張偉偉　 何培玲　姜景山　嚴(yán)正　黃海 南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院

深基坑工程逆作法施工發(fā)展及展望

張偉偉 何培玲姜景山嚴(yán)正黃海 南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院

本文論述了地下深基坑工程逆作法，主要包括深基坑工程逆作法施工順序、施工分類，逆作法施工涉及的關(guān)于地下連續(xù)墻、中間支撐樁柱等施工技術(shù)要點(diǎn)，還介紹了相關(guān)施工安全問題。最后還對(duì)逆作法的發(fā)展做出了展望，提出通過設(shè)計(jì)專業(yè)化逆作法施工機(jī)械以及優(yōu)化施工方案等途徑彌補(bǔ)現(xiàn)有逆作法施工方法的不足。

深基坑工程；逆作法施工；地下連續(xù)墻；支撐樁柱

1 逆作法施工發(fā)展

逆作法施工技術(shù)首次出現(xiàn)在上世紀(jì)30年代的日本，隨后，隨著地下連續(xù)墻技術(shù)的進(jìn)步以及高效挖土機(jī)械的出現(xiàn)，逆作法又在美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)家得到運(yùn)用。到了70年代，隨著打樁機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，中間支撐立柱的施工精度提高，足以支撐主體結(jié)構(gòu)，逆作法在越來(lái)越多的發(fā)展中國(guó)家得到應(yīng)用[1]。90年代以來(lái)，逆作法施工技術(shù)在我國(guó)得到了迅速的發(fā)展，促進(jìn)了我國(guó)建筑施工技術(shù)的進(jìn)步和提高[2]。

新的時(shí)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的大力推動(dòng)，國(guó)家經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，城市飛速發(fā)展，很多大中型城市地上建筑空間日趨減少，因此，高層和超高層建筑以及地下空間的利用也顯得尤為重要。包括高層和超高層建筑地下部分的工程，地鐵工程等在內(nèi)的深基坑工程逐步成為建筑施工的重要組成部分，這些深基坑工程的深度不斷增加，規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。

經(jīng)過不斷地發(fā)展，如今的深基坑工程逆作法施工相較于傳統(tǒng)施工方法，主要具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）社會(huì)資源消耗少：特別是可利用施工場(chǎng)地狹小時(shí)，逆作法的效果更加明顯[3]。（2）縮短施工工期：當(dāng)上下結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行時(shí)能夠極大縮短工期。（3）降低施工成本：外墻可以同時(shí)起擋土截水的作用；只開挖有效范圍內(nèi)的土方，能夠減少土方開挖量和運(yùn)輸量；地下室各層梁板、外墻可以采用土模[1]。（4）對(duì)周圍環(huán)境影響?。菏芰α己煤侠恚瑖o(hù)結(jié)構(gòu)變形量小，相鄰的建筑物沉降小[2]，當(dāng)場(chǎng)地為軟土地基時(shí)效果更明顯[4]。（5）提高施工安全性：不會(huì)因?yàn)榛訐Q撐而引起內(nèi)力重分布，避免基坑長(zhǎng)時(shí)間的暴露導(dǎo)致的邊坡風(fēng)化[1]。憑借逆作法的這些優(yōu)點(diǎn)，可以加快業(yè)主的銷售和資金周轉(zhuǎn)速度[5]，從而獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2 逆作法的施工工藝

2.1逆作法的施工順序

逆作法，不同于正作法的自下而上，是從地面向下逐層的施工方法，地下建筑的主體結(jié)構(gòu)也作為基坑開挖時(shí)的支撐結(jié)構(gòu)。常規(guī)逆作法施工如圖1所示，順序?yàn)椋簻?zhǔn)備工作結(jié)束之后，

