逆作法施工技术在建筑工程中的应用

史朝立

(中煤建工华南建设有限公司， 广州 510170)

随着城市化进程不断推进，城市土地资源越来越紧张，城市基坑开挖出呈现出开挖深度大，基坑规模大，环境、要求高的特点。核心城区深基坑开挖时需考虑临近建筑物、周边管线、基坑影响范围内存在的地铁等对位移十分敏感的地下结构等，且建筑工程项目资金成本压力大，施工工期往往特别紧张。逆作法作为一种对周边环境影响小，节约工期的支护形式，由于其工艺先进、原理简单、经济和社会效益明显，近年来得到了广泛的应用。张秀莉结合高层建筑深基坑中逆作法的优势，分析总结了逆作法的具体施工流程，并且对于该方法的推广应用做出了一定的建议[1]；王鑫利用验算下连续墙开挖变形数值的承载能力极限以及正常极限状态,建立了优化的深基坑支护方案,总结出地下连续墙及逆作法在深基坑支护中的施工方案[2]；吴扬进系统的总结了逆作法技术分类、应用优势以及具体应用，认为该方法是工程施工中可以有效降低工程成本、提高工作效率的方法[3]。

本文总结了逆作法的技术优势、影响因素，并对其关键施工技术进行了详细阐述，对实际施工过程的问题提出合理化建议，以期望为相类似项目提供帮助。

1 技术应用优势

逆作法是施工地下室围护结构的同时，施工主体结构工程桩和结构柱，然后施工地面一层楼盖，并利用地面一层楼盖作为围护结构的水平支撑[4-6]。当地面一层楼盖施工完成后，逐层向下开挖，施工剩余地下室结构直至底板浇筑完成。同时，地面一层楼盖施工完成后，上部结构也可同步向上施工，如此地下地上同步施工，直至工程结束。逆作法施工技术之所以在现代住宅建设中得到广泛应用，主要因其具有以下优势：

1)减少基坑变形方面带来的影响。逆作法施工主要是将地下室楼盖逐层浇筑，并用它来支撑周围的围护结构。相对临时支撑体系，地下室楼盖具有刚度大，变形小的特点，且无需拆撑和换撑，可有效减少侧向压力作用下围护结构的变形[7-8]。同时，由于逆作法增加了较多的中间支承立柱，使得水平支撑体系的跨度减小，支承立柱与地下室楼盖及围护整体性增强，并形成共同作用，可有效减少围护结构的沉降[9-10]。因此，逆作法一方面可有效减少围护结构本身的侧向和竖向变形，另一方面可使基坑周边建筑物、道路和管线的沉降减少，最大限度的降低基坑施工对周边环境的负面影响，有利于保护环境和周边管线、道路、建筑物的安全[11-12]。

2)减小施工期间底板抗浮风险。地下室结构在施工期及使用期内抗浮稳定、承载力计算均应满足抗浮设防标准可能遭遇的地下室最高水位。传统正做法在地下室底板施工完成时，只能由于建筑物基础平衡地下室水浮力，或通过降水措施保障地下水位长期位于地下室底板以下，直至上部结构和地下室顶板覆土荷载完成平衡水浮力为止，以致在相当长的施工期内地下室底板均存在抗浮风险。逆作法在地下室底板施工时，地下室及部分上部结构已施工完成，上部结构荷载及基础抗拔承载力可有效的平衡地下室底板承受的水浮力，大大减小施工期间底板抗浮风险[13-14]。

3)缩短施工期限提高经济效益。逆作法施工可使建筑物上部结构施工和地下结构施工同步立体作业，且施工不受气候的影响，土方开挖可不占或少占总体工期，在保证安全的情况下，有效加快项目施工进度[15-16]。特别是在地下室范围大、层数较多时，利用逆作法施工可提高施工效率，缩短施工周期。传统基坑往往采用锚杆和内支撑作为临时水平支撑，逆作法施工则是采用结构本身楼盖作为水平支撑，可以节约临时支撑施工费用和拆撑费用，首层楼盖可以作为临时施工场地、施工车辆行走道路、临时材料加工场、材料堆场、临时生活板房搭设用地，节约了施工场地和临时施工措施费用。当逆作法施工采用两墙合一时，还可最大程度的利用建筑红线扩大地下室面积，形成较好的经济效益。

