关于逆作法的研究.docx
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关于逆作法的研究
逆作法
逆作法（逆筑法）在西方一些国家称之为up-downmethod意思是指从上往下施工的方法，在日本称之为逆打工法（SlabSubstituteShore简称sss法，意思是指用楼板代替支撑的方法）。
这种工法最早在意大利米兰得以首次使用，当时是在马路下施工地下连续墙，另一半马路仍旧通车，一边地下连续墙做好了之后，再做另一边墙。
连续墙施工完毕之后，利用半夜时间，打开一小段马路，进行挖土运土，接着在地下墙上架设析架，上铺临时路面。
在析架下浇筑顶板，然后设置支撑，继续挖土，直至浇好底板。
这种米兰做法为逆作法施工的先驱。
其后随着地下连续墙在欧洲、美国及日本的传播和发展逆作法施工也逐渐在这些国家发展起来。
逆作法是施工高层和超高层浇筑多层地下室和其它多层地下结构的有效方法。
逆作法施工技术是关于高层建筑物的目前最先进的施工技术方法。
一、首先我们对逆作法各方面的特点优势进行简述。
1．概述
据统计，我国建成的高层建筑累计已超过1.3亿平方米,高度超过100m的超高层建筑已超过200幢。
高层建筑最深的地下室基坑为6层，深度-26.2m。
国外已达13层。
深基坑支护方法很多，而且有的方法尚在不断发展之中，每一种基坑支护都有各自的适用条件和一定的局限性。
所以，对施工方案的选择应慎之又慎，否则一旦出现深基坑支护倒塌事故，不仅给工程造成重大经济损失，还对周围环境造成不良影响。
逆作法就是一项近几年发展起来新兴的基坑支护技术。
它是施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的有效方法。
在国外如美、日、德、法等国家，已广泛应用，收到较好的效果。
例如：
日本的读卖新闻社大楼，地上9层、地下6层。
采用逆作法施工，总工期只用22个月，与日本采用传统施工方法施工的类似工程相比，缩短工期6个月。
又如美国芝加哥水塔广场大厦，75层、高203m，4层地下室，用18m深地下连续墙和144根大直径灌注桩作为中间支承柱，用逆作法进行施工，当该工程地下室结构全部完成时，主楼上部结构已施工至32层。
虽然逆作法的施工工艺和相关理论都取得一定成果，应用也有一定的普及，但目前仍作为一种特殊施工方法应用，主要用于对工程有特殊要求，或用传统方法施工满足不了要求而又十分不经济的情况下。
2.原理
先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩柱，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。
然后施工地面一层的梁板楼面结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。
同时，由于地面一层的楼面结构已完成，为上部结构施工创造了条件，所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。
如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。
但是在地下室浇筑钢筋混凝土底板之前，随着开挖深度的变化，各层梁板及柱墙受力变化，地面上的结构部分允许施工层数需经计算后严格限制。
3.逆作法分类
（1）全逆作法：
