徐福

南京市公共工程建設(shè)中心 江蘇 南京 210000

深基坑開挖支護(hù)是一項(xiàng)具有時(shí)代特征的傳統(tǒng)巖土工程學(xué)科，主要涉及基坑支護(hù)強(qiáng)度和穩(wěn)定性、土體和支護(hù)體的位移和變形問題，基坑內(nèi)外支護(hù)土體與結(jié)構(gòu)基坑內(nèi)外支護(hù)土體結(jié)構(gòu)的相互作用、基坑保護(hù)工程周圍的自然環(huán)境巖土保護(hù)，及其他基坑巖土保護(hù)工程中的問題。深基坑建設(shè)工程項(xiàng)目具有建設(shè)技術(shù)難度大、工程量大、不可持續(xù)預(yù)見風(fēng)險(xiǎn)因素多等幾大特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的工程實(shí)用性和技術(shù)可操作性。目前，深水井基坑開挖工程仍主要采用基于傳統(tǒng)土方的壓力計(jì)算理論，和工程經(jīng)驗(yàn)分析比較法，尚未完全形成統(tǒng)一的工程理論體系和系統(tǒng)計(jì)算分析方法[1]。因此，根據(jù)不同的自然地質(zhì)環(huán)境條件和不同深基坑建筑工程的應(yīng)用特點(diǎn)，本文對(duì)此進(jìn)行了深入的理論探索和深入研究，并充分運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)的設(shè)計(jì)理論指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)和工程施工，以有效保證深基坑建筑工程的設(shè)計(jì)穩(wěn)定性、有效性和使用經(jīng)濟(jì)性。

1 逆作法概述

所謂逆作法，是指在建筑邊坡工程施工中由上而下分階開挖及支護(hù)的施工方法。首先，沿著建筑物地下室周圍的軸線建造密排樁或地下連續(xù)墻，以形成地下室的外圍保護(hù)系統(tǒng)。然后，在建筑物內(nèi)建造中間支撐柱或樁，形成垂直支承系統(tǒng)。然后，自上而下開挖，澆筑地下層梁板結(jié)構(gòu)，養(yǎng)護(hù)到一定強(qiáng)度后，作為剛度大的水平支撐體系，然后逐步向下施工。同時(shí)，由于地下室的頂部結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成，且有足夠的工作面來建造上部結(jié)構(gòu)，因此，可以同時(shí)進(jìn)行地上結(jié)構(gòu)和地下結(jié)構(gòu)的施工，有利于縮短工期，直至工程竣工。與傳統(tǒng)的施工工藝相比，深基坑逆作法施工技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

(1) 采用深基坑自頂向下施工技術(shù)進(jìn)行地下工程，可以大大縮短施工工期，使建筑物盡快出現(xiàn)在地面上，然后在澆注分層樓板后，將地下工程與地面工程同時(shí)進(jìn)行。

(2) 深基坑逆作法施工通過地下連續(xù)墻的承重、支護(hù)、留樁作用，使地下室和地下連續(xù)墻的中間層形成穩(wěn)固的整體，簡(jiǎn)化了深基坑支護(hù)的施工過程和主體工程的空間開挖，節(jié)省了大量的建設(shè)成本。

(3) 采用深基坑逆作法施工技術(shù)可以有效地避免基坑變形，減少對(duì)周圍建筑物的影響系數(shù)，避免周圍建筑物沉降。同時(shí)，地下室結(jié)構(gòu)的剛度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)施工中使用的臨時(shí)支撐，從而緩解了地下連續(xù)墻的壓力。此外，地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)減少了傳統(tǒng)支撐柱的跨度，避免了底板的凸起，并有助于緩解地下管道和道路的沉降。

(4) 采用自上而下的施工工藝也可避免受風(fēng)雨影響，土方開挖不會(huì)占用太多工期。這是因?yàn)橐粚咏Y(jié)構(gòu)面可作為后續(xù)施工作業(yè)的平臺(tái)，無需架設(shè)開挖作業(yè)面或內(nèi)部支護(hù)施工，大大降低了支護(hù)結(jié)構(gòu)和工作平臺(tái)的施工成本。但在施工和使用過程中容易受到多種因素的影響，進(jìn)一步降低了施工技術(shù)應(yīng)用的效果值。因此，相關(guān)施工人員應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，即在高層建筑地下室逆作法施工技術(shù)局限性明顯的情況下，找出最優(yōu)控制的方法和策略。

2 高層建筑基坑工程順逆作法施工的優(yōu)勢(shì)

