深基坑工程逆作法施工發展及展望

張偉偉　 何培玲　姜景山　嚴正　黃海 南京工程學院建筑工程學院

深基坑工程逆作法施工發展及展望

張偉偉 何培玲姜景山嚴正黃海 南京工程學院建筑工程學院

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于地下連續墻、中間支撐樁柱等施工技術要點，還介紹了相關施工安全問題。最后還對逆作法的發展做出了展望，提出通過設計專業化逆作法施工機械以及優化施工方案等途徑彌補現有逆作法施工方法的不足。

深基坑工程；逆作法施工；地下連續墻；支撐樁柱

1 逆作法施工發展

逆作法施工技術首次出現在上世紀30年代的日本，隨后，隨著地下連續墻技術的進步以及高效挖土機械的出現，逆作法又在美國、德國、法國等國家得到運用。到了70年代，隨著打樁機技術的進步，中間支撐立柱的施工精度提高，足以支撐主體結構，逆作法在越來越多的發展中國家得到應用[1]。90年代以來，逆作法施工技術在我國得到了迅速的發展，促進了我國建筑施工技術的進步和提高[2]。

新的時期，隨著我國現代化建設的大力推動，國家經濟的不斷進步，城市飛速發展，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，規模也在不斷擴大。

經過不斷地發展，如今的深基坑工程逆作法施工相較于傳統施工方法，主要具有以下優勢：（1）社會資源消耗少：特別是可利用施工場地狹小時，逆作法的效果更加明顯[3]。（2）縮短施工工期：當上下結構同時進行時能夠極大縮短工期。（3）降低施工成本：外墻可以同時起擋土截水的作用；只開挖有效范圍內的土方，能夠減少土方開挖量和運輸量；地下室各層梁板、外墻可以采用土模[1]。（4）對周圍環境影響?。菏芰α己煤侠?，圍護結構變形量小，相鄰的建筑物沉降小[2]，當場地為軟土地基時效果更明顯[4]。（5）提高施工安全性：不會因為基坑換撐而引起內力重分布，避免基坑長時間的暴露導致的邊坡風化[1]。憑借逆作法的這些優點，可以加快業主的銷售和資金周轉速度[5]，從而獲得可觀的經濟效益。

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，地下建筑的主體結構也作為基坑開挖時的支撐結構。常規逆作法施工如圖1所示，順序為：準備工作結束之后，

進行維護結構的施工，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構梁板施工。下部結構逐層暗挖土方至設計標高處并做結構梁板施工，直至地下室底板；在條件允許的情況下，上部結構在完成首層結構施工后，可與地下同步、逐層向上施工，最后封頂[6]。

圖1　常規逆作法施工圖

表1　　土體支護體系分類

2.2逆作法的分類

實際施工過程中，針對不同的施工環境以及建筑結構，逆作法分為多種類型。根據地上與地下建筑結構是否同步施工，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度，縮短工期和降低成本的目的，同步進行地下結構逆作法施工和地上結構正作法施工，需要足夠的結構承載力，如果樁基的承載能力不能夠保證上部結構同步施工，則只能首先進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，需要降低施工對于交通運輸的影響，因此會采用蓋挖逆作法，封閉地面交通，挖出覆土，邊坡支護，施工結構頂板，最后覆蓋土恢復交通。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行?？梢哉f，逆作法施工順序的改進有兩個主要方向：一是開挖土方從敞開式向覆蓋式發展；二是土方開挖路線及開挖形式合理化發展，越來越適應工程實際情況。

3.深基坑逆作法施工技術要點

3.1土體支護體系

土體支護體系，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。隨著技術的進步，土體支護也衍生出多種新形式，比如利用大氣壓力以支護基坑土體的方法[8]。

3.2地下連續墻施工方法

地下連續墻剛度大、強度高，可作為永久或臨時地下結構[15]，得到了廣泛的應用。施工步驟一般為：首先預制企口式接頭樁，養護樁體至合格強度起吊運輸，然后測量、放線，控制導墻的位置，導墻是測量的基準，施工時必須考慮到連續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先進行降水，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，以保證施工質量。目前挖土成槽機械主要缺陷是不能保證墻體的足夠穩定，改進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墻，能夠保證在墻體還未坍塌的時候就完成挖槽任務。

