高層建筑地下室逆作法施工探討

羅邦岳　陶若文

摘 要：逆作法是相對于建筑物施工的常規(guī)順序而言的。地下室逆作法施工是利用地下室的樓蓋結(jié)構(gòu)、梁、板、柱和外墻結(jié)構(gòu)作為基坑圍護結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)施工的支撐結(jié)構(gòu)，在坑內(nèi)的水平支撐體系和圍護體系由上而下進行地下室結(jié)構(gòu)的施工，與此同時可進行上部結(jié)構(gòu)的施工。所以其施工順序是自上而下進行，地下結(jié)構(gòu)、基坑支護以及因逆作而帶來的特殊要求，都需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計中加以解決。

關(guān)鍵詞：高層建筑；地下室施工；逆作法

1 逆作法施工概述

逆作法就是帶有多層地下室或深基坑的建(構(gòu))筑物施工的中間支撐樁及地下連續(xù)的墻的支持作用，首先澆灌頂板、梁，其次澆灌地下空間的樓板、梁、剪力墻，最終澆灌底板而同時仍進行上部結(jié)構(gòu)施工的一種與正常施工順序截然相反的施工技術(shù)。

逆作法施工，可分為“封閉式逆作法”(全逆作法)和“開敞式逆作法”(半逆作法)。從理論上說，全逆作法以地下某層樓板為工作面，利用地下室結(jié)構(gòu)作為水平、垂直支撐，地上、地下兩個方向同時進行立體交叉施工，可較大幅度地縮短施工周期，應(yīng)予優(yōu)先采用，但因其接面基本封閉，給地下室施工帶來很多困難，且中間支承柱要承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載及施工荷載，其截面需增大，從而加大工程成本，因此，在逆作方式選擇時，應(yīng)結(jié)合工程具體情況作細致的權(quán)衡比較，從而確定最優(yōu)的施工方案。

一般來說，當(dāng)場地條件較好，有足夠的作業(yè)面時，首選方案是全逆作法施工;反之，當(dāng)場狹窄，上下同時施工有困難時，應(yīng)對全逆與半逆方案的工期及費用進行仔細測算，并綜合考慮質(zhì)量、安全及施工難度等因素后確定最終方案。

還有一種做法，即當(dāng)上部工程可分為主、附樓二期施工，且主樓落底面積與地下室占地面積的比率不是太大時可采取主樓部分地上、地下同時全逆作施工，待附樓地下室施工完畢后再進行上部主體施工，這樣既保持了工程的整體工期，又減少地下室的施工困難。不失為一個好的方案。

2 逆作法施工的特點

消耗社會資源少，該方法利用柱下樁及基坑周圍地下連續(xù)墻(系指基礎(chǔ)在地下水較高及淤泥質(zhì)層工況條件下采用)作為逆作法施工單位期間承受地上、地下結(jié)構(gòu)荷載及其施工的構(gòu)件;利用地下室梁、樓板，作為基坑的支撐，其中柱下樁的深度、柱徑與地下連續(xù)墻的深度、厚度需經(jīng)過計算確定。

地下多層逆作法挖土采用地下室首層梁板結(jié)構(gòu)完成后，由專用取土設(shè)備與人力相結(jié)合在樓板底下挖土，挖至下一層樓板標(biāo)高后，灌注該層梁板，然后再用相同方法挖土，灌注梁板混凝土，直到地下室底板完成。

地下室各層的混凝土梁、板模均采用土模，剪力墻的外模采用土模，內(nèi)模采用鋼模等定型模板，簡化施工程序，減少了支模工料。

逆作法施工土方，采用人力開挖，坑底水平運輸與取土設(shè)備垂直取土，然后將挖出的土方提升裝車外運。

是施工高層建筑多層地下室的有效方法，與傳統(tǒng)的大開挖方法相比，用逆作法施工深基礎(chǔ)，可以縮短工程的總工期，降低工程的總成本，同時工程所處的周圍環(huán)境及季節(jié)對工程施工影響小。