利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板对四周围护结构形成水平支撑。
楼盖混凝土为整体浇筑，然后在其下掏土，通过楼盖中的预留孔洞向外运土并向下运入建筑材料。
明天广场（全逆法）
（2）半逆作法：
利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板中先期浇筑的交叉格形肋梁，对围护结构形成框格式水平支撑，待土方开挖完成后再二次浇筑肋形楼板。
长峰商城（半逆法）
（3）部分逆作法：
用基坑内四周暂时保留的局部土方对四周围护结构形成水平抵挡，抵消侧向压力所产生的一部分位移。
（4）分层逆作法：
此方法主要是针对四周围护结构，是采用分层逆作，不是先一次整体施工完成。
分层逆作四周的围护结构是采用土钉墙。
4.工艺特点
（1）可使建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业，在建筑规模大、上下层次多时，大约可节省工时1/3。
（2）受力良好合理，围护结构变形量小，因而对邻近建筑的影响亦小。
（3）施工可少受风雨影响，且土方开挖可较少或基本不占总工期。
（4）最大限度利用地下空间，扩大地下室建筑面积。
（5）一层结构平面可作为工作平台，不必另外架设开挖工作平台与内撑，这样大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施，减少了施工费用。
（6）由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，降低了基坑内地基回弹量。
（7）逆作法存在的不足:
如逆作法支撑位置受地下室层高的限制，无法调整高度，如遇较大层高的地下室，有时需另设临时水平支撑或加大围护墙的断面及配筋。
由于挖土是在顶部封闭状态下进行，基坑中还分布有一定数量的中间支承柱和降水用井点管，目前尚缺乏小型、灵活、高效的小型挖土机械,使挖土的难度增大。
但这些技术问题相信很快会得到解决。
下表为逆作法在某排水管道工程中的应用时，将其与沉井和SMW法的比较结果，可以看出，逆作法具有明显的优势而且更加环保。
表1不同施工方法的比较
结构类型
沉井
SMW工法
逆作法
标高控制
很难达到设计要求
能精确达到设计要求
能精确达到设计要求
垂直度控制
很难达到设计要求
容易
容易
底板浇筑
较难
容易
容易
对周边土的扰动
大
微小
微小
对周边建筑的影响
沉井周围10m内有沉降及裂缝等影响
无影响，不需采取保护措施
无影响，不需采取保护措施
施工工期/d
45
35
30
钢筋混凝土用量
很多
较少（租用50H型钢）
很少（不需圈梁钢筋）
工程造价
高
较高
低
5.经济效益
采用逆作法，一般地下室外墙与基坑围护墙采用两墙合一的形式，一方面省去了单独设立的围护墙，另一方面可在工程用地范围内最大限度扩大地下室面积，增加有效使用面积。
此外，围护墙的支撑体系由地下室楼盖结构代替，省去大量支撑费用。
而且楼盖结构即支撑体系，还可以解决特殊平面形状建筑或局部楼盖缺失所带来的布置支撑的困难，并是受力更加合理。
由于上述原因，再加上总工期的缩短，因而在软土地区对于具有多层地下室的高层建筑，采用逆作法施工具有明显的经济效益。
一般可节省地下结构总造价的25%~35%。
6.环境效益
（１）噪音方面：
由于逆作法在施工地下室时是采用先表层楼面整体浇筑，再向下挖土施工，故其在施工中的噪音因表层楼面的阻隔而大大降低，从而避免了因夜间施工噪音问题而延误工期。
（２）扬尘方面：
