上下同步逆作建造的設計和施工關鍵技術研究

馬躍強

1. 上海建工二建集團有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程逆作法工程技術研究中心 上海 200080

當項目對工程進度有嚴格要求時，可采用上下同步逆作建造技術來實現。上下同步逆作建造技術為在向下逆作施工地下結構的同時，向上施工界面層以上主體結構的施工工法[1]。通常情況下，相比先施工地下結構再施工地上結構，上下同步逆作建造技術可節約6～12個月工期。地下室層數和上部結構可同步層數越多時，進度可縮短越多。

上下同步逆作建造技術涉及到上下同步方案、立柱樁、逆作B0梁板、托換梁、剪力墻回筑、關鍵節點等一系列技術問題，相比半逆作法，技術難度要求更高。本文結合上海國際旅游度假區管理中心項目，圍繞上下同步逆作建造設計和施工技術進行系統的研究，形成一套標準化的設計和施工流程。

1 工程概述

1.1 建筑結構概況

上海國際旅游度假區管理中心（圖1）位于上海迪士尼國際旅游度假區的南大門，總建筑面積93 055 m2，其中地下面積49 262 m2，地下3層，地上10層，建筑高度45 m。

1.2 結構概況

圖1 項目效果圖

地下室采用框架結構。B3～B1層高分別為3.90、5.50、5.85 m，柱距為8.40 m×8.40 m，結構柱尺寸為800 mm×800 mm，框架梁尺寸一般為400 mm×900 mm、400 mm×800 mm，次梁十字布置，截面為300 mm×650 mm。

主樓采用框架-核心筒結構。核心筒外圍大小為18.7 m×13.9 m，剪力墻厚度為400、300、200 mm。結構柱為1.4 m×1.4 m、1.2 m×1.2 m等；框架梁斷面一般為500 mm×1 000 mm（長邊）、500 mm×800 mm（短邊）等；次梁井字布置，截面為300 mm×700 mm。

1.3 圍護概況

基坑形狀大致呈長方形，尺寸為96.6 m×184.8 m。基坑開挖深度17.5 m，開挖面積約18 000 m2，周邊長560 m，安全等級為一級。圍護墻采用厚1 000 mm地下連續墻，與結構外墻采用“兩墻合一”，槽壁加固采用φ800 mm五軸攪拌樁，墻間采用φ800 mm旋噴樁，坑內加固采用φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁（圖2）。

2 上下同步逆作設計

2.1 上下同步逆作工況

1）裙樓區域土體開挖至地下室頂板下約1 m，施工完成地下室頂板，主樓區域土體開挖至地下室1層樓板下約1 m，施工完成主樓區域托梁及梁上剪力墻至地下室頂板。

圖2 基坑圍護剖面示意

2）裙樓區域土體開挖至地下室1層樓板下約1 m，施工完成地下1層樓板，上部結構完成3層樓板。

3）全部區域土體開挖至地下室2層樓板下約1 m，施工完成地下2層樓板，同時上部結構完成7層樓板。

4）全部區域土體開挖至地下室底板，澆筑墊層施工底板，上部結構全部完成。

2.2 立柱樁設計

逆作立柱分為格構鋼柱和鋼管混凝土柱2種形式[2]。依據上下同步施工工況，最不利工況為大底板施工前，上部結構封頂時的工況。依據DG/TJ 08-2113—2012《逆作法施工技術規程》，荷載考慮結構自重、施工活荷載、水土壓力、風荷載、地震荷載等。

依據《逆作法施工技術規程》和GB 50936—2014《鋼管混凝土結構技術規程》，經計算，逆作立柱樁參數為：

1）裙樓區域立柱樁樁徑為8 0 0 m m（擴大端1 200 mm），立柱規格為550 mm×550 mm、500 mm×500 mm、480 mm×480 mm，對應的材料為4∠200 mm×18 mm、4∠180 mm×18 mm、4∠160 mm× 16 mm。

2）主樓區域立柱樁樁徑為1 200 mm，立柱規格分別為φ700 mm×22 mm、φ750 mm×22 mm鋼管，內部灌入C60混凝土。

立柱樁充分利用工程樁，需與結構設計協調。考慮裙樓柱下工程樁直徑800 mm，持力層為第7層，單樁承載力不小于4 000 kN，主樓柱下工程樁直徑1 200 mm，持力層為第9層，單樁承載力不小于12 000 kN，滿足立柱樁承載力要求。