周邊的地下連續(xù)墻(或柱列式地下連續(xù)墻)既可作擋土截水結(jié)構(gòu)，又可作為地下工程的外墻(或基礎(chǔ)樁)，降低成本。

與通常的開挖施工相比，逆作法施工不會發(fā)生因為對基坑換撐而引起支撐系統(tǒng)內(nèi)力重分布，從而導(dǎo)致周圍環(huán)境位移。亦不存在(如果是混凝土支撐)爆破振動與支撐突然卸載對周圍環(huán)境的危害。

支護體系就是永久地下室，剛度大，挖土過程變形小，環(huán)境安全更有保障。

逆作法施工只開挖有效范圍的土方，與傳統(tǒng)大開挖相比減少了土方工程量和運輸量。

逆作法克服了傳統(tǒng)開挖施工的缺點，避免了大基坑長時間暴露而導(dǎo)致邊坡風(fēng)化和護極間土的塌落。

2 逆作方法的選擇主要考慮的內(nèi)容

基坑深度目前高層建筑地下大部分是二層(一層用于停車場，另一層是設(shè)備層)發(fā)展到三層，但也有多層地下室，國內(nèi)最深的是北京外經(jīng)貿(mào)委綜合樓地下六層地下開挖深度為-26.68m，國外最深的地下室是地下13層，地下越深，施工的難度越大。選用逆作方法，首要考慮的是地下深度問題。

工程地質(zhì)土層構(gòu)造是考慮選用逆作法又一重要因素，土層較好，雖然四周環(huán)境較差，可以采用簡單可行的逆作方法，如上層較差、四周環(huán)境又稍好、必須采用可靠的逆作方法。因此在確定逆作方法前，必須對工程地質(zhì)進行詳細地勘察，切忌簡單從事。

地下水對基坑開挖的影響更大，在基坑開挖中不論采用何種逆作方法，勘察單位不能忽視水文地質(zhì)勘察工作，所以一定要在施工前將地下水的形成及種類要調(diào)查清楚，是承壓水、滲流水、還是上層滯水以及水頭大小，土層的滲透系數(shù)等，以便選用合適的止水方案和降水措施使逆作施工時，不致因水的患害造成基坑失誤。

基坑四周的環(huán)境也是決定選用逆作方法的重要因素，四周的環(huán)境除了地上建筑距基坑的遠近之外，對地下各類管線、電纜的調(diào)查特別重要，一定要調(diào)查落實，不致因逆作施工破壞四周的地下工程，對基坑產(chǎn)生次生災(zāi)害。

3 逆作法施工流程設(shè)計

逆作法施工流程的設(shè)計應(yīng)考慮以下幾點因素:

工程的具體條件和要求:工程中采用逆作法的原因很多，如環(huán)境保護要求較高，常規(guī)順作開挖施工變形較大，采用逆作法達到保護環(huán)境的目的，此時上部結(jié)構(gòu)不一定要求同時施工;工期緊張要求采用逆作法，上部結(jié)構(gòu)必須與地下結(jié)構(gòu)同時施工，而且對上部結(jié)構(gòu)還有一定的層數(shù)要求;從降低造價的經(jīng)濟性角度要求采用逆作法等。不同的要求對應(yīng)的逆作法施工流程通常是不同的。

主體結(jié)構(gòu)形式:主體工程的結(jié)構(gòu)形式對逆作法的適應(yīng)性是不同的。如超高層建筑豎向受力構(gòu)件的重要性決定了其主樓不適合采用逆作法，而往往只在其裙房采用逆作，因此其地下結(jié)構(gòu)往往是逆作結(jié)合順作的施工流程;而如地鐵和地下車庫等單建式地下結(jié)構(gòu)由于埋置較深，通常需要在逆作法施工中增加臨時支撐等措施。因此，應(yīng)在滿足主體結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的前提下進行逆作法流程的設(shè)計。