為了能夠更好的保證基坑變形、土體位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形等一些相關(guān)的規(guī)范要求，充分運(yùn)用水平梁板的支撐來取代臨時(shí)的支撐深基坑工程項(xiàng)目，在原來所設(shè)計(jì)的支護(hù)條件之下運(yùn)用坑式開挖法針對(duì)相關(guān)的施工方案開展施工。由于高層建筑工程具有很大的特殊性，自頂向下法也是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)，但從施工效果來看，它顯示出許多優(yōu)點(diǎn)。

2.1 為縮短工期，增加場(chǎng)地面積

順逆作法可加快建筑地面的出現(xiàn)時(shí)間，縮短相應(yīng)的施工周期。在邊界層底板位置澆筑后，邊界層底板可作為施工場(chǎng)地，可向上或向下施工。對(duì)于具有多層地下室的高層建筑，如果采用傳統(tǒng)的施工方式，總施工周期為地下結(jié)構(gòu)施工周期加上地上結(jié)構(gòu)施工周期，加上裝修施工期等，但施工采用自上而下的施工方式。一般情況下，只有地下樓層占絕對(duì)工期，其他地下室可與地上結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，不考慮絕對(duì)工期，縮短了本工程總工期。

2.2 臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)與永久性結(jié)構(gòu)有效結(jié)合

地下連續(xù)墻在施工過程中可以起到擋土、承重的作用，整個(gè)地下室相應(yīng)的樓層和地下連續(xù)墻可以連接在一起，形成一個(gè)整體。同時(shí)，在深基坑支護(hù)與主體工程之間的施工空間中不需要土方開挖，減少了土體變形，提高了應(yīng)力?！澳孀鞣ā笔菍⒌叵率医Y(jié)構(gòu)逐層澆筑，作為周圍支撐結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻的內(nèi)支撐。由于基底結(jié)構(gòu)的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于臨時(shí)支撐物，因此隔膜壁在側(cè)向壓力下的變形較小。另外，由于中間支撐柱的存在，底板的支撐點(diǎn)增加，澆注后的底板成為多跨連續(xù)板結(jié)構(gòu)，與沒有中間支撐柱的情況相比，跨度減小，從而減少了底板的凸起。因此，“自上而下法”可以減少基坑的變形，減少鄰近建筑物、道路和地下管道的沉降，確保施工過程中的正常使用。

2.3 確保施工現(xiàn)場(chǎng)附近建筑物的安全

順逆作法中的每一層都能連續(xù)支撐地下連續(xù)墻，結(jié)構(gòu)的變形將變得非常小。深基坑主結(jié)構(gòu)施工過程中會(huì)漏水，因此，地下連續(xù)墻外的土體不會(huì)受到干擾，因此，地下室對(duì)土方開挖過程中鄰近建筑物的地基沉降沒有影響。鋼筋混凝土樓板應(yīng)滿足抗浮性施工的要求。采用傳統(tǒng)施工方法時(shí)，底板澆筑后浮力造成的支點(diǎn)少，跨度大，彎矩大。有時(shí)在施工中需要增加底板厚度或加固底板鋼筋，以滿足抗浮要求。但地下、地上結(jié)構(gòu)施工完成，上部載荷通過后，混凝土加厚滿足抗浮要求，在底板上作為自重載荷，使底板設(shè)計(jì)不合理。采用“自上而下”結(jié)構(gòu)，地板支點(diǎn)增大，跨度減小，更容易滿足抗浮要求，甚至減少了地板的加固，使地板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為合理。對(duì)于埋深較大的多層地下室，如果采用傳統(tǒng)的施工方法，需要設(shè)置堅(jiān)固的內(nèi)支撐或外錨，以減少支撐結(jié)構(gòu)的變形，這不僅消耗了大量的鋼材，而且有相當(dāng)大的施工成本。

3 高層建筑基坑工程順逆作法施工方法與策略

隨著深基坑建筑工程管理實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，深基坑建筑工程的項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理原則和工程施工管理技術(shù)也日趨成熟。但在實(shí)際施工過程中，要根據(jù)不同的建筑工程項(xiàng)目，制定一套相應(yīng)的工程施工設(shè)計(jì)方案，不能盲目性地依賴傳統(tǒng)施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不能機(jī)械化地照搬傳統(tǒng)書本上的施工理論知識(shí)和運(yùn)用計(jì)算機(jī)的方法。因此，我們必須對(duì)深入的基坑保護(hù)工程工作有一個(gè)系統(tǒng)的深入認(rèn)識(shí)，并充分運(yùn)用基礎(chǔ)理論技術(shù)知識(shí)和并結(jié)合資深工程師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)案例來正確處理每一個(gè)工作環(huán)節(jié)。為保證基坑變形、土體位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變形等，采用基坑支護(hù)方法，在原有設(shè)計(jì)支護(hù)條件下，采用水平梁板支護(hù)代替臨時(shí)支護(hù)，建立深基坑工程?；娱_挖方法施工方案的研究對(duì)類似的深基坑工程具有重要意義。

