地鐵及周邊地下管線和既有建築物附近工程建設較多，對基坑穩定性和周邊環境保護要求較高。逆作法和半逆作法越來越多地應用於基坑施工中。根據工程實踐，介紹了地鐵附近深基坑半逆作法施工的工藝方法和適用條件，分析了施工順序中的難點，並采取了相應的技術措施，可為類似工程施工提供參考。
1項目概況
某大廈位於鬧市區，屬於舊區改造項目。由1#和2#主樓及裙樓組成，占地面積7040.6m2，建築面積58136.0m2，地下建築面積9408.2m2，基坑面積約4730m2。主要用於商務、酒店式公寓等。1#和2#主樓地上28層，地下兩層。裙樓地上四層，地下兩層，整個地下室是壹體的。采用樁筏基礎，樁基采用鉆孔灌註樁。主體結構為鋼筋混凝土框架-核心筒結構，裙房為鋼筋混凝土框架結構。地下兩層為車庫，戰時為六級人防工程，平戰結合。
基坑南北長約93m，東西寬約59m，呈不規則形狀。地下層高4.5m，地下層高3.7m，主樓樓板厚度1.6m，裙房樓板厚度0.7m。主樓基坑開挖深度為9.45m(含0.20m厚墊層)，裙房基坑開挖深度為8.55m(含0.20m厚墊層)。本工程基坑等級為壹級基坑。
地鐵線隧道位於基地西側，呈南北向分布。基坑邊緣之間的隧道凈距約為6m，平行距離約為80m，地鐵隧道頂部深度約為11 ~ 15m，隧道φ為φ6.2m，基地周圍有多條市政管線及相鄰的多高層建築。
根據本工程巖土工程勘察報告，工程場地砂土嚴重，天然地面以下約1.5m至14m為砂土，含水量豐富，滲透系數大。
2基坑施工方案
根據本工程基坑面積、地下室分布、開挖深度、周邊環境實際情況、工期、成本等因素綜合考慮，最終確定基坑施工為半逆作法施工方案，裙房向下施工，主樓(核心筒部分)在基礎底板成型後向上施工至±0.000。
采用地下連續墻結構梁板代替水平支撐主樓自上而下和裙樓自下而上的整體圍護設計思路；即地下連續墻作為臨時圍護，結構梁板作為水平支撐，臨時柱作為基坑豎向支撐體系，裙房地下結構采用逆作法施工，主樓待施工至地下室時采用逆作法施工。在逆作法施工階段，為了方便土方開挖，加快施工速度，在裙房地下結構的樓梯、扶梯和主樓核心筒剪力墻處設置開挖口，開挖口周圍的結構梁也作為臨時支撐進行加固，中間設置雙H型鋼臨時支撐。
2.1水平支撐系統
以結構梁板作為基坑開挖階段的水平支撐，其支撐剛度大，對控制水平變形非常有效。同時也避免了大量臨時支撐的安裝和拆除過程中擋土墻的二次受力和二次變形對環境的進壹步影響，在很大程度上保證了基坑的安全。在首層結構梁板上，設置專用的施工車輛行駛通道和堆放梁板，作為施工機械的挖土平臺和車輛運輸通道，並在主樓和裙樓局部位置預留開挖口，給逆作法施工階段的開挖帶來極大的方便，有利於加快施工進度，節約工期。
2.2垂直支撐系統
本工程采用地下連續墻作為基坑圍護結構，厚度800mm，深度20m，作為基坑開挖階段的豎向支撐體系。臨時鋼格構柱采用4L160mm×14mm角鋼，截面為470 mm× 470 mm，利用主樓結構框架下的工程樁作為承重體。
2.3護壁和挖方擋土
本次濟杭工程面積大、開挖深度深、基坑周邊環保要求高，尤其是已建地鐵隧道分布在基坑西側。為了進壹步控制大規模開挖卸荷不可避免地引起的基坑變形和地下室的回彈隆起，最大限度地減少基坑開挖對周圍環境的影響，采用先施工地下室各層梁板結構，然後在壹個盆地內開挖中心區域的開挖方法。同時，考慮到基坑二、三層的開挖條件，即每次頂、中層結構成型並開挖至基坑後，圍護結構的垂直暴露跨度較大，為了減小圍護結構的跨度，控制其變形，將基坑周圍的土體開挖至坑底標高， 然後分階段開挖基坑周邊土體，快速澆築墊層，形成交叉支撐，最後快速澆築中層和基礎層，進行控制。 特別是三層開挖時，由於結構底板厚度不同，墊層不在同壹標高，很難形成支撐作用；因此，結構樓板由三部分構成。先將兩棟主樓之間的裙房區域開挖至地下室，保留兩側主樓區域的土，快速形成裙房結構層，在基坑中央形成相對剛性的撐；然後開挖兩側主樓區域的土，然後澆築結構樓板(圖1)。