進(jìn)行維護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，中間支撐樁柱及立柱施工，明挖土方至分界層并在分界層作結(jié)構(gòu)梁板施工。下部結(jié)構(gòu)逐層暗挖土方至設(shè)計(jì)標(biāo)高處并做結(jié)構(gòu)梁板施工，直至地下室底板；在條件允許的情況下，上部結(jié)構(gòu)在完成首層結(jié)構(gòu)施工后，可與地下同步、逐層向上施工，最后封頂[6]。

圖1　常規(guī)逆作法施工圖

表1　　土體支護(hù)體系分類

2.2逆作法的分類

實(shí)際施工過程中，針對(duì)不同的施工環(huán)境以及建筑結(jié)構(gòu)，逆作法分為多種類型。根據(jù)地上與地下建筑結(jié)構(gòu)是否同步施工，可以分為全逆作法和半逆作法[7]。全逆作施工方式是出于控制施工進(jìn)度，縮短工期和降低成本的目的，同步進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)逆作法施工和地上結(jié)構(gòu)正作法施工，需要足夠的結(jié)構(gòu)承載力，如果樁基的承載能力不能夠保證上部結(jié)構(gòu)同步施工，則只能首先進(jìn)行地下建筑逆作法施工，即為半逆作法施工。很多交通工程由于施工條件限制，需要降低施工對(duì)于交通運(yùn)輸?shù)挠绊?，因此?huì)采用蓋挖逆作法，封閉地面交通，挖出覆土，邊坡支護(hù)，施工結(jié)構(gòu)頂板，最后覆蓋土恢復(fù)交通。此外，還有分層逆作法，土方抽條開挖逆作法等新式逆作法施工工藝，采用不同的土方開挖方式以及順序，克服了施工困難，有利于開挖的順利進(jìn)行?？梢哉f，逆作法施工順序的改進(jìn)有兩個(gè)主要方向：一是開挖土方從敞開式向覆蓋式發(fā)展；二是土方開挖路線及開挖形式合理化發(fā)展，越來(lái)越適應(yīng)工程實(shí)際情況。

3.深基坑逆作法施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1土體支護(hù)體系

土體支護(hù)體系，也是水平支撐體系，從工作原理可分為最基本的四類，如表1所示。隨著技術(shù)的進(jìn)步，土體支護(hù)也衍生出多種新形式，比如利用大氣壓力以支護(hù)基坑土體的方法[8]。

3.2地下連續(xù)墻施工方法

地下連續(xù)墻剛度大、強(qiáng)度高，可作為永久或臨時(shí)地下結(jié)構(gòu)[15]，得到了廣泛的應(yīng)用。施工步驟一般為：首先預(yù)制企口式接頭樁，養(yǎng)護(hù)樁體至合格強(qiáng)度起吊運(yùn)輸，然后測(cè)量、放線，控制導(dǎo)墻的位置，導(dǎo)墻是測(cè)量的基準(zhǔn)，施工時(shí)必須考慮到連續(xù)墻的變形以及施工誤差，保證尺寸要求[16]。接著開挖基坑，如果地下水位過高應(yīng)先進(jìn)行降水，開挖過程中要注重清理基底以控制水平度，以及采取措施控制墻體垂直度，避免因豎向荷載產(chǎn)生大量沉降。最后在澆筑混凝土的過程中，宜采取措施避免滲漏，以保證施工質(zhì)量。目前挖土成槽機(jī)械主要缺陷是不能保證墻體的足夠穩(wěn)定，改進(jìn)方向主要在于更加高效以及更加小型化，這樣也可以適用于異形的地下連續(xù)墻，能夠保證在墻體還未坍塌的時(shí)候就完成挖槽任務(wù)。