通常的地基处理采取开敞开挖手段，产生了大量的建筑灰尘，从而影响了城市的形象；采用逆作法施工，由于其施工作业在封闭的地表下，可以最大限度的减少扬尘。
7.社会效益
（１）交通方面：
由于逆作法的采取表层支撑，底部施工的作业方法，故在城市交通土建中大有用武之地，它可以在地面道路继续通车的情况下，进行道路地下作业，从而避免了因堵车绕道而产生的损失。
（２）采用了逆作法，＋0.00层平板结构先完成，可以利用结构本身作内支撑。
由于结构本身的侧向刚度是无限大的，且压缩变形值相对围护桩的变形要求来讲几乎等于零。
因此，可以从根本上解决支护桩的侧向变形，从而使周围环境不至出现因变形值过大而导致路面沉陷、基础下沉等问题，保证了周围建筑物的安全。
（３）采用逆作法施工，地下连续墙与土体之间粘结力和摩擦力不仅可利用来承受垂直荷载，而且还可充分利用它承受水平风力和地震作用所产生建筑物底部巨大水平剪力和倾覆力矩，从而大大提高了抗震效应。
我国是个地震多发区，对地震的防治是必不可少的，从建筑业角度来说，采用适宜的施工工艺便可将地震带来的危害降低到最小，逆作法施工便具有这样的优点，所以在深基坑支护中大量运用逆作法具有广泛的社会效益。
8.国内应用及前景
推广应用逆作法，能够提高地下工程的安全性，可以大大节约工程造价，缩短施工工期，防止周围地基出现下沉，是一种很有发展前途和推广价值的深基坑支护技术，在辽宁、上海、广州这类地区应用逆作法施工高层建筑深基坑较多。
到目前为止我国已经有上百项工程采用了逆作法。
较典型的有上海特种基础工程研究所办公楼，位于上海西南角徐家汇天钥桥路。
该建筑物地下2层，地上5层，底板埋置深度为-7.30m。
为了探索基础结构与上部结构同时施工，以期缩短施工总工期，大楼采用了逆作法施工技术并取得了成功。
又如，由上海第二建筑工程公司施工的恒积大厦工程以逆作法施工地下4层、地上22层，基坑深17m,施工仅用了5个月，整个工期明显加快，并减少支撑费用400万元，周边管线沉降仅为15mm,四周道路及民房位移均在5mm以内，取得了显著的经济效益和社会效益。
由此在上海地区掀起了一股逆作法热，其后相继有明天广场、京沙主业大厦等数十项工程采用逆作法施工。
目前，逆作法已被列入2001年颁布的中华人民共和国国家标准建筑地基基础设计规范；各地也陆续公布了地下室逆作法施工法（YJGF02-96）和（YJGF07-98），由此可说明逆作法施工已日趋成熟，其在深基坑支护中的前景乐观。
如果说上个世纪是逆作法起步时期，紧接着在全国范围内迅速发展和大量应用之后，如今它正处于技术成熟期，将会有更大发展的全盛时期。
二、我们探讨一下逆作法的施工技术
我们以广州地铁黄砂站商场发展项目为例进行具体探讨逆作法施工各方面的施工流程与技术要点。
1、工程简介
广州地铁黄砂站商场发展项目地址形式复杂，土质以杂填土、淤泥土、砂为主，地下水位较高，平均地下1.5米深便出现地下水。
地铁线路横穿建筑物地下，且地铁管廊部分无任何地基措施，且处于淤泥土和砂层之间，因此，水位的下降、土方的开挖都会对其造成不可估量的负面影响，而地铁线路在此期间不得停车。
为确保地铁的安全使用，减少基坑外土体的变形，该部分基坑的围护采用地下连续墙围护及逆作法施工，利用结构梁板作支撑，增加支撑刚度。
地下结构二层，主要为楼板、柱、外墙、电梯井，基坑开挖深度大部分为11.00m左右，塔楼核芯筒位置15.00m左右，为确保基坑及地下室施工的安全，在基坑四周布置有由地下连续墙、钻孔灌注桩及预应力锚杆、钢管支撑组成的挡土支护体系，在钻孔灌注桩外做喷粉桩作为基坑的止水系统。
