全逆作设计方案在工程中的应用

□文/陈海涛 高海彦 高金银 甄宗 张兆吉 张洪波

全逆作设计方案在工程中的应用

□文/陈海涛 高海彦 高金银 甄宗 张兆吉 张洪波

基于中信城市广场项目的特殊开发背景环境，介绍了逆作方案选择的关键技术内容，包括逆作桩基设计、逆作结构柱设计、逆作梁柱节点设计、逆作结构外墙设计、结构转换设计等。

全逆作；桩基；结构柱；梁柱节点；结构外墙；结构转换

为实现特殊的工期节点要求，房建项目中出现了地上工程完成后逆做地下工程的全新开发建设方式。

1　工程概况

该工程位于天津市海河沿岸，建筑面积约18万m2，其中地上6层、建筑面积6万m2，地下3层，建筑面积12万m2，框支剪力墙结构，首层为商铺，以上为住宅，地下室为车库。

工程要求尽快实现沿海河建筑外檐效果。若采取传统的明挖顺作方式施工，工期要求无法实现，故采取了地上工程完成后逆做地下工程的设计及施工方式。

总体施工顺序：地下连续墙、桩基及地下室结构钢柱施工、降水井施工及预降水→基坑第一步土方开挖→地下室顶板（逆作面）结构施工→主楼零层板及主体结构施工→外墙砌筑及幕墙施工→完成预定工期节点。

在幕墙施工的同时，插入地下土方及结构施工，施工顺序：基坑第二步土方开挖→负一层结构施工→基坑第三步土方开挖→负二层结构施工→基坑第四步土方开挖→基础底板施工→负三层墙柱施工→负二层墙柱施工→负一层墙柱施工→地上内墙砌筑及装饰装修施工。

2　全逆作设计方案

2.1逆作桩基及地下室结构柱设计方案

2.1.1工程桩及逆作钢柱布置

地下室单层建筑面积约为4万m2，逆作面以下基坑土方开挖总量达45万m2，为充分保证逆作土方开挖所需的大空间，设计采用了单桩单柱模式。柱网间距8 400 mm×8 400 mm，共设计有675根工程桩及633根逆作结构钢柱。其中地下车库范围设计工程桩168根，每根桩内插入一根φ560 mm钢管柱，作为逆作阶段竖向承载构件；主楼范围共设计有507根工程桩，其中465根插入500 mm×500 mm箱型钢管柱，承受逆作阶段主楼荷载，剩余42根桩为楼梯间剪力墙范围布桩，待基础底板完成后开始受力，见图1。

图1　工程桩及钢柱局部布置

2.1.2工程桩直径确定

因地下结构开始施工时地上结构及外幕墙已经完成，上部荷载全部通过逆作钢柱传至工程桩受力，为保证结构安全，钢柱插入施工采用日本HPE工法完成。该工法施工的钢柱可确保钢柱垂直度偏差≯1/500。在综合考虑钢筋笼直径、检测管安装位置、钢柱抗剪环外径、工程桩允许偏位、插柱施工偏差等不利因素的前提下，为确保钢柱外皮与钢筋笼之间150 mm的插柱施工净距要求，确定工程桩直径为1 500 mm。

结合本工程桩柱断面（图2），说明插柱工程桩直径确定过程。

图2　工程桩柱断面

工程桩直径=钢管柱外径+2×抗剪环宽度+2×保护层厚度+2×检测管外径+2×插柱施工净距+桩位允许偏差+H/500（H取20 m）+钢筋笼直径允许偏差=1 430（mm），故本工程取工程桩设计直径为1 500 mm。

2.1.3桩柱连接设计

钢柱插入工程桩设计长度为4 m，初步设计时设计采用底部开口，插入段焊接栓钉及抗剪环筋（或抗剪环板）的方式，但是考虑实际传力效果及插柱难度，后将钢管柱底部设计为闭口锥形，钢柱插入段与桩身混凝土之间通过10φ19 mm栓钉结合，栓钉纵向间距200 mm。桩身采用36 h超缓凝混凝土，确保钢柱顺利插入桩身，钢管柱内设计为C45混凝土，采用高抛自密实方法施工。见图3。

图3　桩与柱连接

2.2逆作结构梁柱节点设计方案

本工程逆作阶段竖向传力构件为桩内插入的结构钢柱，主楼范围钢柱号为500 mm×500 mm×25 mm，地下室范围钢柱为φ560 mm×16 mm，钢材材质均为Q345B。根据钢柱截面形状（圆柱和方柱），钢筋混凝土框架梁与钢柱连接方式分两种。

2.2.1圆钢管柱与框架梁连接

框架梁将荷载传给圆钢管柱外包的环形钢筋混凝土梁，环形梁通过抗剪钢筋、栓钉将荷载有效传递给圆钢管柱。对楼面荷载较大的部位（如有上覆土的车库顶板），可将抗剪钢筋改为上下设置的80 mm宽抗剪环板，上下环板之间设置加劲肋，从而保证传力可靠性，见图4。