2.3 逆作B0梁板設計

B0梁板設計需要考慮行車路線、出土口位置、梁板加固、臨時支撐等。出土口設置考慮方便出土和行車取土，并盡量利用已有結構洞口。上下同步要考慮在主樓周邊設置取土口（圖3）。圖3陰影區域為行車路線及施工作業區域，共設置20個出土口。

圖3 B0梁板行車區域及出土口布置

B0梁板開口位置將根據水平梁板分析對主體結構梁進行加強。對出土口位置設置臨時支撐和孔邊梁，中間大開洞位置設置臨時混凝土支撐，孔邊梁結合結構梁進行截面放大處理，待完成后鑿除。出土孔內結構待底板完成后逐層施工封閉。四周的梁板與地下連續墻冠梁相連接，在2個角部坡道位置采用臨時支撐傳力，在高低跨位置設置混凝土加腋傳力節點。

2.4 上下同步托梁設計

在上下同步逆作法中，托梁作為一種與逆作立柱組合而成的臨時結構，共同支撐上部主體結構。托梁在界面層沿剪力墻方向設置，在剪力墻下設置多根格構鋼柱。增大原有結構梁截面，形成托梁，包裹核心筒區域所有逆作法支撐柱，并拉通成為一個整體（圖4）[3-4]。

圖4 核心筒托梁示意

核心筒豎向格構鋼柱截面400 mm×400 mm，最大間距6.6 m，剪力墻寬度為400 mm。托梁以原結構梁截面為基礎，托梁寬度宜大于支承柱寬度400 mm。因梁高不宜小于支撐柱間跨度1/8，高度方向上底標高不變，頂標高提高。施工全過程的轉換梁最大負彎矩為1 598.7 kN·m，最大正彎矩為880.7 kN·m（圖5）。用同樣方法可計算出全工況下最大剪力為1 780 kN。依據《鋼筋混凝土設計規范》計算，托梁尺寸分別為800 mm×1 400 mm、2 800 mm×1 200 mm、400 mm×1 200 mm。

3 上下同步逆作關鍵施工

3.1 一柱一樁高精度調垂技術

高精度調垂系統由2套設備組成，分別包括新型調垂盤和高精度調垂傾角儀監測設備。

圖5 全工況下托梁彎矩趨勢

本工程逆作法豎向支承立柱一共有321根。針對工程當中的豎向支承立柱的調垂精度，本節做了統計分析，垂直度＜1/300的占1%，＜1/500的占71%，＜1/1 000的占28%。

3.2 核心筒托換方案

當上下同步逆作施工將建筑上下主體結構施工完畢以后，需要對主樓區域支撐轉換梁的豎向格構立柱進行逐步拆除，從大底板往上建立豎向剪力墻結構進行托換。

1）主樓區域回筑施工豎向剪力墻結構，施工范圍避開格構柱外邊200 mm〔圖6（a）〕。

2）豎向結構完成并達到設計強度后，拆除邊墻4根格構柱，地下2、3層結構類似，可同時施工〔圖6（b）〕。

3）補完上一步格構柱割除位置的豎向剪力墻結構，當補充的豎向剪力墻結構完成并達到設計強度后，再拆除角部4根格構柱，地下2、3層結構類似，可同時施工〔圖6（c）〕。

4）補完上一步格構柱割除位置的豎向剪力墻結構，當補充豎向剪力墻結構完成并達到設計強度后，拆除其余6根格構柱，地下2層、3層同時施工〔圖6（d）〕。

圖6 核心筒托換方案

5）補完上一步中格構柱割除位置的豎向剪力墻結構，地下2層、3層同時施工。當補充豎向剪力墻結構完成并達到設計強度后，托換結束。

3.3 施工進度

針對上下同步逆作的關鍵施工工況，合理安排工期，總工期為27個月。相比順作法，項目節約工期大約6個月。

3.4 信息化應用

通過BIM信息化模型，對上下同步全過程施工工況進行三維模擬，有利于指導施工（圖7）。將4D施工模擬與施工組織方案相結合，使各項工作的安排變得合理、有效。上下同步逆作法節點復雜，如逆作立柱與梁板節點、逆作立柱與托換梁節點、喇叭口后澆筑節點等需要BIM精細化建模（圖8）。

圖7 三維施工BIM模擬

圖8 復雜節點BIM模型

4 結語

本文結合工程實踐，詳細闡述了上下同步逆作法設計和施工關鍵技術，其中立柱樁選項及設計、逆作B0梁板設計、托梁工況及設計、逆作立柱調垂工藝、核心筒剪力墻回筑技術、進度控制等已形成了一套標準化的設計和施工方法。由于采用上下同步逆作施工，相比順作法工期縮短了6個月，保證了迪士尼開園前上部形象完成的進度目標。