逆作法土方开挖的施工过程及措施

曹中海

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

随着我国城市经济快速发展，国内建筑对施工技术的要求也日益增加，多数城市工地面临着工期紧、施工现场场地限制、周边环境复杂等问题，这时逆作法的优势就会体现出来。

逆作法适用于基坑较深、建筑场地狭小，周边环境对基坑支护结构的水平变形有严格限制的情况。其主要的工艺原理是先沿建筑地下室外边线施工地下连续墙或其他支护结构，同时在建筑内部的柱子位置打下中间支撑桩（一柱一桩），作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑，继而施工地下室顶板的结构梁板，作为地下连续墙刚度很大的支撑，在结构留设取土口，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底[1-4]。

逆作法施工中土方开挖在地下室顶板完成后一直是限制逆作法施工效率的重要因素之一，与以往常规的基坑挖土分块划分不同，无法单纯地按照常规的基坑施工中的土方开挖进行分块，需要结合逆作法的结构楼板的取土口分布情况进行分块。

本文所选取的某医疗综合类逆作法施工项目，在项目土方开挖及地下水情况等方面具有一定的代表性，且在逆作法施工中属于难度较大的工程。文中总结了该工程土方开挖施工技术措施，并对如何合理分块挖土和提高挖土效率进行研究，以期为今后类似工程提供借鉴。

1 工程实例

1.1 建筑结构概况

某项目工程占地约1.3 5万 m2，总建筑面积为103 333 m2。地上2个单体南楼、北楼，其中北楼12层、南楼13层，地上建筑面积63 998 m2，建筑高度为57.35 m。地下3层（有夹层），地下1层和2层包含医疗检查类房间、食堂和部分机械车位，地下3层为人防和智能车库，建筑面积39 335 m2。

地下室底板底标高为－20.70 m，基础采用钻孔灌注桩和筏板基础，基础底板厚度为1 500 mm和1 800 mm，立柱位置工程桩兼作立柱桩的钻孔灌注桩，底板以下6 m至桩底桩径为900 mm，以上区域扩孔至1 200 mm，有效桩长43 m。

1.2 围护设计概况

基坑普遍挖深20.45 m，深坑位置的挖深为23.45 m，基坑面积为10 447 m2，属于大型超深基坑工程。地下室施工整体采用逆作法的施工方法，主楼核心筒和框架柱外包待底板完成后顺作。围护结构竖向围护体系采用厚1 200 mm的地下连续墙，深度为44～46 m不等，兼作地下室结构外墙，即两墙合一。

地下连续墙两侧采用φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩作为槽壁加固。坑内搅拌桩墩式加固，对于深坑部位采用高压旋喷桩满堂加固，水平支撑为3道水平结构楼板、基础底板加上1道钢筋混凝土支撑，钢筋混凝土支撑位于基础底板和地下2层楼板之间。

竖向支撑体系采用一柱一桩形式，永久支撑柱采用φ550～φ700 mm，壁厚20 mm的变截面C60钢管混凝土柱，临时支撑采用截面530 mm×530 mm格构柱，其中钢管混凝土柱待逆作法底板完成后外包形成永久柱。相对于本工程地下3层，20.45 m的普遍挖深相对较大，每层土方的开挖深度较深，考虑到对周边环境的影响，采用边坡留土＋盆式开挖的形式。

2 水文地质条件

工程浅层地下水主要为潜水，浅部潜水水位埋深为1.0～1.8 m，主要赋存于浅部地层中。稳定水位埋深标高在＋2.38～＋3.10 m之间。基坑底板位于⑤2层砂质粉土夹粉质黏土中，⑤2层、⑤3夹层砂质粉土为微承压水含水层。局部范围内⑤3夹层与⑦层粉砂水位连通。水位埋深3～11 m。本场地⑦层粉砂及⑨层粉砂为承压含水层，其水位相通，水位埋深3～12 m。

本工程普遍开挖面位于⑤2层的上界面，地下连续墙隔断⑤2层，基坑内部采用疏干井降水，局部深坑位置采用降压井。

工程土方开挖的难点在于基坑内水位的控制，降水是坑内土方开挖的基础，是开挖能否顺利进行的关键。由于基坑所在位置地下水位较高，地下水压力较大，降水工作难度高。

地下连续墙理论隔断了⑤2层且采用了疏干井降水，但地下连续墙为锁口管柔性接头，且基坑底开挖面正好位于⑤2层，故开挖仍需按需降水，开挖前保证基坑内水位控制在土方开挖面以下1.5～2.0 m范围内，水位调整的先后根据土方开挖的顺序而定，通过对每个分块按需动态控制，以求最大程度减小对周边环境的影响。

3 逆作法土方开挖施工技术措施

本工程地下室开挖共分为5次进行，总土方量约为22万 m3。其中首层楼板即地下室顶板土方开挖分为4大块，B1层、B2层、支撑、基础底板的土方开挖分为8块。每皮土方开挖的边界设置在楼板梁板跨度的1/3处，以下就开挖过程中的技术措施以及难点进行分析研究。

3.1 取土口的挖土效率和布置原则

逆作法挖土的主要限制因素为取土口。取土口边停放长臂挖机进行出土，根据现场实际经验看，考虑到交通组织情况，单个取土口边仅可停放1台长臂挖机，个别超大的取土口在周边交通组织满足时可以考虑放置2台，但会影响土方车运转效率。