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，開挖時是支撐柱，施工完成后可以作為永久的地下結構受力柱，因此必須精確控制其軸線位置，垂直度也是重要指標，一般需控制在立柱長度的1/600以內[17]。實際施工中，成孔之后需經過全方位測量配合垂直定位，才可下放立柱樁的鋼筋籠至設計位置，同時再次調節垂直度，借助支架進行臨時固定后，方可進行混凝土的澆筑，或是利用鋼管或型鋼將立柱引至地面上，再選用精密儀器測量并調節[17]。對于大口徑鋼管樁，可在孔內埋設定位錨板，達到測量和控制其垂直度的目的。中間支承樁柱施工技術也進一步發展：關于測量，可利用一種新型逆作法立柱樁鉆芯檢測施工方法，這種檢測技術能夠有效地檢測立柱樁，保證了立柱樁的檢測順利進行[18]；關于調節，可以采取數據計算分析結合CAD精確放樣的方法[19]，利用實調垂控制系統[20]，調整直至滿足設計要求后再固定并澆筑混凝土。

3.4沉降、變形觀測

逆作法施工中，作為臨時的支護結構和地下結構一部分的地下墻、板、柱，應按照永久結構的要求嚴格控制其沉降和變形[17]，因承擔新澆混凝土的重量，坑底地基土在必要時必須進行變形控制。觀測點的布置應依據設計圖紙，同時結合施工現場的環境確定。觀測技術的發展方向主要是保護措施以及觀測儀器的改進，由于觀測點十分重要且一般設置于墻柱邊角處，因此宜做好保護措施，確保后續觀測工作不受影響。不同的觀測環境，不同的觀測對象也需要選用相應的觀測儀器，比如觀測時發現所用儀器不能夠清楚觀察裂縫，則宜換用帶讀數的顯微鏡來觀察其變化情況。

3.5施工洞口及垂直運輸

由于是在地下封閉的環境下進行結構施工，垂直運輸挖出的土方以及施工材料設備的過程也成了逆作法施工的重要一環，所以需設計用于地面直達地下結構底層的垂直運輸，且尺寸大小符合施工要求的預留孔道。一般的發展方向是：設計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，嚴禁超挖”的逆作法施工原則，盡量減少預留施工口，從而減少加固預留施工口所需要施工量以及施工費用[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，值得施工設計單位和組織單位去認真對待。進入施工現場的施工監理人員必須做好相應的安全措施[22]，持上崗證，戴安全帽。施工預留口位置處應做好安全防范措施，預埋長鋼筋網，加固定蓋板或設置護身欄[23]，有條件的應設置警示標志。

在施工開始之前，應調查好該區域內以及相鄰建筑物地下管線的埋設情況，條件允許時結合地質資料的超前鉆探，明確每個樁位的巖層分布、地下水、地下氣體情況[24]，施工時要特別注意這些位置，避免在施工中出現滲水漏水，有毒氣體泄漏的情況。

因此，在地下封閉狀態下進行施工，合理布置通風系統以及照明系統值得特別注意。施工產生的灰塵以及廢氣無法自然排出室外，需要采用機械通風，保證工作面的空氣流通。涉及電源電路的部分應提高警惕，雇專業電工操作，施工現場嚴禁吸煙或使用明火，宜做好防火措施。

5 總結與展望

逆作法施工技術雖然得到大力發展，在建筑工程中發揮了重要作用，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）節點的預埋位置不容易控制，會增加焊接的施工量。（3）柱墻混凝土搭接質量難以控制，容易導致漏水和承載力降低的后果。（4）施工環境通風比較差，施工難度較大，質量難以控制。（5）施工過程敏感度較大，相應的質量控制要求較嚴格[25]。

地下建筑在變形特征、結構特征和受環境影響等方面體現出來非均質性，非線性和離散性使得我們迫切地將新技術利用到逆作法的施工、測量以及監控方面，在逆作法的每一個施工步驟力求優化和創新[26]。具體改進方向可從以下幾點考慮。

（1）注重節點的施工。作為地下結構承載力和地下結構整體性的重要保證，節點的施工在逆作法施工中顯得十分重要。施工時埋件的位置是否準確，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且無收縮裂縫[27]，都決定了節點的施工質量能否滿足要求。主要的發展方向應是致力于改進提高輔助定位的技術，使節點的預埋預留位置更加精確，從而降低焊接的工作量。

（2）注重結構的防水。比如采用止水性強且均勻的“TRD”(Trench cutting re-mixing deep wall)工法[28]，利用結構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構防水的發展方向。

（3）結合計算機信息技術設計出針對于逆作法特點的施工機械或者結合實際工況優化施工方案，以彌補現有逆作法施工中存在的缺陷。針對逆作法改進的施工機械，滿足小型、靈活、高效的特點，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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南京工程學院2016挑戰杯支撐項目（TZ20160017）。

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