深基坑工程顺逆作法施工技术及变形位移监测

霍 军

（商丘职业技术学院，河南 商丘 476000）

高层建筑深基坑工程具有工程量大、技术难度高、不可预见因素多等诸多特点，对施工的安全性、经济性和施工效率都提出了严格要求，因此选择合适的施工技术尤为重要。顺逆作法可以将顺作法施工速度快、技术难度低和逆作法安全性好、节约成本、降低能耗等方面的优势结合起来，这样有助于提升施工单位的综合效益。通过探究顺逆作法在深基坑工程中的应用策略，为提高工程建设质量和积累施工管理经验提供有益帮助。

1 工程概况

某商业综合体建筑面积68 004.4 m2，高106.1 m，共30 层。地下3 层，为地下车库和设备用房；地上27 层，其中1～5 层为商业区，6 层及以上为办公区。基坑近似矩形，东西长248 m，南北宽190 m，土方开挖深度为23 m。结合地质勘查资料，该工程所在区域的地层自上而下分为4 层，分别是杂填土（0.5～6.2 m）、粉土（1.2～3.0 m）、粗砂层（7.2～16.4 m）、粉质黏土（0.7～9.4 m）。地下水较为丰富，来源以大气降水和地面径流为主，富水层为粗砂层和中砂层，地下水位埋深6.6～9.8 m，在深基坑施工中需要采取降水措施和支护措施，以保证结构施工及基坑周边环境的安全。

2 深基坑施工中顺逆作法的应用

2.1 施工方案的选择

2.1.1 顺作法

按照先支护再开挖的顺序，在深基坑周围布置围护结构后采取分层开挖方式进行施工，同时开挖过程中使用锚杆系统进行支护，保证作业安全和施工质量。顺作法的优势在于施工简便、难度较低、节约工期；缺点是需要增设挡土桩，由于挡土桩的长度在20 m 以上，容易出现断桩、偏斜等问题，不利于质量控制。

2.1.2 逆作法

按照先开挖再支护的顺序，从地面开挖至坑底，使用临时支撑避免坑壁坍塌，最后自下而上完成地下结构施工，保证了基坑开挖与建筑地下主体结构施工同时进行。逆作法的优势在于缩短工期、对周边土体和建筑的影响小、提高地下空间利用率等。但也存在一些缺点，例如地下室层高较大时，需要加大围护墙的断面和配筋，无形中增加了施工成本；还有就是基坑中存在支撑柱和进水管井，会给基坑挖土以及土方外运带来不便。

2.1.3 顺逆作法

对于面积较大的深基坑工程，只选择顺作法或逆作法难以满足施工单位对于进度、质量、安全、效益等多方面的要求，这种情况下可以将顺作法和逆作法相结合，实现优势互补，确保深基坑工程施工目标的顺利实现。

根据施工顺序的不同，顺逆作法又可分为3 种方案：一是主楼先顺作，裙楼后逆作；二是裙楼先逆作，主楼后顺作；三是中心先顺作，然后周边逆作［1］。

本工程中选择了顺逆作法进行深基坑施工，方案如下：基坑周围预留部分土体暂不开挖，中间土体按照设计方案放坡，并一直开挖到地面以下23 m处。开挖结束后，选择顺作法进行地下室中间部分主体结构（包括地下室底板、柱子、墙体、顶板）的施工；完成该部分施工后，将其作为水平梁板支撑成立点，同时利用预留的部分土体作为施工平台，向基坑周边做梁板支撑。检测支撑强度，确定强度达标后再使用逆作法进行预留土体的开挖。该施工方案在保证深基坑结构稳定、降低施工安全风险、控制施工成本和节约作业空间限制等方面均有一定效果，经论证具有较强的可行性。在运用顺逆作法时，考虑到该区域地下水较为丰富，需要做好防水处理；同时，还要开展基坑变形和位移监测，保证施工质量。

2.2 顺逆作法施工方案的设计验算

根据以往的深基坑施工经验，造成基坑破坏和失稳的原因较多，既有施工方面的原因如放坡时坡度过陡等，也有水文地质方面的原因如暴雨或地震等。因此深基坑施工中需要对其稳定性进行验算，如果验算结果显示稳定性达不到要求，则必须采取基坑支护或加固措施。本文使用顺逆作法进行深基坑施工，主要对基坑坑底抗隆起稳定性和抗倾覆、抗滑移稳定性进行验算。