2 影响因素分析

2.1 土层地质结构

为保证基坑设计及施工的顺利进行，必须在施工前加强地质勘查。通过地质勘查，查明不良地质现象的成因、类型、分布范围、发展趋势及危害程度；查明各类岩土的类型、深度、分布、工程特性和变化规律；查明基岩岩性、构造、岩面变化、风化程度，判断有无洞穴、临空面、破碎岩体或软弱岩层；查明深厚软土的分布，从而保证在施工期间整个基坑能有一个较好施工环境。

2.2 地下水

地下水控制技术是基坑设计及施工中的一项主要内容。基坑设计及施工前，需查明地下室水的性质、补给条件、各土层的渗透性及水流量，为采取地下水控制的措施提供有效依据。地下室对基坑主要以下及方面影响：

1)地下水位影响地下连续墙承受的水平力大小，从而影响围护结构刚度和强度的选择。

2)部分岩土层遇水软化，地下水造成土体抗剪强度降低，从而引起围护结构承受的主动土压力增加及被动土压力减小，影响基坑安全。

3)开挖过程中，地下水可能产生流砂、管涌、突涌等渗透破坏。

4)围护结构地下水渗漏会引起基坑地表沉降，对基坑周边管线、建筑物安全造成隐患。

5)地下水腐蚀性会对围护结构和地下室结构中的混凝土和钢筋造成腐蚀破坏。

2.3 基坑周边环境

地下室周边环境主要指基坑开挖影响范围的地下管线、周边道路、地下及地上建(构)筑物。为避免施工过程对周边环境的破坏，基坑施工前应对周边建筑物与地下室结构之间的距离、周边建筑的结构类型、基础形式、周边地下管线的类型及使用状况进行调查分析；基坑施工过程中应选择合理施工工艺及土方开挖顺序，减少对周边土体的扰动。

3 关键技术说明

根据地下室和上部结构不同的施工顺序，可将逆作法分为全逆作法、部分逆作法、半逆作法和地下室结构逆作法。建设单位应综合考虑工程规模、工期、周边环境等因素后再采用高效安全的逆作法施工技术。

1)全逆作法。是指地下结构和地上结构同步施工。地下结构逆作法施工时，利用地下室楼盖作为围护结构的水平支撑，从界面层向下依次施工，上部主体结构则利用已施工的钢立柱向上同步施工。

2)部分逆作法。是指施工过程中一部分结构按顺作法施工，一部分按逆作法施工的方案。常用的顺、逆作法结合方案有主楼先顺作法、裙楼后逆作法；裙楼先逆作法、主楼后顺作法；中心顺作法、周边逆作法等方案。实际作业时，根据不同的经济、技术、工期和环境保护要求采用不同的方案。比如当地下室面积较大时，全部采用逆作施工难度高、工期长，可在基坑周边设置一定范围的环板，形成水平支撑，中间则大开洞并向周边分级放坡，以方便土方开挖和基础施工，采用中心顺作法、周边逆作法的方案。

3)半逆作法。是指仅地下结构进行逆作法，地下室楼盖作为围护结构的水平支撑，从界面层向下依次施工，在地下室施工完成后再进行地上结构的施工。

4)地下室结构框架逆作法。施工时，先浇筑各层主梁和钢立柱形成围护结构的水平支撑体系，地下结构楼板及次梁待基坑土方开挖完成后二次浇注。

4 应用实践

4.1 土方开挖

逆作法土方开挖方式必须考虑主体结构与基坑支护的协调，开挖过程中基坑及主体结构的不均匀沉降和变形需满足规范要求。基坑施工前需先进行坑内降水，降水深度一般控制在设计开挖面以下0.5m及以上。通过降水，可减少土壤中的孔隙水。土体在自重压力下密实度增加，可以避免开挖过程中土方坍塌、方便开挖机械行走。对于透水性差且含水量特别高的土层，还需采用专项土体加固措施处理后方可开挖，以确保施工的安全。

