逆作法施工技术的应用与展望

逆作法施工技术的应用与展望

【摘要】本文对逆作法施工技术特点及关键技术均进行了论述，提出了其近年来的发展趋势，并讨论其未来的研究方向；以供大家参考。

【关键词】逆作法施工；关键技术；技术展望 引言

1935年日本首次提出逆作法工艺的概念，经历了70余年的研究和工程实践，目前已较广泛地应用于高层和超高层的多层地下室、大型地下商场、地下车库、地铁、隧道、大型污水处理池等结构。在实际工程方面，日本、美国、英国、法国、德国等国和我国台湾地区等都有成熟的应用。其中典型的工程有：世界上最大的地下街日本东京八重洲地下商业街，共3层，建筑面积7万m：最深的地下街莫斯科切尔坦沃住宅小区地下商业街，深达70～100m：最大的地下娱乐建筑——芬兰Varissu市地下娱乐中心，战时可掩蔽1.1万人：最大的地下体育中心挪威奥斯陆市A区地下体育中心，战时可掩蔽7500人：最深的地下综合体——德国慕尼黑卡尔斯广场综合体，共分6层，1层为人行道和商业区，2层为仓库和地铁站厅，3，4层为停车场，5，6层为地铁站台和铁道。

逆作法施工和顺作法施工顺序相反，在支护结构及工程桩完成后，并不是进行土方开挖，而是直接施工地下结构的顶板、中间柱等，然后再依次逐层向下进行各层挖土，并交错逐层进行各层楼板的施工。上部结构的施工可以在地下结构完工之后进行，也可以在下部结构施工的同时从地面向上进行，上部结构施工的时间和高度可以通过整体结构的施工工况计算来确定。

我国逆作法的推行和发展受日本类似工程的影响较大，早在1955年哈尔滨地下人防工程中就首次提出应用逆作法施工技术，并且从此开始了不断的探索、试验、研究和工程实践。

1 技术特点

1.1逆作法的分类

在逆作法的工程应用中，一般按照上部建筑与地下室是否同步施工分为全逆作法与半逆作法。

1.1.l全逆作法

按照.下结构从上至下的工序先浇筑楼板，再开挖该层楼板下的土体，然后浇筑下一层的楼板，开挖下一层楼板下的土体，一直施工至底板浇筑完成。在地下结构施工同步进行上部结构施工。上部结构施工层数则根据桩基的布置和承载力、地下结构状况、上部建筑荷载等确定（见图1）。

1.1.2半逆作法

地下结构与全逆作法相同，按从上至下的工序逐层施工，待地下结构完成后再施工上部主体结构。在软土地区因桩的承载力较小，往往采用这种施工方法（见图2）。

1.2逆作法的优势

逆作法施工技术克服了传统敞开式开挖顺作的不足，在高层建筑多层地下室或地下结构施工中，具有以下技术优势。

1.2.1缩短工期

逆作法基坑施工上部和下部结构可平行搭接，立体施工，而且以结构楼板代替支撑，无需支撑拆除，减少了施工工序。逆作法施工对越深的基坑，缩短的总

工期越显著。

1.2.2保护环境

逆作法施工利用地下室水平结构作为周围支护结构地下连续墙的内部支撑。由于地下室水平结构与临时支撑相比刚度大得多，所以地下连续墙在水土压力作用下的变形小得多。此外，由于中间支承柱的存在使底板增加了支点，与无中间支承柱的情况相比，坑底的隆起明显减少。因此，逆作法施工能减少基坑变形，使相邻的建（构）筑物、道路和地下管线等的沉降和变形得到控制，以保证其在施工期间的正常使用。

1.2.3降低工程能耗，节约资源 逆作法施工采用“以桩代柱，以板代撑，以围护墙代结构墙”的先进施工工艺，省去了临时结构，节约大量材料与人力，使材料得到充分的利用，同时避免了临时结构的拆除和废弃材料的外运。

1.2.4现场作业环境更加合理

逆作法可以利用逆作顶板优先施工的有利条件，在顶板上进行施工场地的有序布置，解决狭小场地施工安排，满足文明施工要求。另外下部基坑施工在相对封闭的环境下，施工受气候影响小。

2 关键技术 2.1围护结构 2.1.1综述

围护结构作为基坑工程中最直接的挡土结构，与水平支撑共同形成完整的基坑支护体系。逆作法基坑工程采用结构梁（板）体系替代水平支撑传递水平力，因此基坑周边围护结构相当于以结构梁板作为支点的板式支护结构围护墙。逆作法基坑工程对围护结构的刚度、止水可靠性等都有较高的要求，目前国内常用的板式围护结构包括地下连续墙、灌注排桩结合止水帷幕、咬合桩和型钢水泥土搅拌墙等。