3.1 順作主樓后逆作裙樓的施工方案

超高層建筑一般可分為兩部分：主樓和裙樓。目前，超高層建筑采用主樓、裙樓的施工方法。如果按照常規(guī)的方法進(jìn)行施工，施工難度大，工期長(zhǎng)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)周圍的管線影響較大。但如果只采用逆作法施工，主樓主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量難以保證，因此，應(yīng)該運(yùn)用科學(xué)、合理的方法和策略有效控制施工工期。

本文作者結(jié)合一個(gè)專業(yè)工程的實(shí)例，進(jìn)行了一個(gè)有針對(duì)性的實(shí)際應(yīng)用案例分析。超高層建筑主體樓高490m，地面100層，裙房樓地面3層，地下結(jié)構(gòu)3層，最深部分為-20m，基坑總面積20000m2。基坑工業(yè)礦區(qū)基地周圍環(huán)境復(fù)雜，對(duì)加強(qiáng)基坑礦區(qū)環(huán)境安全生產(chǎn)保護(hù)意識(shí)總體要求高，施工期要求嚴(yán)格，考慮到主樓是超高層建筑，最終確定將在主樓之后再進(jìn)行裙樓施工。主體建筑結(jié)構(gòu)支護(hù)結(jié)構(gòu)采用直徑100m的圓柱形地下連續(xù)墻和環(huán)形擋土墻，按施工方法開挖，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高要求后進(jìn)行主體建筑地下室部分施工。在保持連續(xù)墻的同時(shí)，采用分層拆除的方式進(jìn)行施工。裙房逆作法施工時(shí)，以核心筒結(jié)構(gòu)作為其梁、板的支撐點(diǎn)，自上而下施工，完成地下結(jié)構(gòu)的施工。

3.2 逆作裙樓后順作主樓的施工方案

為了縮短裙樓的施工周期，一般需要在中心區(qū)域設(shè)置開挖效率高的開挖口。裙房部分區(qū)域可采用全逆作法施工。地下地上結(jié)構(gòu)工程施工后，地上地下結(jié)構(gòu)的高層商業(yè)樓和主體建筑可同時(shí)進(jìn)行施工，縮短過程工期。對(duì)于采用自上而下法施工的群體建筑，可采用結(jié)構(gòu)梁板代替支撐結(jié)構(gòu)；該方法不僅提高了支護(hù)的剛度，而且有效地控制了基坑的變形，從而降低了施工成本。

結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了有針對(duì)性的應(yīng)用分析。超高層建筑群高度55m，主樓50層，高度245m。裙樓與主樓共設(shè)四層整體地下室。主樓和裙樓的開挖深度分別為21m和20m，基坑面積為160000m2。

由于本工程靠近地鐵，施工場(chǎng)地復(fù)雜，環(huán)境控制要求高。考慮到前期工程實(shí)施工期短的要求，最終會(huì)議確定設(shè)計(jì)方案方式為先裙樓后二層主樓的總體施工設(shè)計(jì)方法。地下室主體外墻與地下主體連續(xù)墻之間連成兩個(gè)一體，形成地下主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)，地面建筑主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)在2016年裙樓工程施工時(shí)停止施工，縮短裙樓工程建設(shè)工期。地下室層完成后，通過主體建筑大面積開挖洞口進(jìn)行施工，從而完成整個(gè)主體部分。

項(xiàng)目地處市中心，總建筑面積為43905m2，地上27層，建筑面積為29333.7m2，建筑高度為99.55m；地下4層，建筑面積為14571.8m2，深度為20.4m；裙樓：地上6層，高度為20.4m。屬于一類高層公共建筑，地上建筑耐火等級(jí)為一級(jí)，地下室耐火等級(jí)為一級(jí)，抗震設(shè)防烈度為七度。項(xiàng)目施工工藝為“逆作法+全鋼結(jié)構(gòu)”，基坑周邊普遍采用1000mm厚“兩墻合一”。

3.3 中心順作周邊逆作的施工方案

對(duì)于對(duì)環(huán)境保護(hù)要求較高的特大型基坑工程，可在周圍環(huán)境中設(shè)置高剛度的環(huán)形結(jié)構(gòu)梁和樓板，然后在基坑內(nèi)的被動(dòng)土壓力區(qū)中保留足夠的土來承受土壓力。

