逆作法在上海國際旅游度假區(qū)管理中心工程中的應(yīng)用

何 昕

上海國際旅游度假區(qū)工程建設(shè)有限公司 上海 201205

地下空間的開發(fā)利用已日益被人們所接受和重視[1]。地下工程施工方式可以分成順作法和逆作法施工這兩類。隨著城市用地不斷緊縮、施工場地局促以及開挖深度增加等情況的出現(xiàn)，順作法在某些工程中明顯體現(xiàn)出其自身的不足和問題。而逆作法在周邊環(huán)境復(fù)雜、周邊保護(hù)要求極高、工期要求緊、地下室樓層多、基坑較深的工程中逐漸顯現(xiàn)出其優(yōu)勢[2]。本文以上海國際旅游度假區(qū)核心區(qū)管理中心工程為例，詳細(xì)闡述了順作法和逆作法方案的比選過程，總結(jié)了逆作法在工程中的應(yīng)用優(yōu)勢和實(shí)施效果。

1 工程概況

背景項(xiàng)目位于上海迪士尼樂園南大門，總建筑面積為95 722 m2，地下3層，地上10層，建筑高度45 m。基坑平面形狀大致呈長方形，基坑面積16 000 m2，基坑深度17.5 m。

開挖范圍內(nèi)淺部土層主要有潛水含水層①層填土層、③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層和④淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。基坑分布有第⑦、⑨層砂（粉）性土，相互連通，分別為上海地區(qū)第一、二承壓含水層，水位埋深的變化幅度一般在8.5～16.0 m。

本工程基坑工程面積大，地下室邊界基本撐足周邊現(xiàn)存的建筑物的退界要求，施工期間可利用施工場地范圍十分緊張。為配合上海迪士尼園區(qū)開園要求，需在18個(gè)月內(nèi)完成至建筑外立面、室外總體，工期要求高。選擇合適的施工方案是本工程成功的關(guān)鍵。

2 方案選型

2.1 順作法方案

基坑圍護(hù)采用厚1 000 mm地下連續(xù)墻加3道鋼筋混凝土支撐。支撐立柱為450 mm×450 mm的角鋼格構(gòu)柱，支撐柱下樁插入第⑦層土。順作法從樁基、圍護(hù)開始，再逐道施工支撐、逐皮開挖土方，底板完成后方可逐道拆除支撐、進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)施工，地下結(jié)構(gòu)完成后再進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工（圖1）。

圖1 順作法基坑圍護(hù)剖面

2.2 逆作法方案

逆作法圍護(hù)地下連續(xù)墻、槽壁加固、坑內(nèi)土體加固與順作法圍護(hù)設(shè)計(jì)一致，逆作施工階段地下室樓板和底板結(jié)構(gòu)兼作支撐（圖2）。

圖2 逆作法基坑圍護(hù)剖面

逆作法鋼立柱分為型鋼格構(gòu)柱和鋼管混凝土柱2種形式。立柱樁全部利用主體結(jié)構(gòu)工程樁，塔樓樁徑擴(kuò)大至1.2 m，深度增加36 m；其他樁直徑不變，深度增加至第⑨層。界面層（圖3）中核心筒位置沿剪力墻方向設(shè)置托梁。

圖3 逆作法界面層布置

利用首層結(jié)構(gòu)梁板作為施工機(jī)械的挖土平臺(tái)及車輛運(yùn)作通道，利用中庭、電梯井、樓梯等結(jié)構(gòu)永久開口位置預(yù)留空間較大的出土口。

地下1層結(jié)構(gòu)梁板完成后，可開始上下同步施工。當(dāng)?shù)叵率业装逋瓿珊螅喜拷Y(jié)構(gòu)可同步封頂。但逆作法對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖進(jìn)度、節(jié)點(diǎn)處理技術(shù)、一柱一樁、逆作澆筑、施工承包管理等提出了更高的要求。

