑体系；水平支撑体系则采用主体结构水平构件(即利用各层结构梁、板作为水平支撑系统)。

3 工程施工特点及难点

3.1 施工周边环境复杂

本工程地处市商业中心区，施工现场周围人流较为密集，基坑周边三侧紧邻市区主干道(其中一条主干道未开通)，且周边地下管线复杂、繁多，更重要的是基坑西侧约24 m 处为地铁 2 号线区间隧道。因此，施工过程中要注重和加强监测工作。

3.2 基础埋置深度大，施工精度要求高

由于地下连续墙作为外墙使用，钢格构柱安置在框架柱内，因此施工前就需要做好基坑支护及各项准备工作。逆作法施工对地下连续墙及钢格构柱施工的精度提出了更高的要求。

3.3 逆作法施工工艺复杂，组织协调工作量大

基坑开挖深度达到 19.7 m，局部开挖深度为 24.2 m。除地下连续墙与各层结构接触节点如何处理外，地下连续墙的防水、结构水平传力、预留钢筋的定位及土方开挖过程中的成品保护，是施工中面临的问题与难点。

为了保证工期，在出土的同时也需进行结构施工，因此交叉作业面多，施工单位组织协调的工作量相对较大。受到现场条件的制约，所有工序材料必须提前准备妥当，在确保安全的前提下，错开抓斗工作时间，由取土口将所需材料运至施工面。

3.4 施工缝留置较多、处理要求高，竖向结构施工难度大

采用逆作法施工，在结构柱、墙、板上要留置大量施工缝，施工缝的处理工作量大，且要求较高。因此，必须在满足设计及规范要求的同时，本着施工方便的原则制定切实可行的措施。

3.5 流砂、管涌的预防及控制

该场地的第⑤层粉土及粉砂层的透水性好、水量大，若降水和止水措施不当，极易产生流砂、管涌等不良地质现象。因此，流砂、管涌的预防及控制是整个围护结构及地下室施工中重中之重，决定了整个工程的成功与否。

土方开挖时要加强巡查地下连续墙基坑内一侧的渗漏情况及漏点。一旦发现及时采取措施进行堵漏。若产生管涌、流砂等不良地质情况，立即停止该部位的土方开挖工作，并启动应急预案；待处理完毕，经确认安全后再进行土方开挖。

4 逆作法施工技术方案

4.1 基坑分区、分段施工

基坑总体呈梯形，东西方向长约 178 m，南北方向长分别约为 95 m、62 m。为便于控制基坑暴露时间及合理安排人、材、机，根据工程原结构、后浇带划分情况，经专家论证批准的专项施工方案，本工程分为 2 个区、5 个流水段。裙楼的扶梯洞口及主楼顺作部位作为主要取土口。

工程桩施工完成后，土方开挖和结构施工由东西两头向中间推进。工程采用盆式挖土的方式。由于基坑距离周边市区主干道较近，所以先分段开挖中心区域，并留置 9 m 左右的盆边土，在对称开挖盆边区域。

开始挖土时，采用大型挖机分层、分段挖至标高为±0.000 以下(负 1 层梁板结构梁底标高+模板厚度+垫层厚度)处，浇筑混凝土垫层，采用钢管扣件式排架进行 ±0.000 结构施工；拆除排架后，直接利用地膜在梁位置铺设模板及短木方排架搭设板的支撑体系，进行负 1 层结构的施工。盆式明挖时，首先确定钢格构柱的位置并做好标记，以防机械碰撞。待负 1 层结构混凝土强度达到设计要求后，下层土方采用中小型挖机与人工结合的方式进行暗式开挖，将土方驳运至出土口，由 ±0.000 抓土斗装车外运。由于工作面较小，盆式暗挖先从取土口开始，形成工作面后在向四周扩展，为减少对原土的扰动，需留置 50 mm～80 mm 的原状土配合人工进行二次开挖。每次土方开挖至标高 ±0.000 以下(该层梁板结构梁底标高+模板厚度+垫层厚度)处，浇筑混凝土垫层，利用地膜在梁位置铺设模板及短木方排架搭设板的支撑体系，进行该层结构的施工；然后逐层施工混凝土结构、逐层进行土方开挖，直至基础底板。盆式暗挖时，要注意预留钢筋成品保护工作。最后对柱、剪力墙进行顺作施工。

4.2 基坑监测(全过程监测)

根据行业标准要求，为确保工程质量与施工安全，本工程在逆作法期间对周边环境及基坑围护变形进行了全过程监测。

4.3 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：充分利用原结构设计的预留洞口(如扶梯位置、设备吊装口等)；根据水平运距、暗挖阶段通风及避免原状土过分扰动设置辅助取土口；根据结构设计柱网的间距控制，取土口面积用控制在 9 m×9 m 之内。根据以上原则，本工程在原有的 5 个取土口的基础上，增设 2 个辅助取土口。