以某大型超市為例，基坑工程占地面積50000m2，開挖深度13m。有五層地上空間和三層地下空間。在對(duì)基坑面積方面進(jìn)行考慮的過程中，經(jīng)過相關(guān)的分析以及思考獲得之下的結(jié)論：如果僅僅使用順作法開展施工，需要比較多的臨時(shí)支撐，這樣就會(huì)導(dǎo)致成本相對(duì)比較高，所以，使用順作法開展施工并不是很合適。僅僅使用逆作法開展施工的時(shí)候，所挖開的土方量會(huì)相對(duì)比較大，這樣就會(huì)導(dǎo)致設(shè)置出相對(duì)比較大的樁柱，所以，這樣的方式并不可取。運(yùn)用中心島開挖的方式不僅能夠有效的縮短施工的工期，降低施工成本，但是很難能夠?qū)ζ浼右宰冃慰刂?，無法保證其安全性。綜上分析，這個(gè)項(xiàng)目可使用順作中心而逆作周邊的方式開展施工。這種施工方案可以降低邊坡高度，控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和環(huán)境穩(wěn)定性，是眾多方案中最合適的施工方案。

4 深基坑逆作法施工質(zhì)量控制措施

4.1 合理定位立柱樁

在“一柱多樁”或“一柱一樁”工程中，高工程樁鋼柱作為正式的地下室柱采用混凝土包裹。施工時(shí)，垂直度和軸線位置必須準(zhǔn)確，誤差應(yīng)合理控制在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。在豎向樁的設(shè)計(jì)中，結(jié)合其類型，采用專用定位儀適當(dāng)擴(kuò)大鉆孔樁的孔，并通過對(duì)鋼筋籠進(jìn)行垂直測(cè)量定位以此下放立柱，采用支架臨時(shí)固定后澆混凝土。

4.2 嚴(yán)格控制施工沉降差

深基坑逆作法施工會(huì)產(chǎn)生沉降差。在施工過程中，應(yīng)采取以下兩種措施控制沉降：① 在開挖過程中，可以計(jì)算建筑物的墻和柱的應(yīng)力，并結(jié)合基樁的施工地質(zhì)和荷載參數(shù)來估計(jì)沉降差。高層建筑自上而下施工的極限沉降差通常由設(shè)計(jì)商定，一般為20mm；② 在深基坑逆作法施工中，有必要對(duì)基坑開挖條件、地下水文、水平和豎向變形、柱樁和地下墻等施工參數(shù)進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)。結(jié)合具體的測(cè)量結(jié)果，計(jì)算高層建筑深基坑土的相關(guān)力學(xué)參數(shù)，結(jié)合沉降差的預(yù)警值，如局部加速開挖或減慢施工速度，對(duì)施工方案進(jìn)行修正，高層建筑施工中的沉降差也可以通過局部加固或灌漿施工進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。

4.3 動(dòng)態(tài)觀測(cè)控制坑內(nèi)水位

一些施工項(xiàng)目屬于軟地質(zhì)，在自上而下的深基坑施工之前，應(yīng)設(shè)置多個(gè)井點(diǎn)進(jìn)行抽水。自頂向下施工采用深井點(diǎn)，避免與結(jié)構(gòu)梁相交，同時(shí)，有必要?jiǎng)討B(tài)控制深井降水，定期觀測(cè)水位，使其保持在深基坑開挖面下方1.5m以下。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著中國(guó)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速健康穩(wěn)定發(fā)展和新型工業(yè)城市化工程建設(shè)工作進(jìn)程的不斷深入有效推進(jìn)，大規(guī)模大型城市道路地下通道建設(shè)工程超大型深井開挖掘進(jìn)和基坑基底開挖建設(shè)工程越來越普遍。然而，由于城市地下環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，采用簡(jiǎn)單施工法和逆作法施工難以滿足大型地下工程建設(shè)的需要。在開展一些施工難度相對(duì)比較大、要求比較高、環(huán)境比較復(fù)雜的工程過程中，應(yīng)該運(yùn)用順逆作法相結(jié)合的方式。雖然經(jīng)過多年的研究發(fā)展，與大型基坑基礎(chǔ)工程建設(shè)相關(guān)的科學(xué)理論體系相對(duì)成熟，積累了一些新的建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但很難有效地將相關(guān)理論與建設(shè)實(shí)踐相互地結(jié)合合并應(yīng)用于基坑工程建設(shè)實(shí)踐。因此，運(yùn)用順逆作法相結(jié)合的方式有效的改善了工程當(dāng)中存在的一些實(shí)際困境，促進(jìn)工程更好的開展。