逆作法施工可保证边坡及临近建筑物稳定性，并可有效缩短工期。
然而，须制定科学、合理的逆作法施工方案，方能保证工程质量和安全。
地下室剖面图
2、逆作法流程
整个逆做法工艺流程图！
地下逆作法土方开挖方式
1、第一层土方开挖（见下图）。
在进行第一层土方开挖前，应做好基坑降水，将地下水降至土方开挖面以下0.5～0.7m，根据设计要求，考虑到首层梁板模板的安装及工作空间，第一层土方开挖至-2.6m处，拟采用WY100型1立方反铲挖土机挖土、装土，人工辅助整平，自卸汽车运走，由南向北开挖，由北面的大门出土。
2、施工首层梁板结构（见下图）。
将开挖后的土层面用人工夯实后，上铺垫木扩大支承面积，垫木的尺寸大小、支承面积大小根据施工荷载、土质情况等条件确定，如土质很差，则采用混凝土垫层，在垫层或垫木完成后，即施工梁板脚手架，安装梁板模板，绑扎梁板钢筋，浇筑梁板混凝土，其施工方法同普通钢筋混凝土结构。
并沿地下连续墙浇筑第一道圈梁，通过钢筋混凝土连梁与主体结构梁连接。
3、土方第二次开挖（见下图）。
第二次挖土，应待首层梁板混凝土达到拆模时所需混凝土强度要求后，且将首层梁板模板、脚手架拆除后进行，挖土深度至负一层梁板以下，以能满足安装负一层梁板脚手架、模板所需的深度为准，考虑到本工程负1层层高为4.4m，楼板面标高+4.0m，为便于负一层安装梁板脚手架、梁板模板及绑扎梁板钢筋，第二次开挖至-7m处。
在开挖过程中，将土方开挖至标高-6.5m位置，即采用人工掏槽安装钢管角支撑，然后采用人工开挖有钢角支撑区域的土方至-7m标高位置，对于有钢斜支撑的位置，先施工钢斜支撑所支撑的承台，再将土方开挖至-7m位置，安装钢管斜支撑。
第二次土方开挖深度较深，约4.4m，开挖工作空间较大，约5.6m，由此本次土方开挖拟采用机械开挖为主，辅助人工开挖及整平，在预留的出土洞口位置向四周开挖，将四周的土用K904D型小型挖土机挖出且驳接至洞口位置，将土装入特制的斗内，通过汽车吊将其吊至地面装上自卸汽车运走，
4、负一层支撑钢柱的外包地下室外墙及混凝土立柱的施工（见下图）。
在土方开挖完成后，即对支撑钢柱表面进行处理，冲刷干净，绑扎钢柱外包钢筋、地下室外墙钢筋，安装柱、地下室外墙模板，灌注柱、地下室外墙混凝土。
柱、地下室外墙的外包混凝土灌注宜从侧面入模，为便于混凝土入模和保证其密实性，除对竖向钢筋的间距作适当调整外，柱、地下室外墙顶部的模板宜做成喇叭形，接头外混凝土灌注至高于接缝的适当高度，以保证接缝处的混凝土密实，多余的凸出部分混凝土待强度达到设计强度的70%后，再凿平。
5、负一层梁板结构施工（见下图）。
其施工方法同首层梁板结构施工。
同时地上结构施工可开始。
6、土方第三次开挖（见下图）。
第三次土方开挖，应等待负二层梁板混凝土达到拆模时所需混凝土强度要求后，且将负二层梁板模板、脚手架拆除后进行。
第三次土方开挖拟采用一次开挖至底板底，包括承台、地梁的土方开挖，本工程负二层层高为4m，底板面标高为-8.4m，底板厚650mm，本层开挖，考虑到全面挖至槽底将削弱连续墙锚固力，可能造成地铁位移，因此，采取“盆式”开挖，即先将外围挖至-9.1m，内部挖至-12m（电梯井处-15.2m）。
7、负二层支撑钢柱的外包地下室外墙及混凝土立柱的施工（见下图）。
在负二层支撑钢柱的外包地下室外墙及混凝土立柱的施工前，先施工基坑四周的承台，浇捣基坑四周承台与地下连续墙之间的支撑混凝土板，再拆除-1层的钢管角支撑及钢管斜支撑，方可施工负二层支撑钢柱的外包地下室外墙，外包混凝土立柱可与四周承台同时施工，负二层支撑钢柱的外包地下室外墙及混凝土立柱的施工方法同负一层。
