逆作法施工工艺

逆作法施工工艺、应用与实践章履远前言：国内，深基坑逆作法施工的应用与研究发展已比较成熟，尤其是大城市中的深基坑采用逆作法施工技术越来越多。从发展与应用眼光来看，笔者有必要对关心逆作法施工技术或即将承担逆作法施工的工程技术管理人员，作一次系统性的讲解，是很有必要的。据此，本人收集到的有关资料经整理后作如下的讲解。由于地区局限性和本人水平有限，不当之处容当指正。一、概况：改革开放以来，我国城市建设发展迅速。建筑物不断向空中发展，与此同时，各类用途的地下空间和设施也得到空前的发展，包括高层建筑地下室、地铁、越江隧道、地下商业街、地下车库、地下变电站等各种类型。要建设这些地下设施，就必须进行深基坑的开挖。大家知道，传统的多层地下室施工方法是敞开式开挖，先做围护，在逐层支撑情况下，垂直向下开挖，至设计标高后浇筑钢筋混凝土底板，再由下而上逐层施工地下室结构，地下结构完成后再进行地上结构的施工，即典型的顺作法施工。（见以下示意图）这种顺筑施工方法为大家所熟悉，在城市中大量应用。然而，顺筑法施工也带来了不少问题。地下结构施工工期长，占整个高层建筑总工期的1/4，甚至1/3；支护费用高，据统计地下深基础工程造价为整幢高层建筑总价20％～30％，其中基坑的支护费用约占工程总价的10％左右。其次，有些围护结构在整个地下室施工过程中只作为临时结构，仅为地下结构施工提供安全保证。待地下结构施工完毕，其作用随之消失，而为此发生的围护费用是可观的。当在繁华商业街下修建地铁车站时，为少影响商业活动和交通、再有业主要求在尽可能短的时间内造好大楼时，那么用敞开式顺筑法施工就难以满足。在这些背景下，产生了逆作法施工。逆作法施工与传统顺作法正好相反，即在围护施工、基桩施工完成后，首先施工±0.00层楼板，并留出出土口，向下开挖地下第一层土方，再施工地下一层楼板，开挖地下二层土方，再施工地下二层楼板，重复以上过程，直至地下室底板。地下土方开挖时，作为刚度很大的各层楼板就作为围护结构的水平支撑、很多围护结构就作为地下室外墙。在地下土方开挖、地下楼板施工同时，上部结构层也逐层向上施工。因此逆作法施工与顺作法施工相比较，可以缩短工期、节省成本、减少周围环境危害。（见下图示意）目前，肯定的是，城市用地不断紧缩，施工场地局促，开挖深度增加，环境要求严格。大城市深基坑施工，出现逆作法施工趋势十分明显。作为基础施工工作者，应该及早、主动掌握逆作法施工技术，为今后逆作法施工工作打好基础，看来十分必要。逆作法施工早在70多年前，发达国家已经有了应用。1935年日本就提出了“逆作法工艺”并在高层、超高层建筑的多层地下室、地下商场、地下车库、地铁车站等建筑构筑物中应用。如日本东京八重洲地下商业街；莫斯科切尔坦沃住宅区地下商业街；芬兰伐利桑地下娱乐中心；挪威奥斯陆地下体育中心；地下六层的德国慕尼黑卡尔斯广场综合体；美国芝加哥水塔广场大厦（地下四层）；法国巴黎拉弗埃特百货大楼（地下六层）。上述工程都采用了逆作法施工技术，均取得很好效果。我国的台湾和香港地区也有很多应用。我国从1955年哈尔滨地下人防工程中首次采用了逆作法施工；1985年上海基础公司科研楼偿试了逆作法施工；上海第二建筑公司在1993年上海地铁1号线陕西南路站完成了较大规模逆作法施工；以后上海长途电信大楼（1987年）、恒积大厦（1995年）、明天广场（1999年）、长峰商城（2004年）、人民广场地下变电站（2007年）等也采用了逆作法施工。并在此基础上，对逆作法信息化施工技术、柱墙沉降控制技术、逆作挖土技术、逆作柱梁板与柱墙连接技术等奠定了技术基础。逆作法施工技术被人们接受，不断获得发展，2000年～2013年，除了上海以外，在广州、北京、天津、杭州、厦门、深圳、海口、福州、南京、昆明、珠海等大中城市获得应用与发展。在此基础上，上海、广洲、天津制定了逆作法工法。