3.3中間支承柱和立柱樁

中間支承柱和立柱樁是逆作法施工的重要一環(huán)，開挖時(shí)是支撐柱，施工完成后可以作為永久的地下結(jié)構(gòu)受力柱，因此必須精確控制其軸線位置，垂直度也是重要指標(biāo)，一般需控制在立柱長(zhǎng)度的1/600以內(nèi)[17]。實(shí)際施工中，成孔之后需經(jīng)過全方位測(cè)量配合垂直定位，才可下放立柱樁的鋼筋籠至設(shè)計(jì)位置，同時(shí)再次調(diào)節(jié)垂直度，借助支架進(jìn)行臨時(shí)固定后，方可進(jìn)行混凝土的澆筑，或是利用鋼管或型鋼將立柱引至地面上，再選用精密儀器測(cè)量并調(diào)節(jié)[17]。對(duì)于大口徑鋼管樁，可在孔內(nèi)埋設(shè)定位錨板，達(dá)到測(cè)量和控制其垂直度的目的。中間支承樁柱施工技術(shù)也進(jìn)一步發(fā)展：關(guān)于測(cè)量，可利用一種新型逆作法立柱樁鉆芯檢測(cè)施工方法，這種檢測(cè)技術(shù)能夠有效地檢測(cè)立柱樁，保證了立柱樁的檢測(cè)順利進(jìn)行[18]；關(guān)于調(diào)節(jié)，可以采取數(shù)據(jù)計(jì)算分析結(jié)合CAD精確放樣的方法[19]，利用實(shí)調(diào)垂控制系統(tǒng)[20]，調(diào)整直至滿足設(shè)計(jì)要求后再固定并澆筑混凝土。

3.4沉降、變形觀測(cè)

逆作法施工中，作為臨時(shí)的支護(hù)結(jié)構(gòu)和地下結(jié)構(gòu)一部分的地下墻、板、柱，應(yīng)按照永久結(jié)構(gòu)的要求嚴(yán)格控制其沉降和變形[17]，因承擔(dān)新澆混凝土的重量，坑底地基土在必要時(shí)必須進(jìn)行變形控制。觀測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，同時(shí)結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境確定。觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向主要是保護(hù)措施以及觀測(cè)儀器的改進(jìn)，由于觀測(cè)點(diǎn)十分重要且一般設(shè)置于墻柱邊角處，因此宜做好保護(hù)措施，確保后續(xù)觀測(cè)工作不受影響。不同的觀測(cè)環(huán)境，不同的觀測(cè)對(duì)象也需要選用相應(yīng)的觀測(cè)儀器，比如觀測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)所用儀器不能夠清楚觀察裂縫，則宜換用帶讀數(shù)的顯微鏡來(lái)觀察其變化情況。

3.5施工洞口及垂直運(yùn)輸

由于是在地下封閉的環(huán)境下進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工，垂直運(yùn)輸挖出的土方以及施工材料設(shè)備的過程也成了逆作法施工的重要一環(huán)，所以需設(shè)計(jì)用于地面直達(dá)地下結(jié)構(gòu)底層的垂直運(yùn)輸，且尺寸大小符合施工要求的預(yù)留孔道。一般的發(fā)展方向是：設(shè)計(jì)合理的挖土方案和出土路線，滿足“先柱后墻，間隔開挖，流水作業(yè)，嚴(yán)禁超挖”的逆作法施工原則，盡量減少預(yù)留施工口，從而減少加固預(yù)留施工口所需要施工量以及施工費(fèi)用[21]。

4.深基坑逆作法安全管理

施工安全問題是施工過程中的重中之重，保障施工安全，保證施工人員生命安全，值得施工設(shè)計(jì)單位和組織單位去認(rèn)真對(duì)待。進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的施工監(jiān)理人員必須做好相應(yīng)的安全措施[22]，持上崗證，戴安全帽。施工預(yù)留口位置處應(yīng)做好安全防范措施，預(yù)埋長(zhǎng)鋼筋網(wǎng)，加固定蓋板或設(shè)置護(hù)身欄[23]，有條件的應(yīng)設(shè)置警示標(biāo)志。