8、“盆式”开挖内部的地下室底板、承台的施工（见下图）。
地下室底板承台模板采用砖模，钢筋、混凝土的施工方法同首层梁板结构施工。
9、在地下连续墙边，浇筑两道圈梁，通过钢支撑，与已浇筑完毕的底板、承台顶撑。
10、土方第四次开挖（见下图）。
第四次土方开挖，主要将“盆式”开挖的边部较高区域的连续墙“锚固”土体清挖，应待底板梁混凝土达到拆模时所需混凝土强度要求后，挖至-10m位置。
11、完成剩余承台底板的浇筑，并待该部分混凝土达到拆模条件后，可拆除斜撑。
12、最后进行防水工程、地下室外墙与地下连续墙之间的土方回填及预留洞口的封闭施工。
在地下室底板施工完成后，再开始封闭首层、负一层楼板上的预留洞口，同时进行地下室外墙防水及地下室外墙与地下连续墙之间的土方回填，土方回填应采用粘土分层夯实。
3、逆作法一些关键工程技术的探讨
（1）地下连续墙施工
下表是某地铁站逆作法维护结构选用地下连续墙，钻孔灌注桩和SMW法进行的比较，可以看出地下连续墙是最好的选择
维护结构经济技术比较表
项目
地下连续墙
钻孔灌注桩
SMW工法桩
地层适应性
适用
适用
适用
维护结构效果
维护结构刚度大，变形小，基坑施工对邻近建筑与地下管线影响小
维护及认购刚度较大，变形小基坑施工对邻近建筑于地下管线影响小
围护结构刚度小，变形大，基坑施工对邻近建筑于地下管线有一定影响
防水效果
施工工艺成熟，防水效果好
柱间咬合，防水效果较好
防水效果一般
与永久结构结合情况
可为单层结构亦可与内衬结构墙组成叠合结构亦可重合结构共同受力
桩与内部结构共同承受内部水土压力
临时结构，不能作为永久结构的一部分
本地区使用深度
适用基坑深度较大
适用基坑深度较大
基坑深度不宜大于10m
施工对环境的影响
施工时振动小噪音低，施工产生的泥浆对环境造成一定影响
套筒钻孔桩对环境影响小
对周围污染小
对机具设备的要求
需要大型挖槽机
需要大型钻孔机
需大量钻机
施工速度
较快
较快
较快
施工工艺与难度
工艺成熟，难度小
精度要求高
工艺成熟，施工难度小
维护结构工程造价
高
较高
低
比选结果
采用
不采用
不采用
（2）桩侧注浆技术
地下连续墙施工同时，还要进行桩柱的打设。
我们可以采用桩侧注浆技术。
桩侧后注浆是目前一种新的施工技术,是在灌注桩成桩后,通过预埋在桩体不同部位处的特殊注浆器向桩侧注入水泥浆液,水泥浆液渗扩、挤密和劈裂进入土体,形成包围桩身横向及纵向一定范围、强度较高的水泥土加固体,不仅消除了附着桩表面泥皮的固有缺陷,改善了桩与土界面,而且使桩侧一定范围的土体得到加固增强,增大了桩侧摩阻力,同时桩侧阻力因桩径扩大效应而增大,从而大幅度提高单桩抗压承载力和单桩竖向抗拔承载力。
桩侧注浆技术可以提高15%的单桩承载力。
（3）立柱桩施工调直
立柱桩施工精度要求：
垂直度L/300～L/600，水平定位±10mm标高±10mm。
控制方法：
机械调垂法，气囊调垂法
机械调垂法
（4）施工降水
做完地下连续墙，在进行挖土之前还要进行降水。
由于地下水平均1.5米，土质为淤泥和沙土为主，所以应该进行降水，必须把水位降到工作面以下，可以采用井点降水方法，通过计算我们可以算出出水量等数据分配井点。
如上述方案不成功或出现意外,我们另行制定了“堵、降、排”相结合的施工治水方案,根据实际水量的大小和施工的影响程度来确定治水方案,对能够封堵注浆的地层即采用注CS浆液封堵；粘土地层采用轻型井点降水；少量的渗透水通过小竖井底部设井窝,用潜水泵排出地面。