单台长臂挖机（含伸缩臂）抓斗容量为1.5～2.0 m3，抓满一车土方车的时间约为8 min，土方车平土运转间隙约为2 min，即每台长臂挖机1 h出土量为6车即约120 m3，工作时长按照每天10 h计算，一个取土口的单日出土量约为1 200 m3。

逆作法土方开挖的效率很大程度上取决于能同时出土的取土口数量，同时出土的取土口数量则归结于取土口布置后场地的交通组织环路情况。

针对逆作法取土口的选取，从设计方面考虑：一是尽量均匀分布；二是保证一定的开洞率；三是尽量利用核心筒位置。通常取土口放在核心筒的位置施工比较方便。从施工单位的角度出发，取土口的布置主要考虑挖土、材料运输、混凝土浇筑以及后续封板的便利性。整体总结有以下几个要点：

1）逆作法土方开挖的每个分块均需有1个取土口，结合土方开挖的工况留设取土口。

2）取土口距离基坑的边部不宜过远，控制在15 m范围内，减少基坑周边取土的土方翻土量。

3）取土口分布尽量均匀，且不要直对施工大门，取土口间距需控制在30 m以内，减少取土口远端点的土方翻土量。

4）取土口最好有自己独立的出土组织路线且需固定，根据场地的施工大门情况，规划现场的交通组织路线，车道宽度在8 m左右，两侧区域可形成闭环回路，中间区域可以考虑增大取土口或者车道宽度形成双车道。

3.2 土方开挖分块

逆作法施工挖土分块首先根据取土口位置进行，仍以盆式开挖的方式施工，确保尽快形成对撑。其次，首层结构板施工时的分块充分与下部的结构施工分块对应，由于先施工的分块强度达到设计要求的时间早，故排架清理相对较快，为保证充分的流水搭接，下一层施工与上一层施工的流水顺序基本一致，故在顶板施工时即需考虑到底板施工的整体流程。

顶板的挖土流程需结合地下施工的顺序，综合考虑盆式、对称、对撑，以及顶板施工的交通组织，最终本项目的施工大致划分如图1所示。另外每个挖土分块均需设置独立的取土口，且取土口位置尽可能在相对中间的位置，结构施工时尽量避免切分取土口位置边梁，以免造成应力集中产生过大的变形。

图1 挖土分区示意

3.3 土方开挖及翻土

由于土方开挖的分块和取土口位置相对应，故取土的流程为小型挖机在开挖面位置进行翻土，翻土至取土口位置，由长臂挖机取土至土方车运出。首先，需结合大小挖机的效率情况，配置满足长臂挖机需求的小挖机数量，然后根据取土口位置至该挖土分块范围的远端距离，决定小挖机的翻土路线。

通常小挖机翻土需要考虑2方面问题：

1）挖机高度，在取土口边大梁高度至本层土方开挖底部净高，需保证挖机正常伸展。

2）挖机翻土范围单侧为7.5 m，故单个小挖机可翻土距离为15 m，所以挖机的翻土尽量控制在2次以内，即30 m以内。

开挖完成面需要浇筑垫层、搭设短排架后进行结构楼板施工，故结构排架的基础需得到很好的保证才能确保完成结构的标高不发生沉降，土方开挖翻土时需严格控制土方开挖的标高，且在长臂挖机开挖过程中需保证翻土的供应量，严格控制超挖。

在楼层板施工时，取土口位置需搭设卸料平台，故取土口位置通常存在一定的超挖现象，需在该分块土方收尾的时候找平，浇筑垫层。

3.4 深坑土方开挖

深坑落深为3 m左右，落深深坑的取土在逆作法施工中相对比较困难，特别是大小深坑套位的情况，挖机翻土十分困难，故根据实际情况考虑施工方式有2种：

1）先施工平板区域，浇筑完成后再开挖深坑。

2）一次性施工深坑区域的土方，分层取土，且尽量把取土口设置在深坑的位置，方便深坑的翻土，这个与取土口设置在核心筒电梯井位置正好吻合，通常深坑多为核心筒、电梯井、集水井等，本工程选用的即为这种方式。但需注意取土口取土完成后需要用作材料周转，深坑位置底板施工时应设置钢筋支架，取土口正好在深坑位置需要考虑对钢筋支架进行加固，此处位置需要增加钢筋等材料荷载。

深坑取土封层考虑尽可能优化大小坑的标高，降低开挖难度。

3.5 基坑安全和降水等措施

土方开挖在降水稳定后一周左右开始，故应根据现场施工的需求按需分块区域降水。本工程逆作法土方开挖每层的开挖深度较大，最大为8 m，土方应随开挖随刷坡，分层开挖刷坡率控制在1∶2以内，放坡的总高度与长度之比不大于1∶3。

降水在考虑挖土前提的同时，也要考虑对结构施工的影响，挖土完成后进行垫层施工，垫层施工完成后需停止降水，待该层楼板完成后根据下层土方开挖的时间重新开始降水，以免造成结构楼板下沉。

针对基坑地下连续墙的渗漏，需成立应急小组，逆作法地下施工堵漏的条件较差，需考虑坑内和坑外的堵漏结合，故在场地整体规划的时候需要在周边位置预留坑外堵漏相关设备的操作空间。若出现渗漏，应配备经验丰富的作业施工队伍，立即停止开挖，采用反压、注浆、封堵等措施。

4 结语

结合工程实例，阐述了大型深基坑逆作法施工过程中的挖土措施，针对挖土施工过程中的前期准备、过程中的注意事项，以及如何提高效率和保证安全进行了研究分析，为逆作法施工技术的推广和发展提供了进一步的支持，也为后续的逆作法结构施工研究提供了参考。