土方开挖需综合考虑基坑的设计工况、平面形状、支护结构类型、后浇带的设置及周边环境的特点，遵循平衡、对称、分块、分层和限时等原则作业。在具体开挖作业时，需合理的划分各层土方分块大小。界面层以上采用明挖，土方挖土速度较快，开挖分块可大一些；界面层以下采用暗挖，土方开挖速度慢，可减少分块开挖的大小，缩短基坑暴露时间。需采用合理的开挖方式，针对大面积的土方开挖，可采用盆式开挖，对于底板可采用抽条开挖，以控制土方开挖对基坑变形的不利影响。

4.2 地下连续墙

为保证地下连续墙成槽精度，防止地表土坍塌，地下连续墙槽段开挖前，在连续墙两侧应先施工导墙，并采用木枋支架进行对顶，维持导墙的稳定。地下室连续墙成槽前应修筑施工道路，防止地面荷载过大等影响造成槽壁塌方。成槽过程中软弱土或砂层中应避免钻进过快，槽内泥浆面必须高于地下水位1.0m以上，并且不低于导墙顶面0.3m，同时需根据地质情况选择合适的泥浆密度。槽段开挖时应加强稳定性的观测，如槽壁发生较严重局部坍塌时应及时回填并妥善处理。施工中泥浆漏失应及时补浆，始终保持所必须的液面高度。

钢筋笼下放过程中，如果钢筋笼太轻，在浇筑混凝土过程中容易浮起，必要时可将钢筋笼焊接在导墙上。混凝土浇筑前导管内应放置隔水塞，初灌的埋管深度不应小于0.8m。导管埋入混凝土深度宜为2～6m,避免埋深过浅产生拔漏或埋深过大造成导管拔不出的现象。混凝土顶面上升速度应为3～5m/h。混凝土浇筑应均匀连续，间隔时间不宜超过30min。

地下连续墙施工完成后易在槽段接头处发生渗漏，针对渗漏的不同程度可采取不同的处理方法。在接缝轻微渗漏时，可在渗漏处采用双快水泥结合化学注浆处理；在墙身大面积湿渍时，可采用水泥基型抗渗微晶涂料涂抹；在严重渗漏时，查明渗漏点后可在坑外进行双液注浆处理。

4.3 支撑柱

逆作法施工中的支撑柱通常为主体的结构柱，立柱及立柱桩不仅受力需满足基坑和主体受力的要求，其偏差及垂直度也需满足主体结构的要求。一般规定钢立柱轴线偏差控制在±10mm内，垂直度控制在1/300～1/600。由于钢立柱在地面施工，施工前应采用合适设备进行定位和调垂，并提出防止钢立柱垂直度及偏差过大的预防措施，常用调垂技术有气囊法、校正架法和导向套筒法等。

钢立柱通常采用钢格构柱或钢管混凝土柱，两者待逆作法施工结束后外包钢筋混凝土形成永久的框架柱。外包混凝土浇筑前需在柱顶侧面预留“倒八字”浇筑口。钢立柱需根据计算剪力设置相应的抗剪栓钉。角钢格构柱采用钻孔钢筋连接法、传力钢板法和梁侧水平加腋法等解决梁柱节点框架梁钢筋穿越的问题。钢管混凝土柱采用双梁节点、环梁节点和传力钢板法等。底板位置钢立柱应设置止水钢板，以防止地下水渗漏。