（4）土方开挖工程
土方工程是逆作法施工的关键之一，土方开挖方案是否合理对地下连续墙的变形、地下连续墙与桩柱的差异沉降有很大关系。
采用盆式开挖法可以提高机械挖土效率，减少人工挖土量，是加快挖土速度，控制地下墙变形的一个有效方法。
采用盆式挖土应重点控制抽条挖土的施工顺序和速度。
（5）照明工程
地下室照明采用防爆、防潮亮度大的灯具。
逆作施工阶段，利用地下室结构永久性预埋管线，穿设施工照明用电管线，布置临时照明用电，平均100平米设置一个照明用电。
为了防止挖土过程中损坏线路，在楼板底采用明管铺设，固定在板底并及时穿线分段开启。
（6）通风工程
在暗挖施工阶段，机械排出的废气及底层溢出的沼气会严重影响施工环境，对人体健康产生不利影响。
所以在楼板上要预留孔洞，通风、利用出土口设置鼓风机、有条件的工地可设置排风机等设备，让空气流通。
在制定土方开挖土方方案时选择盆式开挖法，最大限度的缩短了形成空气流动通道的时间，从而减少通风设备的总投入。
（7）节点处理
在逆作施工中,中间支撑柱与梁板节点的设计与施工,主要是解决梁钢筋如何穿过中间支撑柱或与中间支撑柱连接,保证在复合柱完成后,节点质量和内力分布与设计计算简图一致。
该节点的设计和施工主要取决于中间支撑柱的结构形式。
当中间支撑柱采用钢格构柱形式时,中间支撑柱与梁钢筋的连接方法主要有:
在中间支撑柱型钢上钻孔以穿过梁钢筋的钻孔钢筋连接法和在中间支撑柱的型钢翼缘处焊接传力钢板以焊接连接梁板受力钢筋的传力钢板法。
前者节点简单、柱梁接头混凝土浇筑质量好但是在型钢上钻孔削弱了截面,使承载力降低。
后者可以解决钻孔过多导致梁钢筋无法定位穿越的问题,但材料消耗大,施工工艺复杂,传力钢板下面的焊缝施焊困难,钢板下面混凝土的浇筑质量难以保证。
当中间支撑柱采用钢管混凝土柱时,前述两种方法也可以采用,多以后者为主。
采用后者时形式很多,常用的有钢牛腿和接驳器两种形式。
前者是在钢管表面焊接钢牛腿,通过钢牛腿连接钢筋与钢管,达到传递弯距与剪力的目的。
后者则是在钢管表面焊接环型钢板,传递结构剪力。
钢筋连接接驳器直接与钢管焊接,传递结构弯矩。
目前这二种方法在实际逆作法施工中存在很大的缺陷。
一是现场焊接,焊缝高,焊接融化会对钢管柱受力产生影响。
二是地下室配筋量大,采用的钢牛腿或接驳器量大,现场焊接条件又较差,会影响工程工期、质量与成本。
三是大量焊接废气的产生会影响作业环境。
所以针对钢管混凝土中间支撑柱与梁的连接节点,通过双梁节点的设计使节点处理工厂化,达到简化梁板结构与钢管混凝土柱连接节点的目的,从而产生一种新型单柱双梁钢管混凝土组合结构节点。
（8）不均匀沉降问题
逆作法地下部分施工时，一柱一桩的不均匀沉降控制也是本工程实施过程关键技术之一。
在深基坑逆作法施工中,基坑坑底隆起与竖向荷载是影响立柱竖向位移的两个主要因素。
当结构为地下构筑物或高层建筑地下结构施工阶段,坑底回弹的影响更大,立柱的竖向变形主要表现为上浮。
立柱的上浮受土层开挖的影响明显,不同土层的开挖对其影响不同,上浮量与土体开挖深度有关。
采用盆式开挖的基坑，由于支撑结构的排架基底均位于地下水位以下，在荷载作用下引起的地基不均匀沉降大，对结构施工极其不利，因此，降水系统的有效性非常关键。
采用桩端后注浆技术,在提高桩基的承载力的同时也可减小桩基的回弹。
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