4.4 “一柱一桩”施工技术

由于逆作法的施工特点，基础底板以上全部荷载均由支承柱承担。本工程主体结构桩基为钻孔灌注桩，以[12]2粉质黏土夹粉土作为桩基持力层。工程桩共计 420 根。其中 128根立柱桩由下部钻孔灌注桩和上部插钢格构柱组成，该部分柱、桩即形成逆作法施工中的“一柱一桩”支撑体系。钢格构柱截面尺寸为 540 mm×540 mm，柱底入钻孔灌注桩混凝土 3 m，并作为永久性柱使用。由于支承柱施工的特殊性及作用，故对支承柱的施工定位和垂直度要求很高。根据现有的施工工艺水平并经设计确认：钻孔灌注桩的平面定位偏差≤100 mm，垂直度＜H/100；钢格构柱平面定位偏差≤100 mm，垂直度＜H/1 000 且不大于 25 mm。钢格构柱的制作、吊装过程作业要求高，防止弯曲变形；安装时采用特制的定位纠偏架，调垂采用“气囊法”控制。

4.5 钢格构柱与梁柱节点施工技术

在逆作法施工过程中，钢格构柱和梁、柱节点处理分为两种：梁钢筋穿过的钢格构柱时，在角钢上进行钻孔，将梁钢筋直接穿过去；人防顶板结构的梁钢筋根数较多，经设计确认在格构柱周边设置环梁，梁钢筋入环梁内进行锚固。以上两种办法的节点的施工简单，梁柱节点混凝土浇筑质量好，在实际施工过程中也取得了较好的效果。

4.6 竖向结构混凝土施工技术

由于逆作法的施工特点，正作混凝土墙、柱与下返混凝土部位的连接一般采用直接法、填充法和注浆法三种方式。为保证接缝处的施工质量，本工程采用直接法进行连接，并在此基础上做出了改进：二次浇筑混凝土时四周(或两侧)模板都支设喇叭口，混凝土浇筑至原结构下口以上；浇筑过程中加强振捣控制，确保接缝处混凝土密实；待混凝土达到一定强度后再凿除多余混凝土。

4.7 施工后浇带的处理措施

由于地下室面积过大、且沉降不均匀，设计要求设置后浇带。例如：负 3 层顶板完成后进行负 3 层的土方开挖，届时“后浇带的支撑”将被拆除且时间较长，同时作为水平支撑的梁板在后浇带处需设置传力构件。本工程后浇带除钢筋按常规处理外，还在梁、板中分别设置了“工”字钢和槽钢(板中每隔 1.5 m 设 1 道槽钢)，两端入后浇带两侧混凝土 1.5 m，则后浇带不需单独设置支撑系统，且该方法在工程运用中取得良好的效果。

4.8 逆作过程中安全施工的保障措施

由于逆作法施工的特殊性，在地下室施工时土方开挖、结构施工存在极大的安全隐患。为确保安全生产工作，本工程采取了以下措施。一是土方开挖施工时，施工单位派专人全过程值班和指挥，重点监控每次开挖的长度、高度及挖机作业半径内的人员情况，严禁超挖及人员进入机械操作区。二是土方开挖过程中，安排专人在施工界面四周(尤其是地下连续墙部位)进行巡视；一旦发现异常情况，立即启动应急预案；待查明原因并确认无安全隐患后，方可继续施工。三是在进行土方暗挖期间，要保证施工面的照明、通风，确保人员安全。四是在结构施工过程中，严禁拆模和其他工序上下同时施工。

5 逆作法施工的优缺点

5.1 逆作法施工的优点

从经济、环境及社会效益等方面而言，相对于顺作法施工，逆作法的优点显而易见。

(1)一般而言，结构外墙与围护结构墙采取二墙合一，节省了围护墙的费用，同时最大限度地利用地下空间、扩大地下室的建筑面积。

(2)不需要单独设立临时支撑，减少了临时支撑及拆除时的费用，同时消除了临时支撑拆除时的噪音和扬尘污染。

(3)只开挖有效范围内的土方量，大大减少了土方开挖及回填的工程量。

(4)受力合理，维护结构变形量小，对邻近的建(构)筑物影响小，降低了基坑支撑失稳而造成对邻近建筑物危害的可能性。

(5)避免了相关建材的大量消耗，减少了社会资源的消耗。

(6)工程所处周围环境及季节(风、雨、雪、高温、寒冬等)对工程影响较小。

(7)地上地下立体结构平行作业，在建筑工程规模大、地下室层数多时，约可缩短 1/3 的工期。

(8)理论上可节省地下室结构总造价的 25%～35% 等。

5.1 逆作法施工的缺点

由于逆作法施工特点的制约，亦存在部分缺点。

(1)大型挖土机械设备难于进场，土方开挖效率受到一定限制。

(2)施工在相对封闭的环境下进行，作业环境差。

(3)竖向结构混凝土搭接质量难以控制。

(4)施工材料运输受到一定的影响等。

6 结 语

逆作法通过在本工程施工中的成功运用，克服了施工条件苛刻、周边环境复杂等方面的困难，取得了良好的经济、环境、社会效益。

建筑工程多层地下室或深基坑采用逆作法，相对于顺作法施工，存在工期短、基坑变形小、对周边环境影响低等明显优势，可为类似工程提供参考。