4.4 楼板模板支设

地下室楼板可采用混凝土垫层作为底模和搭架支模两种形式。采用混凝土垫层作为底模施工时，需先开挖土层至设计标高底以下10cm，然后平整夯实，并浇筑10cm素混凝土垫层。待垫层硬化后，用水泥砂浆进行找平，确保结构施工误差在规范允许范围内。垫层与楼盖之间应设置隔离措施，基坑开挖楼盖下发土方时应及时清除。当采用土模承重时应考虑地基土的压缩变形对楼板结构产生的竖向挠曲。采用搭架支模时，需在楼盖下方挖除一定高度土方，然后按常规方法进行梁板模板的搭设。

4.5 沉降控制

逆作法施工时，立柱桩及地下室连续墙承担的竖向荷载远大于顺作法。通常采用以下几种方法减少立柱桩的不均匀沉降。

1)基坑设计前按照工期安排确定地下室逆作法施工期间地上结构施工的层数，然后通过结构计算确定上部结构和地下室结构传递至立柱桩的荷载，并结合持力层的强度确定合理的连续墙和立柱嵌固深度，以避免立柱桩承载力不足或坑底隆起产生的沉降差。

2)利用后注浆等措施提高立柱桩和地下室连续墙的承载力，并对桩侧和桩端土性能进行改善，以减少立柱桩之间、立柱与连续墙之间的沉降差。

3)立柱桩和连续墙选择较硬土层作为桩端持力层，同一沉降单元的连续墙和立柱桩，持力层性质保持一致。

4)在桩间设置临时剪刀撑或永久墙体结构，协调各立柱之间沉降差。

5)若基坑底部存在流塑状淤泥等不良地质现象，在基坑支护施工时，提前采取加固措施。

6)采用信息化监测手段，加强立柱和连续墙沉降观测，当沉降差接近报警值时，立即停止上部结构施工，同时采取有针对性的措施或调整土方开挖顺序，及时处理。

5 施工实例

5.1 项目概况

基坑位于昆明市五华区,基坑长约93m、宽约64m、开挖面积约5 295m2、开挖深度约14.90m。结合场地周边环境、建设工期、主体结构设计特点等方面的因素，项目采用地下连续墙+逆作法施工。地下连续墙+逆作法在本项目中优势主要体现在以下几方面：

1)基坑北侧紧邻已建超高层建筑地下室边线，南侧为地铁2号线隧道及其出入口，西侧为主要市政道路，北侧为砖混结构民房。由于基坑周边环境复杂，且地铁及砖混结构民房对位移及沉降敏感，采用逆作法施工可较好控制基坑变形，减少对周边环境的影响。

2)项目位于市中心位置，地面以上为市政园林，且基坑周边用地紧张，无可用施工场地及材料堆场，采用逆作法可利用地下室顶板解决施工场地问题。

3)由于开挖深度范围内存在深厚圆砾层，透水性强，采用连续墙可较好解决围护结构渗漏问题。

5.2 支护方案

基坑支护形式采用地下连续墙(两墙合一)+三道楼盖支撑。基坑利用地下室连续墙作为基坑的围护结构(兼作为地下室侧壁)，利用水平楼盖作为围护结构的水平支撑，利用钢管立柱作为支撑柱(兼做地下室结构柱)，利用原结构中间大开洞作为出土口(图1、图2)。