3技術準備和部署
3.1逆作法的設計特點
自上而下的施工需要設計和施工的緊密結合。根據目前的工程實踐，逆作法適用於:
(1)基坑面積大，深度深，周邊環境復雜，變形要求嚴格。
(2)結構形式盡量為框架結構，盡量減少剪力墻的自上而下施工；
(3)地下室高度高，柱網規則，柱距大。如果采用自上而下的施工方法，首層高度也要高(用於出土機械和車輛的施工)；
(4)各層樓面距屋面的標高和梁高應盡可能統壹、規整，有條件的可設計成平底板，以減少同層開挖中的高差；
(5)柱下有工程樁，盡量布置“壹柱壹樁”豎向臨時柱，減少坑內柱數。當樁的設計承載力較大時，可設計成大直徑樁，提高單樁承載力，柱截面尺寸要大，盡量采用“寬柱窄梁”；
(6)重型區域應布置在結構頂板上，以便重型施工機械和車輛停放和行走。
3.2本項目的設計狀況
因為本工程地下結構有三個設計單位(主體設計、圍護設計、人防設計)，過程中缺乏必要的協調和組合；而且原來的主體設計從方案階段到施工圖階段都是按順序考慮的，完全沒有考慮逆作法的設計特點。這主要表現在以下幾點:
(1)地下室層高低，挖的凈空高度小；
(2)柱網不夠規整，柱距小。圍護設計中布置臨時柱時，未布置臨時柱就拆除了部分柱，使結構柱網不同於地下結構施工工況下的正常工況，需要根據施工工況重新計算結構梁板；
(3)樓板和中間層標高過多，梁高不壹；
(4)大部分柱下無樁，只能采用“壹柱兩樁”和“壹柱三樁”，增加了基坑的柱數。樁間托梁使結構梁柱節點更加復雜，柱截面尺寸壹般較小，而梁由於高度限制而做得較寬，成為“窄柱寬梁”型；
(5)原主體設計單位應與圍護設計單位和施工單位聯合，對取水口周圍的橫梁和屋面重荷載區進行優化設計。
3.3技術準備和部署
根據本工程半逆作法施工的具體情況，我們在施工前做了以下技術準備和部署:
(1)根據現場車輛行駛條件和開挖施工需要，確定重載區域和樓面荷載，提交設計單位進行驗算；
(2)根據擋土結構圈梁的要求，對取土口周圍的梁進行校核和優化；
(3)檢查並優化梁板的水平傳力體系，特別是在樓層標高變化處，防止梁、柱在水平傳力過程中發生扭轉或剪切破壞；
(4)由於本工程立柱較多，優化立柱布置，盡可能方便土方開挖；
(5)優化“壹柱壹樁”結構的柱截面，使臨時柱以合理的偏差納入柱中；
(6)優化原“壹柱兩樁”與“壹柱三樁”柱之間的托梁設計，盡可能簡化框架節點；
(7)由於本工程施工條件下的結構柱網與正常使用條件存在差異，需要對施工條件下的結構梁板進行全面的驗算；
(8)梁柱節點的配筋應深化並翻樣。
(9)在充分理解圍護設計半逆作法的設計意圖的基礎上，全面部署本工程圍護及地下結構的施工順序，如圖2所示。
4立柱垂直度控制
立柱垂直度偏差控制是逆作法施工的技術難點之壹。根據目前的工程實踐，控制立柱垂直度偏差的有效方法是使用專用的定位糾偏架。定位校正架用高強度膨脹螺栓固定在堅硬的地面上，架體中心可以用測量儀器與樁位中心重合；利用架體下端的螺栓可以精確固定立柱的位置(包括中心位置和平面旋轉)；使用框架上部的千斤頂校正立柱的垂直度(圖3)。
5基坑降水
本工程基坑降水采用真空深井降水。由於本工程場地砂層深厚，含水量高，土的滲透系數大，降水條件優越，但降水效果將直接影響土方開挖的順利進行，甚至基坑的安全。換句話說，基坑降水成功可以大大改善砂土的物理力學性質，使其有利於開挖施工；反之，會給開挖施工帶來很大困難，甚至導致流砂管湧現象，危及基坑安全。
