逆筑法施工技术难点及质量控制措施

逆筑法施工技术难点及质量控制措施

张锦华

（通州建总集团有限公司，江苏，南通，226300）

【摘要】“逆筑法”采用封闭式和由上而下分层施工，可以单独进行地下施工，也可以地上、地下同时进行施工，不仅能减少施工用地，提高效率，也能有效缩短工期、降低施工成本，具有非常显著的实用价值与经济效益。本文主要探讨了“逆筑法”施工的工艺原理、施工技术难点及影响因素，在此基础上，提出了“逆筑法”施工质量控制措施，以供参考。

【关键词】逆筑法；地下工程；施工技术；质量控制

一、引言

随着城市建设规模的不断扩大，以及城市化进程的不断加快，土地资源日益紧张，高层建筑越来越多，对地下空间的利用程度也越来越大。因为高层建筑一般都是采用补偿性基础，其地下结构部分往往都比较深，甚至有多层，因此，对地下结构的围护要求不断提高。如果采取常规施工方法，就必须要敞开开挖一定深度的基坑，然后，再以自下而上的顺序逐层施工。这种常规施工法，不仅施工面积大、难度高，而且，工期长、成本高，不利于提高建筑的经济效益与社会效益。另外，在一些市政工程中，比如地下广场、地铁隧道等，为了不影响地面车辆与行人的正常通行，往往需要优先施工地面工程，竣工后，再施工地下部分，如果按照常规施工方法，将无法进行。而采用封闭式和由上而下分层施工的特殊工艺——“逆筑法”，就能很好地解决上述问题，不仅能减少施工用地，缩短工期，降低施工成本，而且，也不受外界天气与环境的影响，不影响地面公共场所的交通秩序，具有极大的优越性和实用价值。此外，采用“逆筑法”施工工艺，建筑基坑变形较小，也不会导致相邻建筑物等发生沉降现象，也使底板设计更趋合理，并能有效节省支护结构的支撑。

二、“逆筑法”的工艺原理

“逆筑法”施工主要有两种，即“封闭式逆筑法”和“明暗结合是逆筑法”。“封闭式逆筑法”可以地上、地下同时进行施工，“明暗结合是逆筑法”地上、地下不能同时施工，只是地下结构自上而下逐层施工。在开挖深度大的多层地下结构中，“逆筑法”的优势十分显著，以变形为例进行比较，见表2.1。

所谓的“逆筑法”，就是其施工工序与传统施工工序相反，其主要工艺原理是：首先进行建筑周围地下连续墙施工，并根据建筑物内部柱网轴线分布，施工部分中间支承柱，作为底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑部分。在此基础上，进行地下首层的梁板楼面结构施工，用作地下连续墙刚度支撑。完成后，再逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。在完成地下室大底板施工后，再进行复合柱、复合墙的施工，直到施工完成。如果采用的是“封闭式逆筑法”，由于此时地面一层的施工基本完成，这样，地上和地下可以同时进行施工，可以极大地提高施工效率，节约施工成本。

三、“逆筑法”施工流程的特点及技术难点

3.1施工流程的特点

首先，在“逆筑法”施工期间，柱下桩及基坑周边地下连续墙主要是用来承受地上与地下结构荷载及施工荷载的构件，地下室楼板是基坑施工的支撑。所有的施工数据，都需要经过科学设计与计算形成。其次，采用“逆筑法”完成地下室首层楼板结构后，自上而下地逐层开挖下一层，挖至下一层楼板标高后，就浇筑该层楼板结构，如此反复，直到地下室的底板结构全部完成。再次，一般采用土模来进行地下室楼板施工，当挖土达到标高以后，就进行混凝土垫层的施工，将梁模搁置在砂浆找平层上，在梁模的支点上用砂浆找平，在这个施工环节，必须要严格根据设计要求控制施工误差。最后，在利用“逆筑法”施工竖向承重体系时，要依据设计图纸要求，埋设各类节点钢板及连接钢筋。