（广州市地下室逆作法施工工法YJGF07-98、上海市高层建筑多层地下室结构逆作法施工工法）2011年，建设部发布了《地下建筑工程逆作法技术规程》（JGJ165—2010），上海市经过十余年以来逆作法基坑工程的实践经验，2012年上海市制订了《逆作法施工技术规程》（DG/TJ08-2113-2012），逆作法施工得到了进一步规范。经过多年的实践和研究，逆作法施工所面临的主要施工技术为：基坑的围护方式、竖向支承桩的施工、基坑降水、水平结构施工、出土口、土方逆作开挖施工、竖向结构施工、地下地上同步施工、基坑监测、安全施工及作业环境等内容。以下作有重点的介绍。二、逆作法施工的程序：按图2-1所示逆作法施工程序如下：1、按基础外围面积、先施工四周的支护结构、支护体系采用地下连续墙或排桩支护，排桩采用钻孔桩或挖孔桩；2、按设计图施工中间支承柱和基础桩。中间支承柱大都采用钢管柱或型钢柱支承，挖土完成后再作外包钢筋混凝土。3、利用地下室一层的土方夯实修正后作地模，浇灌地下室±0.00层的顶层钢筋混凝土梁板，并在此层预留挖土方的出土洞若干个；4、进行地下室一层土方的挖土，移到出土口，提升到室外卸土；5、重复程序3进行地下室二层梁板混凝土的浇筑，同样在楼板中留出出土洞；6、重复程序4进行地下二层土方外运；7、重复程序3、5，作地下三层梁板混凝土的浇筑，同样在楼板中留出出土洞；8、重复程序4、6进行地下三层土方外运；9、重复程序3、5、7进行地下室底板混凝土的浇筑。逆作法施工工艺流程框图如下：三、逆作法施工的围护方法：目前，逆作法施工围护结构主要形式是：“两墙合一”地下连续墙、钻孔灌注桩排桩、型钢水泥土搅拌墙和咬合桩等形式。以地下连续墙为首选。地下连续墙施工，必须制定与逆作法施工相关的详细施工方案。由于围护结构作为地下室结构一部分，地下连续墙施工有一定要求：1、地下连续墙槽段间连接方式有园型锁口管接头、十字钢钣接头、工字钢接头、钢筋混凝土预制接头等多种形式；2、在地下连续墙槽段接头外侧，根据地质条件及防渗要求采取高压喷射注浆等加强措施；3、应根据设计要求，在地下墙内正确预埋钢筋、钢筋接驳器、设置剪力槽及其他埋件，并对止水等方面要有针对性措施（地下室底板处）；4、地下连续墙的墙底必须进行墙底注浆；5、地下连续墙的垂直度≤1/300。四、竖向支承桩柱施工：逆作法地下结构的竖向桩、柱作为地下室结构的一部分，将上部结构的荷载传给地下室底板;施工过程中，竖向中间支承桩、柱还需承受地上和地下各层结构的自重和施工荷载。因此，逆作法工程的竖向支承桩、柱需在结构施工前完成，无法与楼板结构同步施工;尤其是逆作范围(地下室结构)支承柱的施工与桩基施工相结合，即在工程桩施工的同时安装支承柱。又由于其为地下结构柱的一部分与地下梁板连成整体，所以对垂直度要求特别严格。往往要求桩位的定位偏差≤5mm、桩的垂直度偏差要满足设计要求（常提出1/500H，最高要求甚至达到1/1000H）。因此采用普通的立柱按装方法肯定不能满足要求。另一方面，结构设计时，桩基的混凝土标号（C30～C40）与钢管内灌注的混凝土标号（C50～C60）不一样，浇灌时要求解决低、高标号混凝土的含接问题。多年来，各地根据当地土质、地下水情况和施工经验，创造了许多行之有效的施工方法。这里在介绍支承钢管柱之前，首先说明一个共性问题是关于钢管柱制作问题。钢管柱的直径、壁厚、长度是根据工程要求而确定的。常用规格尺寸：直径Φ500mm～Φ2000mm，壁厚16mm～25mm，长度16m～37m。由于加工精度高，钢管柱均在钢结构厂厂内分段加工制作（对接的接口平面用车床整平剖口），再运到施工现场拼装。为保证现场拼装的钢管柱平直度满足设计要求，施工场地必须硬化处理，以便在上面搭设拼装胎架（也称支承架）。分段制作的钢管柱现场对接，对接面平直，采用剖口，二氧化碳气体保焊同步对称施焊（焊接前接口两端30cm内还要进行预热），防止变形。焊接完成后即进行探伤和平直度检验。钢管柱的设计柱顶标高常在一层地面层以下，为按放钢管柱需要常将钢管柱顶接长处理，接长钢管长度不一，称为工具管，工具管与钢管柱的连接一般用法兰盘连接，以便拆卸重复利用。