6土方開挖
土方開挖是逆作法施工的另壹個技術難點。由於自上而下的土方開挖采用暗挖法，開挖的凈空高度和立柱的布置對土方的順利開挖影響很大。土方開挖對支護結構和環境影響的理論研究和實踐，特別是“時空效應”理論的建立，為深基坑土方開挖施工提供了概念設計。
本工程土方開挖壹般根據地下結構施工順序和設計條件要求，分為三層開挖施工。在每層的開挖工作中，遵循“盆式”開挖的理念，分段進行開挖，即首先在基坑周圍預留壹定寬度的土坡，以增強圍護結構的被動土壓力，先將基坑中心開挖至設計標高；然後分段開挖基坑周圍的擋土邊坡，減少無支撐的支護結構(地下連續墻)暴露時間。混凝土墊層隨開挖澆築，盡可能形成連接，減少坑底土體暴露時間，防止土體反彈。
第三層(最低層)由於深度較大，開挖對圍護結構和環境影響較大。但主樓和裙房的樓板厚度不同，地下室也不在同壹標高，混凝土墊層很難起到支撐作用。所以三層和樓板結構的開挖是分段進行的，即先開挖基坑中間壹段(裙房區)，澆築裙房樓板，再開挖基坑兩側的主體建築區。在每次開挖中，遵循“盆地”開挖法。
7信息化建設與應急預案
在深基坑施工中，對基坑和環境進行監測是保證工程安全的必要前提，也為信息化施工提供了必要的數據；利用基坑監測的第壹手數據，可以指導施工的具體組織，控制施工速度的變化，判斷當前的施工狀態。任何施工計劃和方案都不是壹成不變的，而是通過監測信息的反饋不斷修正和變化的。
應急預案是根據以往的工程實踐經驗，對可能出現的危害情況下的組織分工、物資準備和應對措施的計劃和部署。如果發生險情，可以立即啟動應急預案，使工程建設始終處於可控狀態。應急預案的編制應經設計單位和其他相關單位審查批準。
8半逆作法結構施工
8.1梁、柱接頭鋼筋施工
半逆作法結構施工的難點在於梁柱節點的鋼筋施工。壹般來說，梁柱節點是鋼筋比較密集的區域。逆作法施工中，柱混凝土的現澆混凝土管、振搗管、灌漿管都要布置在梁柱節點處，有些梁柱節點處還布置了臨時柱，使得鋼筋的布置特別困難。逆作法施工要求我們對梁柱節點進行周密細致的規劃，合理布置縱向鋼筋、現澆管、振搗管、灌漿管，合理確定箍筋樣式。
8.2模板施工
在逆作法施工中，模板施工和逆作法施工基本沒有區別。關鍵在於平臺排架形式和高度的確定，涉及到每層的開挖深度和設計條件的計算。在滿足設計條件計算的前提下，合理確定每層開挖深度和平臺排架高度。排架的形式和高度關系到施工勞動力、施工周轉材料的合理使用和施工質量。由於設計條件計算的限制，壹般逆作法施工的平臺排架偏低，在確定排架方案的過程中應考慮拆模的方便性。
8.3混凝土施工
逆作法施工中，墻、柱等豎向結構構件的混凝土澆築是施工質量控制的重點。由於墻、柱等豎向結構構件的混凝土澆築是通過結構中預埋鐵管進行的，且鐵管直徑較小，澆築速度壹般較慢，因此要求在混凝土澆築過程中應加強監控，並進行振搗密實。同時，為了防止混凝土收縮，墻、柱頂部新老混凝土結合處出現裂縫。在混凝土從初凝到終凝的整個過程中，進行灌漿，使墻、柱頂部的漿液充滿。
9結論
通過本工程的施工實踐，我們認識到逆作法施工的關鍵在於“精細、精密”。
“精細”就是壹絲不茍。逆作法施工要求我們在施工技術上壹絲不茍，具體表現在對設計條件的了解，施工前的技術準備和部署，施工順序的安排，梁柱節點的設計等等。
“精”就是精準。逆作法施工的難點在於對施工精度的要求很高，有些甚至遠遠高於國家施工驗收規範。這才是自頂向下施工的真正難點。圍繞施工精度的要求，必須采取壹系列技術措施來保證。技術措施的規劃和應用需要我們長期的工程探索、實踐和總結。
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