图4　圆钢柱与框架梁连接节点

2.2.2箱型方钢管柱与框架梁连接

框架梁主筋与箱型钢柱上后焊接的钢牛腿焊接连接，钢牛腿上下翼缘上根据柱纵筋位置预开孔，腹板上根据柱箍筋间距预开孔，见图5。

图5　箱型钢柱与框架梁连接节点

该节点在实际操作时，受钢柱角度偏转、位置偏移的影响，工厂内预开孔的钢牛腿安装后，难以保证柱纵筋通过。为此，需在施工现场设置一个临时钢结构加工区，根据实测得到的钢柱位置及角度偏差数值，在牛腿上放样后开孔，以确保柱纵筋顺利通过钢牛腿上下翼缘，从而保证梁柱节点核心区施工质量。

2.3逆作结构外墙设计方案

本工程设计采用“二墙合一”的地下连续墙，地下连续墙既是地下室结构外墙，又是逆作阶段基坑围护墙。墙厚800 mm，墙深31 m，基坑深度15.4 m。

该地下连续墙作为地下室结构外墙，承担结构边跨部分荷载。设计传力形式：边跨梁板结构荷载传给边梁，边梁荷载通过地下连续墙内预埋的抗剪钢筋，传给地下连续墙。逆作水平结构施工完毕后，地下连续墙内侧从下至上施工钢筋混凝土内衬墙，衬墙内每跨设计有扶壁柱，待地下水平及竖向结构全部施工完毕后，由地下连续墙、内衬墙及扶壁柱共同分担边跨荷载。

地下室结构边跨与地下连续墙连接节点见图6。

图6　结构与地下连续墙连接节点

传统“二墙合一”，往往采用地下连续墙内预埋框架梁主筋接驳器或者框架梁，施工时在地下连续墙上植筋的方法。实际应用中，预埋接驳器的方法因预埋精度难以保证，已很少应用，而采用植筋的方法，考虑地下连续墙混凝土为水下灌注，存在混泥情况，植筋可能引起墙面渗漏水或植筋拉拔强度不足等问题，应用也逐渐减少。采用上述设计节点，较两种传统方式，传力形式更加合理，结构可靠性及安全性显著提高。

2.4结构转换设计方案

逆作面为地下室顶板（-2.65 m），主楼夹层（-2.65 m）及首层（-0.05 m）为框架剪力墙结构（楼梯间、电梯井道、变形缝两侧为剪力墙），二层及以上为短肢剪力墙结构，首层框架结构在其顶板位置通过转换梁转换为短肢剪力墙结构。

为方便描述，将地上结构已完成，但地下结构未完成期间，称之为“逆作阶段”，地下结构全部完成后，称之为“正常阶段”。正常阶段，楼梯间、电梯井道、变形缝两侧的剪力墙均连续贯通至基础底板，但在逆作阶段，逆作面以上剪力墙必须通过临时转换，将墙体自重荷载通过转换梁传给桩基阶段预插的箱型钢柱。本工程转换梁设置在主楼首层楼面，转换梁的梁高、梁宽及配筋均远大于正常阶段梁，见图7。因转换梁的梁高影响了夹层使用净空，在方案设计时，要求正常梁与逆作转换梁叠加施工（即按照逆作阶段梁配筋图及正常阶段梁配筋图分别绑扎钢筋笼，并整体浇筑混凝土），待地下室后施工墙柱与地上墙柱连成整体并达到设计强度后，保留主楼首层（-0.05 m）正常梁截面，切除多余的逆作转换梁截面，从而完成了逆作结构施工。逆作梁与正常梁叠加设计方法见图8。

图7　逆作转换梁与正常阶段梁设计截面尺寸对比

图8　逆作梁与正常梁叠加设计方法

复合梁在施工时，必须确保逆作及正常梁各自的箍筋及主筋位置准确，避免逆作梁拆除后留下结构安全隐患。逆作梁拆除应优先选用振动小、噪音小的拆除方法，如绳锯切割、水钻铣孔等。

在地下结构逆作未完成施工前，为有效减小逆作梁截面及配筋，地上工程应根据工程需要限制荷载。本工程地上提前施工的主要目的是保证外檐展示，地上仅允许主体结构、外墙砌筑、幕墙、屋面工程施工，其他荷载不得提前施加，以节约工程成本及保证逆作阶段结构安全。

3　结语

逆作法出现之初，主要应用于工期紧、场地狭小、周边环境复杂的工程，常见逆作方式有“地下逆作完成后开始地上施工”、“地上地下同步施工”等，这类工程数量较多，施工技术趋于成熟。而类似本工程“地上完成后再逆作地下”的工程施工案例较少录。本文根据已经实施完成的工程实例，总结了“地上工程完成后逆作地下工程”的主要设计方法及思路，供类似逆作工程参考借鉴。

［1］高振锋，叶可明，王允恭，等.逆作法施工的设计方法［J］.施工技术，2001，30（1）：16-18.

［2］叶浩.某工程逆作法技术的应用分析［D］.广州：华南理工大学，2011.

□高海彦、高金银、甄宗、张兆吉、张洪波/中国建筑第八工程局有限公司天津分公司。

TU753

C

1008-3197（2016）02-13-04

2015-10-10

陈海涛/男，1977年出生，高级工程师，天津滨海新区轨道交通投资发展有限公司，从事轨道交通工程技术管理工作。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.02.004