上下同步逆作建造的设计和施工关键技术研究

马跃强

1. 上海建工二建集团有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程逆作法工程技术研究中心 上海 200080

当项目对工程进度有严格要求时，可采用上下同步逆作建造技术来实现。上下同步逆作建造技术为在向下逆作施工地下结构的同时，向上施工界面层以上主体结构的施工工法[1]。通常情况下，相比先施工地下结构再施工地上结构，上下同步逆作建造技术可节约6～12个月工期。地下室层数和上部结构可同步层数越多时，进度可缩短越多。

上下同步逆作建造技术涉及到上下同步方案、立柱桩、逆作B0梁板、托换梁、剪力墙回筑、关键节点等一系列技术问题，相比半逆作法，技术难度要求更高。本文结合上海国际旅游度假区管理中心项目，围绕上下同步逆作建造设计和施工技术进行系统的研究，形成一套标准化的设计和施工流程。

1 工程概述

1.1 建筑结构概况

上海国际旅游度假区管理中心（图1）位于上海迪士尼国际旅游度假区的南大门，总建筑面积93 055 m2，其中地下面积49 262 m2，地下3层，地上10层，建筑高度45 m。

1.2 结构概况

图1 项目效果图

地下室采用框架结构。B3～B1层高分别为3.90、5.50、5.85 m，柱距为8.40 m×8.40 m，结构柱尺寸为800 mm×800 mm，框架梁尺寸一般为400 mm×900 mm、400 mm×800 mm，次梁十字布置，截面为300 mm×650 mm。

主楼采用框架-核心筒结构。核心筒外围大小为18.7 m×13.9 m，剪力墙厚度为400、300、200 mm。结构柱为1.4 m×1.4 m、1.2 m×1.2 m等；框架梁断面一般为500 mm×1 000 mm（长边）、500 mm×800 mm（短边）等；次梁井字布置，截面为300 mm×700 mm。

1.3 围护概况

基坑形状大致呈长方形，尺寸为96.6 m×184.8 m。基坑开挖深度17.5 m，开挖面积约18 000 m2，周边长560 m，安全等级为一级。围护墙采用厚1 000 mm地下连续墙，与结构外墙采用“两墙合一”，槽壁加固采用φ800 mm五轴搅拌桩，墙间采用φ800 mm旋喷桩，坑内加固采用φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩（图2）。

2 上下同步逆作设计

2.1 上下同步逆作工况

1）裙楼区域土体开挖至地下室顶板下约1 m，施工完成地下室顶板，主楼区域土体开挖至地下室1层楼板下约1 m，施工完成主楼区域托梁及梁上剪力墙至地下室顶板。

图2 基坑围护剖面示意

2）裙楼区域土体开挖至地下室1层楼板下约1 m，施工完成地下1层楼板，上部结构完成3层楼板。

3）全部区域土体开挖至地下室2层楼板下约1 m，施工完成地下2层楼板，同时上部结构完成7层楼板。

4）全部区域土体开挖至地下室底板，浇筑垫层施工底板，上部结构全部完成。

2.2 立柱桩设计

逆作立柱分为格构钢柱和钢管混凝土柱2种形式[2]。依据上下同步施工工况，最不利工况为大底板施工前，上部结构封顶时的工况。依据DG/TJ 08-2113—2012《逆作法施工技术规程》，荷载考虑结构自重、施工活荷载、水土压力、风荷载、地震荷载等。

依据《逆作法施工技术规程》和GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规程》，经计算，逆作立柱桩参数为：

1）裙楼区域立柱桩桩径为8 0 0 m m（扩大端1 200 mm），立柱规格为550 mm×550 mm、500 mm×500 mm、480 mm×480 mm，对应的材料为4∠200 mm×18 mm、4∠180 mm×18 mm、4∠160 mm× 16 mm。

2）主楼区域立柱桩桩径为1 200 mm，立柱规格分别为φ700 mm×22 mm、φ750 mm×22 mm钢管，内部灌入C60混凝土。

立柱桩充分利用工程桩，需与结构设计协调。考虑裙楼柱下工程桩直径800 mm，持力层为第7层，单桩承载力不小于4 000 kN，主楼柱下工程桩直径1 200 mm，持力层为第9层，单桩承载力不小于12 000 kN，满足立柱桩承载力要求。

2.3 逆作B0梁板设计

B0梁板设计需要考虑行车路线、出土口位置、梁板加固、临时支撑等。出土口设置考虑方便出土和行车取土，并尽量利用已有结构洞口。上下同步要考虑在主楼周边设置取土口（图3）。图3阴影区域为行车路线及施工作业区域，共设置20个出土口。