2.2.1 抗隆起稳定验算

本文选用圆弧滑动模式下的计算模型开展基坑坑底抗隆起稳定性分析，其模型如图1所示。

图1 基于圆弧滑动模式的计算模型

图1中，q表示基坑外侧地表均布荷载，单位为kPa；h0表示圆弧中心所在水平面与地表之间的垂直距离，单位为m；r表示圆弧的半径，单位为m；D表示圆弧底部与中心点之间的垂直距离，单位为m；α表示圆弧与水平面之间的夹角。将深基坑最底部支撑节点的位置作为圆弧滑动的中心点（O 点），对O 点取矩列力矩平衡方程可以计算出抗隆起安全系数（Ks）。该方程中，滑动力矩可以通过地表平面荷载的作用力、土体的自重求得［2］。抗隆起安全系数的计算公式为

（1）式中，Mr表示地基土均质等效情况下的抗滑动力矩总和，可通过下式求得：

（2）式中，φ 表示内摩擦角，单位为°；qf表示最下方支撑所在平面以上土体产生的均布荷载，单位为KPa；γ表示土层天然重度的加权平均值，单位为KN/m3。

Ms表示滑动力矩综合，可通过下式求得：

（3）式中其字母含义同上。

将各项数据带入（1）（2）（3）式后，可以求得Ks的值为2.3，该值高于《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2019）中规定值1.6，因此该方案下的基坑抗隆起稳定性满足要求［3］。

2.2.2 抗倾覆稳定验算

在进行抗倾覆稳定验算时，同样构建了力学模型，该模型的受力情况如图2所示。

图2 抗倾覆稳定计算模型

图2中，q表示基坑外侧地表均布荷载，单位为kPa；Fw表示基坑外侧水压力，Fa表示基坑外侧土压力，Fp表示围护体外侧地面荷载导致的侧压力，单位均为MPa。Zw、Za和Zp表示3种力对应的被动土压力系数。抗倾覆稳定验算公式为

（4）式中，Msk表示基坑外侧土体压力、水压力等合力对围护结构的倾覆力矩标准值，单位为kN；MRk表示围护墙自重和被动土体压力合力对围护结构的倾覆力矩标准值，单位为kN。其中，Msk和MRk可通过下式求得：

（6）式中，GK表示重力式围护结构自重标准值，单位为kN。将各项数值带入上式后，可以求得Kq的值为2.0，该值高于《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2019）中规定值1.3，因此该方案下的基坑抗倾覆稳定性满足要求。

2.2.3 抗滑移稳定验算

抗滑移稳定性验算公式为

（7）式中，KH表示抗滑移值；ESk表示围护结构底部平面的抗滑动力标准值，单位为kN，该值由基坑外侧土压力（Fa）和围护体外侧地面荷载的侧压力（Fp）共同组成，即

（8）式中，ERk表示基坑围护结构被动土压力标准值，单位为kN。将各项数值带入后可以求得KH值为1.58。根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2019）要求，基坑的抗滑移稳定性不得低于1.5，因此该方案的抗滑移稳定性指标能够满足要求。

2.3 顺逆作法施工流程

（1）完成测量放线后，在划定的深基坑施工区域使用挖掘机开挖，至地面以下19 m处。剩余的4 m在开挖前布置预应力锚索，每1 m布置1排，共布置4排。预应力锚索的水平间距控制在1.5 m，预应力设定为400 kN。

（2）以划定的基坑边线为基准，向内量测10 m，这部分土体暂不开挖。接近围护结构的土体预留出宽为5 m左右的平台，另外5 m宽的土体按照1∶0.6坡度放坡，直到开挖至设计深度23 m。在放坡开挖时，现场施工人员要注意调节开挖速度，避免开挖速度过快导致土体失稳，同时禁止出现超挖情况。

（3）在开挖至设计深度后，现场施工人员应先对深基坑稳定性进行评估，确定稳定后再以顺作法进行第三层地下室底板和第三层地下室柱、梁、墙等主体构件的施工，最后进行第三层地下室顶板施工并设置必要的成品保护。