2.1_2围护结构分类

从围护结构与主体结构的结合程度来看，周边围护结构可以分为两种类型。一类是采用“两墙合一”设计的地下连续墙，另一类则是临时性的围护结构。其中，所谓“两墙合一”的地下连续墙，即地下连续墙在基坑开挖阶段作为围护结构，在正常使用阶段作为地下室结构外墙或地下室结构外墙的一部分。

2.1.3“两墙合一”的地下连续墙 采用逆作法施工时，地下连续墙一般既作为基坑围护的临时结构、又作为地下室结构的主体结构，为“两墙合一”的结构形式。此时以承受水平向荷载为主的围护地下连续墙，同时要作为承受竖向荷载的永久结构时，“两墙合一”地下连续墙相比临时围护地下连续墙的施工在垂直度和平整度控制、接头防渗及墙底注浆等几个方面有更高的要求，而墙底注浆则是“两墙合一”地下连续墙控制竖向沉降和提高竖向承载力的关键措施。

2.2竖向支承体系 2.2.1综述

逆作法施工过程中，地下结构的梁板和逆作阶段需向上施工的上部结构（包括剪力墙）竖向荷载均需由竖向支承系统承担，其作用相当于主体结构使用阶段地下室的结构柱和剪力墙，即在基坑逆作开挖实施阶段，承受已浇筑的主体结构梁板自重和施工超载等荷载：在地下室底板浇筑完成、逆作阶段结束以后，与底板连接成整体，作为地下室结构的一部分，将上部结构等荷载传递给地基。

2.2.2竖向支承体系分类

对于一般承受结构梁板荷载及施工超载的竖向支承系统，主要可分为“一柱一桩”及“一柱多桩”。其中，“一柱一桩”主要为结构水平构件的竖向支承立柱和立柱桩采用与主体地下结构柱及工程桩相结合的立柱和立柱桩的形式：“一柱多桩”主要为结构水平构件的竖向支承立柱和立柱桩采用临时立柱和与主体结构工程桩相结合的立柱桩的形式。此外，还有在基坑开挖阶段承受上部结构剪力墙荷载的竖向支承系统等立柱和立柱桩形式。2.2.3“一柱一桩”竖向支承体系

逆作法施工时的临时竖向支承系统一般采用钢立柱插入底板以下立柱桩的形式，钢立柱通常为角钢格构柱、钢管混凝土柱或H型钢柱：立柱桩可以采用灌注桩或钢管桩等形式。逆作法工程中，在施工中承受上部结构和施工荷载等垂直荷载，而在施工结束后，中间支承柱又一般外包混凝土后作为正式地下室结构柱的一部分，承受上部结构荷载，所以中间支承柱的定位和垂直度必须严格满足要求。一般规定，中间支承柱轴线偏差控制在±10mm内，标高控制在±10mm内，垂直度控制在1/300～1/600内。施工中有关允许偏差如下：①轴线偏差+2mm，用钢尺检查：②垂直度L/300（L为格构柱长度），用经纬仪或吊线和钢尺检查。

2.3水平支护结构 2.3.1综述

水平结构构件与支护结构相结合是逆作法的又一个特点，是利用地下结构的梁板等内部水平构件兼作基坑工程施工阶段的水平支撑系统的设计施工方法。水平结构构件与支护结构相结合具有多方面的优点，主要体现在2个方面。

（1）利用地下结构梁板具有平面内结构刚度大的特点，可有效控制基坑开挖阶段围护体的变形，保护周边环境，因此，该设计方法在有严格环境保护要求的基坑工程中得到了广泛的应用。

（2）可节省大量临时支撑的设置和拆除，对节约社会资源具有显著的意义，同时可避免围护体的二次受力和二次变形对周边环境以及地下结构带来的不利影响。同时，随着逆作挖土技术水平的提高，该设计方法对节省地下室的施工工期也有重大的意义。

2.3.2结构类型

水平结构与支护结构相结合的结构形式，要求地下水平结构在基坑工程施工期间作为水平支撑系统，以平衡坑外巨大的水土侧压力。在地下结构梁板等水平构件与基坑内支撑系统相结合时，结构楼板可采用多种结构体系，工程中采用较多的为梁板结构体系和无梁楼盖结构体系。

2.3.3结构楼面模板施工

基坑工程采用逆作法施工时，与顺作法的主要区别在于水平构件和竖向主要受力构件的施工，因此，其地下室的结构节点形式与常规施工方法有较大区别。根据逆作法的施工特点，地下室结构是由上往下分层浇筑的。地下室楼面结构的模板有土模浇筑梁板、支模方式浇筑梁板、采用桁架式支模浇筑梁板、无排吊模浇筑梁板等形式。