施工的可操作性:逆作法流程的設(shè)計應(yīng)保證每一設(shè)計工況階段施工的可操作性。逆作法的設(shè)計應(yīng)與施工方法充分結(jié)合，充分考慮到逆作法的施工問題，如土方開挖和進料、混凝土構(gòu)件的逆向施工、施工的操作空間、臨時構(gòu)件與永久受力構(gòu)件的施工轉(zhuǎn)換等問題。

4 逆作法工作機理

逆作法施工是一個分步的施工過程，結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件兼有臨時結(jié)構(gòu)和永久結(jié)構(gòu)的雙重功能，其結(jié)構(gòu)形式、剛度、支承條件和荷載情況隨開挖過程不斷變化，結(jié)構(gòu)受力不僅與施工方法、開挖步驟和施工措施關(guān)系密切，而且荷載效應(yīng)存在繼承性，即這一施工過程在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力和變形，是前面各施工過程受力的繼續(xù)，使用階段的受力是施工階段受力的繼續(xù)。在逆作法中地下結(jié)構(gòu)外墻同時作為基坑圍護擋土墻，地下結(jié)構(gòu)各層樓板結(jié)構(gòu)同時作為水平支撐，地下結(jié)構(gòu)的部分豎向構(gòu)件(結(jié)構(gòu)柱和樁)同時作為底板澆筑前的豎向支承構(gòu)件。這三部分構(gòu)件的共同作用完成了地下結(jié)構(gòu)的逆作法施工。

地下結(jié)構(gòu)外墻作為施工階段的擋土結(jié)構(gòu)主要承受橫向荷載，同時也承受水平構(gòu)件傳來的豎向荷載，橫向荷載通過水平樓板結(jié)構(gòu)承擔(dān)，而豎向荷載在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的豎向構(gòu)件和外墻之間分配。在基礎(chǔ)底板施工后，由于底板的調(diào)整分配作用，豎向荷載在外墻和樁基之間進行分配。

地下結(jié)構(gòu)水平構(gòu)件作為支撐的設(shè)計，應(yīng)充分考慮水平支撐在基坑開挖過程中的受力特點:在滿足主體結(jié)構(gòu)要求的同時，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式;在保證豎向承載的同時，滿足水平方向的承載能力。由于地下結(jié)構(gòu)水平構(gòu)件作為支撐的支撐剛度遠大于臨時支撐，逆作法的基坑變形較小，因此宜采用靜止土壓力設(shè)計計算作為支撐的水平構(gòu)件。

逆作法中豎向構(gòu)件的設(shè)計應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件設(shè)計的基礎(chǔ)上，滿足在基礎(chǔ)底板完成前上部結(jié)構(gòu)的施工層數(shù)要求。由于基礎(chǔ)底板尚未形成前，豎向構(gòu)件均為單獨受荷，因此應(yīng)提高該階段豎向受力構(gòu)件的安全度。同時應(yīng)注意在逆作法的基坑開挖和形成結(jié)構(gòu)過程中，由于垂直荷載的增加和土體的卸載，將會影響邊墻和內(nèi)部一柱一樁等豎向構(gòu)件沉降的差異，因此而產(chǎn)生的對結(jié)構(gòu)體系的影響比順作法嚴(yán)重得多。豎向支承系統(tǒng)過大的差異沉降，不僅會在水平構(gòu)件中產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，而且會給節(jié)點連接帶來困難，設(shè)計中應(yīng)給予充分考慮。在對逆作法主體地下結(jié)構(gòu)與圍護結(jié)構(gòu)的結(jié)合進行整體分析的同時，應(yīng)對逆作法中的施工問題給予充分考慮。

參考文獻

[1]徐至鈞，趙錫宏.逆作法設(shè)計與施工.北京:機械工業(yè)出版社.2002.

[2]黃熙嶺.高層建筑地下結(jié)構(gòu)及基坑支護.北京:宇航出版社1994.