图3 B0梁板行车区域及出土口布置

B0梁板开口位置将根据水平梁板分析对主体结构梁进行加强。对出土口位置设置临时支撑和孔边梁，中间大开洞位置设置临时混凝土支撑，孔边梁结合结构梁进行截面放大处理，待完成后凿除。出土孔内结构待底板完成后逐层施工封闭。四周的梁板与地下连续墙冠梁相连接，在2个角部坡道位置采用临时支撑传力，在高低跨位置设置混凝土加腋传力节点。

2.4 上下同步托梁设计

在上下同步逆作法中，托梁作为一种与逆作立柱组合而成的临时结构，共同支撑上部主体结构。托梁在界面层沿剪力墙方向设置，在剪力墙下设置多根格构钢柱。增大原有结构梁截面，形成托梁，包裹核心筒区域所有逆作法支撑柱，并拉通成为一个整体（图4）[3-4]。

图4 核心筒托梁示意

核心筒竖向格构钢柱截面400 mm×400 mm，最大间距6.6 m，剪力墙宽度为400 mm。托梁以原结构梁截面为基础，托梁宽度宜大于支承柱宽度400 mm。因梁高不宜小于支撑柱间跨度1/8，高度方向上底标高不变，顶标高提高。施工全过程的转换梁最大负弯矩为1 598.7 kN·m，最大正弯矩为880.7 kN·m（图5）。用同样方法可计算出全工况下最大剪力为1 780 kN。依据《钢筋混凝土设计规范》计算，托梁尺寸分别为800 mm×1 400 mm、2 800 mm×1 200 mm、400 mm×1 200 mm。

3 上下同步逆作关键施工

3.1 一柱一桩高精度调垂技术

高精度调垂系统由2套设备组成，分别包括新型调垂盘和高精度调垂倾角仪监测设备。

图5 全工况下托梁弯矩趋势

本工程逆作法竖向支承立柱一共有321根。针对工程当中的竖向支承立柱的调垂精度，本节做了统计分析，垂直度＜1/300的占1%，＜1/500的占71%，＜1/1 000的占28%。

3.2 核心筒托换方案

当上下同步逆作施工将建筑上下主体结构施工完毕以后，需要对主楼区域支撑转换梁的竖向格构立柱进行逐步拆除，从大底板往上建立竖向剪力墙结构进行托换。

1）主楼区域回筑施工竖向剪力墙结构，施工范围避开格构柱外边200 mm〔图6（a）〕。

2）竖向结构完成并达到设计强度后，拆除边墙4根格构柱，地下2、3层结构类似，可同时施工〔图6（b）〕。

3）补完上一步格构柱割除位置的竖向剪力墙结构，当补充的竖向剪力墙结构完成并达到设计强度后，再拆除角部4根格构柱，地下2、3层结构类似，可同时施工〔图6（c）〕。

4）补完上一步格构柱割除位置的竖向剪力墙结构，当补充竖向剪力墙结构完成并达到设计强度后，拆除其余6根格构柱，地下2层、3层同时施工〔图6（d）〕。

图6 核心筒托换方案

5）补完上一步中格构柱割除位置的竖向剪力墙结构，地下2层、3层同时施工。当补充竖向剪力墙结构完成并达到设计强度后，托换结束。

3.3 施工进度

针对上下同步逆作的关键施工工况，合理安排工期，总工期为27个月。相比顺作法，项目节约工期大约6个月。

3.4 信息化应用

通过BIM信息化模型，对上下同步全过程施工工况进行三维模拟，有利于指导施工（图7）。将4D施工模拟与施工组织方案相结合，使各项工作的安排变得合理、有效。上下同步逆作法节点复杂，如逆作立柱与梁板节点、逆作立柱与托换梁节点、喇叭口后浇筑节点等需要BIM精细化建模（图8）。

图7 三维施工BIM模拟

图8 复杂节点BIM模型

4 结语

本文结合工程实践，详细阐述了上下同步逆作法设计和施工关键技术，其中立柱桩选项及设计、逆作B0梁板设计、托梁工况及设计、逆作立柱调垂工艺、核心筒剪力墙回筑技术、进度控制等已形成了一套标准化的设计和施工方法。由于采用上下同步逆作施工，相比顺作法工期缩短了6个月，保证了迪士尼开园前上部形象完成的进度目标。