2.3 造價(jià)比較

逆作法增加了一柱一樁豎向支撐柱，柱下樁需加深加大。逆作法土方開挖采用暗挖的形式，相應(yīng)的挖土成本和施工措施費(fèi)用也都有所增加。但是順作法需要3道鋼筋混凝土支撐及棧橋、格構(gòu)柱，且支撐拆除需采用切割方式。逆作法節(jié)約了大量的鋼筋混凝土臨時(shí)支撐，同時(shí)B0板作為施工場地，節(jié)省了棧橋費(fèi)用。綜合上述措施，本工程的逆作法相比順作法節(jié)約400萬元。表1為順作法與上下同步逆作法經(jīng)濟(jì)的詳細(xì)對比。

2.4 工期比較

順作法臨時(shí)支撐施工、養(yǎng)護(hù)、拆除占用大量工期，地下結(jié)構(gòu)完成后方可開始上部結(jié)構(gòu)施工。逆作法因節(jié)省支撐施工、養(yǎng)護(hù)及拆除工期，同時(shí)地下室頂板、B1板完成后就可以同時(shí)進(jìn)行上下結(jié)構(gòu)施工，上部結(jié)構(gòu)施工開始時(shí)間大大提前。挖土受天氣制約較小，雨天可實(shí)現(xiàn)連續(xù)挖土。

采用順作法從樁基圍護(hù)開始，至結(jié)構(gòu)封頂，至少需17個(gè)月工期，無法滿足項(xiàng)目工期要求。逆作法由于上下同步施工，工期最短可縮短為10個(gè)月，比順作法提前7個(gè)月。表2為順作法與上下同步逆作法形象進(jìn)度對比。

表1 順作法與上下同步逆作法經(jīng)濟(jì)對比

表2 順作法與上下同步逆作法進(jìn)度對比

2.5 安全文明施工比較

相較于常規(guī)順作法，逆作法減少了拆撐過程中的大量建筑垃圾和粉塵污染。施工環(huán)境相對封閉，可大大降低施工噪聲和光、塵污染。但逆作法地下空間的光照和空氣流通性較差，需要采取專項(xiàng)通風(fēng)照明措施。

逆作法采用主體梁板作為支撐體系，減小了圍護(hù)體變形及滲漏風(fēng)險(xiǎn)，基坑變形小，周邊道路、管線、建筑物影響小。

考慮到工程的要求和特點(diǎn)，采用常規(guī)的“先下后上”逐層施工達(dá)到進(jìn)度要求的可能性不大，經(jīng)過比選，采用逆作法上下同步施工的施工方案更具優(yōu)勢。

3 現(xiàn)場實(shí)施要點(diǎn)

本工程采用上下同步逆作法施工。施工擬定的總體路線為“分區(qū)作業(yè)、階梯施工、突出主樓”。 盡早完成上部主體結(jié)構(gòu)，為幕墻與總體施工爭取足夠的施工時(shí)間。

在地下室施工階段，各層梁板分塊進(jìn)行流水搭接施工。在B1～B0主樓結(jié)構(gòu)施工完成后，進(jìn)行上下同步施工。在地下室底板挖土施工完成后再進(jìn)行3層裙房結(jié)構(gòu)施工。在主樓結(jié)構(gòu)封頂后，進(jìn)行幕墻、地下室回筑施工及相關(guān)專業(yè)工程施工。

3.1 一柱一樁施工

逆作法豎向支承系統(tǒng)采用一柱一樁，分為φ700 mm和φ750 mm共2種規(guī)格的鋼管混凝土（C60）柱以及550 mm×500 mm、500 mm×500 mm、480 mm×480 mm共3種格構(gòu)柱。立柱樁采用φ800 mm鉆孔灌注樁，頂部擴(kuò)孔至φ1 200 mm。立柱樁有效樁長65 m，垂直度要求高達(dá)1/500。

工程運(yùn)用了新型調(diào)垂機(jī)構(gòu)及激光傾斜儀監(jiān)測系統(tǒng)，解決了樁孔定位偏差大和調(diào)垂裝置使用復(fù)雜、施工人員操作困難的問題。

激光傾斜儀監(jiān)測系統(tǒng)是激光器和傾斜儀的有機(jī)組合，可實(shí)時(shí)輸出鋼格構(gòu)柱管體的傾斜變化。調(diào)垂系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，取得鋼立柱偏斜狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。將已連接了調(diào)垂支架的立柱吊放至樁孔內(nèi)，將調(diào)垂支腳卡進(jìn)限位鋼板內(nèi)，即可完成立柱定位。通過安放在垂直和水平方向上的2組千斤頂，調(diào)節(jié)地面上的校正架，以此調(diào)整鋼立柱的偏斜狀態(tài)，從而保證垂直度精度（圖4）。