2.4土方开挖作业 2.4.1综述

逆作法基坑工程施工中，由于存在上层楼板的遮蔽，土方开挖作业受到很大的制约，一般顶板施工阶段可采用明挖法，其余地下结构下的土方均采用暗挖法施工。在土体开挖过程中，既要满足地下连续墙以及结构楼板的变形及受力要求，同时，尽可能地提高挖土效率。因此，对取土口布置以及土方开挖形式均有较高

的要求。

2.4.2取土口设置

逆作法施工中为了满足结构受力以及有效传递水平力的要求，取土口大小一般在150m2左右。取土口布置时应在结构受力安全的前提下，充分利用结构原有洞口，或主楼简体顺作的部位，满足出土要求。经过多个工程实践，综合考虑通风和土方翻驳要求，取土口净距可考虑30～35m。取土口的大小则在满足结构受力情况下，尽可能采用大开口。目前已有比较成熟的经验，最大取土口的面积可达600m2左右。

2.4.3土方开挖形式

对于土方以及混凝土结构工程量较大的基坑，无论是基坑开挖还是结构施工形成支撑体系相应工期均较长，由此会增大基坑的风险。为了有效控制基坑变形，可利用“时空效应”，遵循“分层、分块、平衡对称、限时支撑”的原则，利用后浇带，综合考虑基坑立体施工和交叉流水的要求，将基坑土方开挖和主体结构划分施工段并采取分块开挖的方法，必要时合理地增设结构施工缝。

3 技术展望 3.1发展趋势

3.1.1随着城市化的加剧，城市功能将逐渐集中，从而形成由多个城市中心和副中心组成的多核复合城市结构。这样许多充分利用城市中心地区土地资源，具有多种复合功能并且与城市交通体系相结合或相连通的大型团组建筑将应运而生。这些新建大型项目都开始向集约型并大力向地下发展，不但项目的上部建筑单体结构形式多样化，地下开挖面积也不断增大，且互相连通。

3.1.2逆作法由于其自身的优越性，除了向超大发展以外还逐渐向超深发展。随着地下空间的开发要求越来越高，以空间垂直利用代替平面利用，开发利用地下空间，提高城市土地的空间利用率，将是城市规模扩张的一项重要内容。在这种要求下，基础深度越来越大，地下基坑的开挖深度越来越深。

3.2研究方向

在这样的发展新趋势下，原有设计和施工中存在的许多问题逐步凸现出来。要完善这项工艺的配套技术还有许多课题尚待解决，要大力推广和发展，还应当在以下许多方面进一步研究和突破。

3.2.1加强对逆作结构受力机理和变形特点的研究，加强设计施工一体化研究

目前对逆作施工的变形规律和受力机理还缺乏合理的计算模型和分析方法，对逆作法来说仍不能准确地预测基坑的稳定性、围护结构的内力和变形、周围地层的位移以及对周围环境的影响。在这种情况下对设计、施工一体化的要求将更加迫切，将设计和施工进行紧密的整合，以最优的方案完成工程的建设，最终达到建设成本、产品质量最优化的目的。

3.2.2研究开发地下挖运土设备 大力研究开发逆作施工机械，开发低净空取土设备，解决上部施工净空问题，改进原有逆作取土架设备，提高取土效率：开发超深基坑逆向人货两用升降机，提高人货上下基坑的效率，这些措施将影响到整个逆作工程的建设周期和施工质量。

3.2.3发展巨型桩、加大桩的承载力

逆作法施工受桩承载力的限制很大，如有的高层建筑因为结构跨度大、工程桩承载力小，采用逆作法时不能采用一柱一桩，而是采用一柱多桩（即一个工程

柱在逆作施工时是加设3，4根工程桩上的临时钢柱），这样增加了成本与施工难度，如果桩的承载力大大提高，沉降又小，就可以一桩一柱，而且上部结构施工速度可以放开限制，更能加快施工速度，缩短总工期。

3.2.4支护墙体形式的多样化发展 出于经济原因，目前逆作法施工工程中支护墙体通常采用的是两墙合一的形式，根据多项工程的施工成果总结，采用两墙合一的形式将为逆作法工程节约可观的费用。但是，两墙合一存在着构造上的一些问题，再加上施工过程中可能出现的质量问题，对于建成后地下结构内部的使用性能和地下室外墙的防渗能力会带来一些影响。在某些工程中，采用了二次施工内衬墙的形式来加强地下结构的整体性和外墙的使用性能，这样造成工程造价有所提高。