在施工開始之前，應(yīng)調(diào)查好該區(qū)域內(nèi)以及相鄰建筑物地下管線的埋設(shè)情況，條件允許時(shí)結(jié)合地質(zhì)資料的超前鉆探，明確每個(gè)樁位的巖層分布、地下水、地下氣體情況[24]，施工時(shí)要特別注意這些位置，避免在施工中出現(xiàn)滲水漏水，有毒氣體泄漏的情況。

因此，在地下封閉狀態(tài)下進(jìn)行施工，合理布置通風(fēng)系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)值得特別注意。施工產(chǎn)生的灰塵以及廢氣無(wú)法自然排出室外，需要采用機(jī)械通風(fēng)，保證工作面的空氣流通。涉及電源電路的部分應(yīng)提高警惕，雇專業(yè)電工操作，施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁吸煙或使用明火，宜做好防火措施。

5 總結(jié)與展望

逆作法施工技術(shù)雖然得到大力發(fā)展，在建筑工程中發(fā)揮了重要作用，但目前仍存在一些缺陷：（1）由于地下層高的限制，挖土不靈活，需要輔以部分人力挖土。（2）節(jié)點(diǎn)的預(yù)埋位置不容易控制，會(huì)增加焊接的施工量。（3）柱墻混凝土搭接質(zhì)量難以控制，容易導(dǎo)致漏水和承載力降低的后果。（4）施工環(huán)境通風(fēng)比較差，施工難度較大，質(zhì)量難以控制。（5）施工過程敏感度較大，相應(yīng)的質(zhì)量控制要求較嚴(yán)格[25]。

地下建筑在變形特征、結(jié)構(gòu)特征和受環(huán)境影響等方面體現(xiàn)出來(lái)非均質(zhì)性，非線性和離散性使得我們迫切地將新技術(shù)利用到逆作法的施工、測(cè)量以及監(jiān)控方面，在逆作法的每一個(gè)施工步驟力求優(yōu)化和創(chuàng)新[26]。具體改進(jìn)方向可從以下幾點(diǎn)考慮。

（1）注重節(jié)點(diǎn)的施工。作為地下結(jié)構(gòu)承載力和地下結(jié)構(gòu)整體性的重要保證，節(jié)點(diǎn)的施工在逆作法施工中顯得十分重要。施工時(shí)埋件的位置是否準(zhǔn)確，焊接是否牢靠，以及后澆混凝土是否采取適合的措施以確保其密實(shí)且無(wú)收縮裂縫[27]，都決定了節(jié)點(diǎn)的施工質(zhì)量能否滿足要求。主要的發(fā)展方向應(yīng)是致力于改進(jìn)提高輔助定位的技術(shù)，使節(jié)點(diǎn)的預(yù)埋預(yù)留位置更加精確，從而降低焊接的工作量。

（2）注重結(jié)構(gòu)的防水。比如采用止水性強(qiáng)且均勻的“TRD”(Trench cutting re-mixing deep wall)工法[28]，利用結(jié)構(gòu)自防水滿足工程的防水要求，此外還有基于真空帷幕止水的特殊工法[8]，這些新興的防水方式都代表了結(jié)構(gòu)防水的發(fā)展方向。

（3）結(jié)合計(jì)算機(jī)信息技術(shù)設(shè)計(jì)出針對(duì)于逆作法特點(diǎn)的施工機(jī)械或者結(jié)合實(shí)際工況優(yōu)化施工方案，以彌補(bǔ)現(xiàn)有逆作法施工中存在的缺陷。針對(duì)逆作法改進(jìn)的施工機(jī)械，滿足小型、靈活、高效的特點(diǎn)，能大大降低挖土的難度，可以減少由于地下層高的限制所增加的施工量。

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南京工程學(xué)院2016挑戰(zhàn)杯支撐項(xiàng)目（TZ20160017）。

張偉偉（1995-），男，本科生，土木工程專業(yè)，主要從事土木建筑工程方面的研究。