（4）施工人员对第三层地下室主体机构的强度进行测评，在达到设计强度后以第三层地下室顶板作为施工平台，以主体结构作为支撑点，向基坑围护结构做梁板结构体系支撑，形成水平支护体系。

（5）在上一步施工任务结束后，再采取逆作法对刚开始预留的10 m 宽土体进行开挖施工。在挖至地下23 m 后，与第三层地下室主体结构连接成整体，最后进行第三层地下室外墙施工。根据施工方案，在外墙施工过程中同步做好防水、防腐处理［4］。

3 深基坑变形位移监测

3.1 监测方法及精度要求

对于大面积、大深度的深基坑工程，开挖后形成高陡边坡和临空面，受到基坑外侧土体压力的影响可能会导致基坑侧壁出现滑塌、位移等情况，不仅影响施工进度和工程质量，还有可能对基坑内施工人员的生命安全构成威胁。因此，在深基坑施工过程中必须要做好变形位移监测，一旦监测到应力突增或者变形幅度达到临界值，施工单位应立即采取加固措施，以保障深基坑施工质量和现场施工人员安全。本工程中采用了小角度法和水准测量法两种监测方法，所用监测仪器有全站仪、自动安平仪、测微器等。小角度法的监测精度在1 mm 以内，水准测量法的监测精度在0.5 mm 以内。同时，参照《建筑基坑工程监测技术标准》（GB 50497-2019）中的相关规定设置了对应的监测报警值，基坑测点水平位移和竖向位移超过基坑深度的0.1%～0.2%（23～46 mm）即启动报警，其最大值不得超过30 mm。本次监测将报警值设定为30 mm。

3.2 监测内容与监测频率

本次监测内容主要包含两方面，分别是基坑土体监测和基坑周边环境监测。前者监测内容有围护墙顶部竖向和水平位移、立柱竖向位移；后者监测内容有周边建筑竖向和水平位移，以及周边建筑或地表裂缝。用于监测基坑周边环境的点位应当在施工前布置好；用于监测基坑土体的点位应在施工期间布置好［5］。参照《建筑基坑工程监测技术标准》（GB 50497-2019）中的规定，正常情况下监测频率为每天1次；如果监测数据接近报警值，则需要提高监测频率，改为每天3～4次，直到监测数据恢复正常。

3.3 监测结果

本工程中监测结果见表1。

表1 深基坑监测结果（单位：mm）

在周边环境监测中，有一栋住宅楼靠近深基坑施工区域，最短直线距离为36 m。对该建筑物进行监测，发现墙体出现3 条裂缝，长度均在20 mm 以内，宽度在1 mm 以内，属于微小裂缝，对建筑结构安全无明显影响。从监测结果来看，本次深基坑施工中的位移量均在标准范围以内，施工质量达标。

4 顺逆作法施工效益分析

相比于常用的直挖顺作法和逆作法，本次深基坑中使用顺逆作法进行施工，取得了如下效益：

（1）加快了施工进度。在顺逆作法施工中，主楼地下室采用顺作施工，速度较快；裙楼地下室采用逆作施工，不占用有效工期。两者结合能大幅度缩短总工期。

（2）减少了对周边环境的影响。使用顺逆作法施工，利用地下室的墙、梁等主体构件发挥一定的支护作用，并且与地下连续墙结合形成支护体系，减轻了深基坑开挖施工对周边环境的影响。

（3）解决了施工场地限制，降低了施工难度。采用顺逆作法施工，利用第三层地下室的顶板作为第二层地下室的施工平台，不需要额外搭设临时支撑，提高了地下空间的利用率。

5 结语

在高层建筑深基坑工程中，单一使用顺作法或逆作法，无法实现施工进度、工程质量、环境保护、安全管理等多方面的统筹兼顾。本工程中应用顺逆作法施工，得出以下结论：

（1）施工前要结合地质勘查结果和深基坑施工要求，设计顺逆作法施工方案，并开展稳定性验算，确保施工方案的稳定性要求，提高对深基坑的支护效果，保证深基坑作业安全。

（2）在主楼地下室顺作和裙楼地下室逆作施工中，做好放坡开挖、钢板支撑、外墙施工等方面的技术管理，有助于提高顺逆作法施工质量。

（3）开展深基坑监测，密切关注围护墙顶部和周边建筑的水平位移、竖向位移，监测结果显示各监测点的位移量均在安全范围内。