圖4 格構(gòu)柱定位校正架

3.2 樁基檢測

本工程主樓區(qū)域單樁豎向極限抗壓承載力較大，達(dá)27 000 kN，工程中選用了自平衡法對樁基進(jìn)行檢測。

自平衡法樁基檢測采用特制的荷載箱，與鋼筋籠相接埋置于樁身指定位置。試驗(yàn)時(shí)，從樁頂通過輸壓管對荷載箱內(nèi)腔施加壓力，其上部樁極限側(cè)摩阻力及自重與下部樁極限側(cè)摩阻力及端阻力相平衡并以此來維持加載，從而獲得樁的承載力。

本工程的成功實(shí)踐，說明自平衡法檢測技術(shù)適用于大噸位試樁，尤其適用于類似本工程的上下同步逆作法工程的靜載試驗(yàn)。

3.3 逆作法節(jié)點(diǎn)施工

上下同步逆作法施工需要將上部結(jié)構(gòu)核心筒剪力墻轉(zhuǎn)換為下部立柱進(jìn)行支承，所以必須設(shè)置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。本工程界面層中核心筒位置沿剪力墻方向設(shè)置托梁，利用原有結(jié)構(gòu)梁包裹核心筒區(qū)域所有逆作法支撐柱，并拉通成為一個(gè)整體（圖5）。一般在剪力墻下采用原位支撐柱或墻外對稱設(shè)置豎向支撐柱。托梁以原結(jié)構(gòu)梁截面為基礎(chǔ)，在結(jié)構(gòu)梁的基礎(chǔ)上加大截面并配筋，通過節(jié)點(diǎn)優(yōu)化減小應(yīng)力集中和轉(zhuǎn)換梁負(fù)彎矩。

圖5 調(diào)整后核心筒托梁布置

3.4 土方施工

本工程地下室共分4次挖土。為盡快達(dá)到上下同步施工工況，在首皮土開挖過程中，裙房區(qū)域一次開挖至－5.2 m標(biāo)高，主樓區(qū)域一次放坡開挖至－8.3 m標(biāo)高。在裙房區(qū)域施工B0結(jié)構(gòu)的同時(shí)，完成主樓核心筒區(qū)域B1梁、板結(jié)構(gòu)，再順作完成主樓核心筒B0結(jié)構(gòu)，完成整個(gè)B0板的封閉，達(dá)到上下同步施工工況。

在樓板適當(dāng)位置開洞作為取土孔及材料運(yùn)輸口，出土口共21處。在頂板相應(yīng)行車位置及開洞邊緣采取加固措施，確保抓土機(jī)械及土方車輛行走安全。

4 實(shí)施效果

由于采用上下同步逆作法，故工程進(jìn)度大幅提前。在迪士尼園區(qū)開園前，順利達(dá)到外立面總體基本完成的施工形象進(jìn)度，解決了本工程工期緊張的問題。

此外，逆作法施工以逆作界面層作為設(shè)備機(jī)械安置、材料堆放場地，基本不占用鄰近場地，解決了本工程施工場地緊張的問題。其次，逆作法省去常規(guī)順作法的支撐及拆除費(fèi)用，降低了工程費(fèi)用。

從基坑安全性和綠色施工來說，逆作法優(yōu)于順作法。根據(jù)實(shí)測資料分析，基坑的水平位移為28 mm，基坑的豎向沉降為15 mm，基坑的最大水平位移和最大豎向沉降均小于按一級基坑和最初目標(biāo)設(shè)置的數(shù)值。

5 結(jié)語

本工程中，相較于常規(guī)順作法施工，逆作法極大地縮短了工期，順利實(shí)現(xiàn)了施工節(jié)點(diǎn)目標(biāo)。同時(shí)逆作法施工節(jié)省了常規(guī)順作法的支撐及拆除費(fèi)用，還能避免常規(guī)施工而引發(fā)的場地?fù)矶乱约肮こ淘肼暤葐栴}，具有良好的推廣價(jià)值，值得相關(guān)從業(yè)人員認(rèn)真研究及思考。