图1 基坑支护平面Figure 1 Foundation pit support plan

图2 基坑典型剖面Figure 2 Foundation pit typical section

5.3 施工过程

5.3.1 基坑支护施工工序

1)平整地面，施工地下连续墙、格构柱桩、格构柱、冠梁。

2)放坡开挖至首层楼盖底，施工冠梁及地下室首层楼盖。

3)开挖至负一层楼盖底，施工地下室负一层楼盖。

4)开挖至负二层楼盖底，施工地下室负二层楼盖。

5)开挖至坑底，依次施工基础、底板。

6)施工未做的地下室部分结构，并将地下室顶板回填至室外地坪标高。

5.3.2 场地出土方案

由于本项目仅东北角可作为施工路口，项目实施时利用基坑北侧地下室楼盖作为堆土、土方车辆通行区。综合考虑泥头车满载、长臂挖机工作面及地下室顶板临时堆土，北侧楼板确定施工超载为50kPa。由于主体结构完工后覆土超载约为1.5m，施工超载大于地下室完工后的覆土荷载，需对地下室顶板进行加强。地下室土方开挖主要分为四个区，出土孔设置在北侧中部，采用坑顶长臂挖机结合坑底小挖机运转的方式进行出土(图3)。

图3 出土方案示意Figure 3 Schematic diagram of excavation scheme

5.3.3 地下连续墙施工

由于场地主要土层为深厚圆砾层，地下连续墙采用旋挖机结合液压抓斗成槽机进行成槽。为较好控制成槽进度，成槽前进行导墙施工；成槽过程中利用成槽机上的垂直度仪表及自动纠偏装置来保证成槽垂直度；同时控制成槽机掘进速度，避免开挖槽段增加较大地面附加及振动荷载，防止引起槽段坍塌。地下连续墙为两墙合一，地下连续墙也承担了部分楼盖荷载，为避免连续墙槽底沉渣过厚影响竖向承载力，采用气举反循环清孔1～2次。

为防止连续墙接口渗漏，提高接口处的抗渗及抗剪性能，在连续墙接头处对先行幅墙体接缝进行刷壁清洗，反复刷动5～10次。刷壁使用特制刷壁器，刷壁必须在清孔之前进行。刷壁清孔换浆后的出口泥浆指数应达到：密度<1.15g/cm3，黏度<25s，含砂量<5%。

5.3.4 立柱桩施工

立柱桩施工采用大功率旋挖桩钻机进行成孔，采用HPE液压垂直插入钢管柱工法施工钢管柱。该工法利用2个液压定位器对钢管柱的垂直度进行调整，将垂直度控制在1/500。为防止钢管柱偏差超过可校正的范围，旋挖钻机成孔过程中适当增加钢管柱底部以上成孔直径。同时由于本项目基坑开挖深度较大，钢管柱较长，为防止钢管柱下降过程中因浮力无法下沉，在钢管柱中预先浇筑了部分混凝土增加配重。

5.4 实施效果

1)由于地下室楼盖作为水平支撑，支撑刚度大，基坑边线控制在1.5cm内，相邻地铁结构控制在1cm内。

2)首层楼盖施工完成后作为堆土及车辆通行区，改变了本项目施工场地小的劣势。同时利用主体结构开洞口作为出土口，解决了土方完全暗挖的不利影响，并节约了土方开挖工期。

3)利用钢管柱作为结构柱，避免了后期混凝土二次浇注，钢管柱外涂防火防腐材料即可使用。

4)采用两墙合一，既扩大地下室使用空间，又节约了地下室侧壁的费用。

5)通过严格控制立柱及连续墙垂直度偏差，使得满足了主体结构构件精度要求。

6 结语

采用地下连续墙+逆作法施工解决了基坑周边地铁、老旧建筑对基坑变形要求严格、施工场地狭小、按建筑红线退让地下室使用空间小等难题，但同时在施工过程中，需要重点控制以下问题：

1)采用逆作法施工前，应准确估计顶板超载范围及预留荷载大小，施工单位应提前介入设计，避免后期基坑超载考虑不足。

2)立柱和连续墙施工过程中应采用合理的施工工艺控制垂直度，达到主体结构验收标准。

3)地下连续墙承担了一部分楼盖竖向荷载，连续墙应按主体结构基础要求控制槽底沉渣，保证竖向承载力足够及减少与立柱之间沉降差。

4)在楼盖水平承载力满足基坑设计要求的前提下，可适当扩大出土洞孔大小，减少土方暗挖的难度。