图4-1为钢管柱现场拼接示意。图4-1钢管柱拼接示意其次，钢管柱由平卧转为吊直均使用两台起重机同时起吊，空中竖直方法。钢管柱在吊入桩孔时要求垂直向下慢慢插入，常在工具管的上口留有左右对称的耳环。主机的吊钩吊住比钢管稍宽的铁扁担，铁扁担下钢丝绳平衡吊住二个耳环，使直立钢管柱处于垂直状态下插入桩孔内。以下介绍一些钢管柱的常见施工法：1、钢管柱后安装施工法：①、天津轨道换乘中心，地下四层，开挖深32m。逆作施工。钢管柱下钻孔桩直径Φ2200mm，钻孔深85m、桩顶距地面-27.5m、有效桩长48m～56m。C30混凝土；钢管柱Φ1000mm，长25.8～29.8m，钢管内灌C50混凝土，钢管柱根部要求锚入桩内2.5m。第一步：钻孔桩采用旋挖钻机带管钻进，外套管到地面下-32.5m后不再跟进。为控制垂直度，采用桅杆有自动调垂装置的旋挖钻机。为保证地面以下30m内垂直精度达1/1000要求，旋挖期间采用超声波不断检验，过程纠偏等14项操作工艺。第二步：钻孔桩成孔完成后灌入C30水下混凝土，水下混凝土面浇灌到地面下30.8m即停止（超灌0.8m），即混凝土面高出跟进套管底2.5m距离。第三步：在水下混凝土浇灌结束后8～10小时，混凝土初凝后抽去套管内泥浆，工人下入桩孔内，凿去0.8m浮浆，暴露C30新鲜混凝土面。用7～10kg吊锤，将地面上放出的桩位中心引到地下30m处桩顶上。用钢尺将地面标高引到安装定位板标高以上50cm的套管壁上。第四步：在地面下30m桩顶处安装由引渡板、定位板、托架组成的钢管柱安装定位器（见图4-2），在中心及标高定位好后再用早强高标号混凝土固定、垫平。图4-2定位器第五步：3天后，将制作好的钢管柱吊入桩孔内，由于定位器中引渡板斜面作用，将桩管底部安放到设计位置。其定位器安放误差为±5mm，定位器与桩管内壁间隙5mm，其最后最大误差仅10mm，高于设计要求平面位移误差＜20mm要求。桩管上部通过十字交叉校正器，校正到正确位置后固定在护筒上。第六步：向桩管外套管之间四周均匀浇灌C50混凝土。5小时后再向桩管柱内灌入C50高强混凝土。浇灌的办法采用串桶式自落式浇灌密实法。要求串桶底距浇筑面高度在2.5m左右，既能冲击密实又不使混凝土离析。桩管顶以下4.0m范围的混凝土振捣密实。第七步：桩管柱与套管之间垫进黄砂后拔除外套管。本工程经开挖后复测，无论桩柱垂直度和定位偏差均满足设计要求。②、北京地铁4号线菜市口车站与7号线换乘站。7号线为明挖施工，4号线在7号线下，采用盖挖逆作法。工程共设Φ800×16mm钢管柱30根，钢管柱长19.55m。施工技术要求为钢管柱定位偏差±5mm、垂直度1/1000H，并≤15mm。钢管柱下采用挖孔桩支承。施工步骤如下：第一步：挖孔桩成孔后灌注混凝土；第二步：灌注后12h，清除桩顶以上1.8m高浮浆；第三步：下通风管、低压照明、下人清理整平安装定位器，并浇筑C40早强混凝土，固定定位器。2h后混凝土强度可达20Mpa、20h达到C25；第四步：吊装钢管柱入桩孔内，可以认为钢管柱下口定位正确，上口定位用十字交叉花兰螺丝校正后固定在上口护筒上。（见图4-3）图4-3钢管柱顶部定位第五步：浇灌钢管柱下口外与挖孔桩壁四周杯口混凝土，高度宜超出底板底以上20cm。（开挖到底板底面时凿除）；第六步；用串桶法浇灌钢管柱内混凝土直至柱顶；第七步：钢管柱与挖孔桩内壁之间填上黄砂。本工程经开挖后复测检验均满足设计要求。工程是成功的。●点评：采用钢管柱后安装施工法的技术特点，是要在桩孔中下人先清理、再定位（桩中心、桩标高）后安装定位器这一工序，所以首先要满足下人这一必须条件。当地下水位低于施工作业面，可采用挖孔桩作为支承拄的桩基；当地下水位很高情况下就要使用钢套管，来制造一个下人操作的条件。当大面积施工时，为了保证工程进度，将使用大量的钢套管（一个桩柱从成孔、下钢筋笼、浇混凝土、初凝养护、抽浆清理、定位安装、定位器固定养护