3.2“逆筑法”施工技术难点

首先，在进行柱梁节点的施工时，要先施工中柱桩，同时，需要在相应楼板标高处，预埋设钢板或锚筋节点，当在地下开挖环节施工中，如果节点露出，就清除节点上的淤泥，根据设计要求，再进行相应的焊接或机械连接各类锚固钢筋。

其次，在完成地下室底板施工后，按照由下至上的施工顺序，使中柱桩外侧复合，并达到结构设计要求。在墙及梁板的施工环节，其节点与柱梁节点相似，先在地下墙相应的楼板标高处，预埋钢板与锚筋节点，当施工开挖到节点后，再进行节点施工、复合墙施工同柱梁节点施工。

再次，“逆筑法”采用自上而下的施工顺序，由于上面结构部分已经完成，导致下面的施工作业条件相对比较差，无法使用大型施工机械，一定程度上降低了施工效率。由于混凝土的浇注，是根据各阶段施工顺序进行的，其结构的稳定性和防水等会受到一定的影响。因为支撑系的建筑结构自重大，因此，必须要采用特殊施工技术，以提高“逆筑法”施工的质量，避免发生不均匀沉降。

四、“逆筑法”施工影响因素分析

4.1上部结构及施工荷载易破坏地下结构

利用逆筑法来对地下工程进行施工过程中，在基础大底板浇捣之前，中间支撑柱及基础桩，以及周边地下连续墙入土部分，承担了上部全部结构、施工的荷载。随着上部结构施工层数的不断增多，中柱桩及地下墙的荷载也相应地不断增大。与此同时，因为地下室开挖逐层加深，中柱桩和周围地下墙与土的接触面逐渐减少，这将导致其承载能力逐渐降低。另外，由于上部全部结构、施工的荷载并不均匀，这使得柱与柱、墙与墙、柱与墙之间会发生差异性沉降，这种现象在我国沿海深厚软土层地区比较多见，在软土层中，主楼的桩基采用的是支承能力较强的长桩基础，地下墙通常是“悬浮”在软土层中，但是，地下墙的沉降值一般都会大于主楼桩基的沉降值。如果差异性沉降超过界限，将直接破坏地下结构，甚至给整体结构带来破坏性的影响。因此，将差异性沉降控制在合理范围内，是逆筑法施工的关键环节。

4.2地面荷载对地下结构带来的压力

通常来说，地面临时荷载主要包括各种建筑材料的重量、基坑开挖期间待运的弃土及施工机械荷载三种。由于在设计阶段无法准确预估临时荷载的数量及范围，只能在施工过程中进行临时判断，如果对临时荷载的增加估计不足，不但会对围护结构带来破坏，也会威胁到基坑的安全与稳定。以开挖过程中待运的弃土为例，根据施工安全原则，是不允许堆放在坑旁，然而，在实际施工中，受到施工条件、交通状况等多种因素的限制，往往会将坑旁空地用作转运点，而将弃土堆放至此。如果弃土高度达到3m，就等同于基坑开挖深度增加了3～4m，强大的土压力将会加大基坑破坏的危险。在实践中，因临时弃土违规堆放而引起基坑破坏的例子，并不鲜见。

4.3土方开挖易导致地下结构变形

在逆筑法施工过程中，土方开挖是一个重要的环节，尤其是在有顶盖的地下进行土方开挖，不仅难度大、周期长，而且很容易导致建筑结构发生变形。其主要原因是：在挖土时，随着地下室开挖深度的不断增加，用于支撑荷载的中柱桩和地下墙的竖向支承能力，会逐渐降低，但是，因受到上部结构卸载作用，坑底土体会出现不均匀回弹，在其他各种压力下，将导致结构产生一定的差异性沉降。此外，土方开挖也会引发四周土压力发生变化，特别是在第一道支撑浇筑之前，因为地下墙呈悬臂状态，不断开挖将使墙后侧主动土压力逐渐增大，进而使墙体顶部出现较大位移。即便完成第一道支撑浇筑，在支撑发生实际作用之前，在墙后土压力作用下，地下墙内侧的土体一直在蠕变，其结果就是墙体向内变形，进一步加大墙顶位移量。

4.4施工方法对地下结构的影响

依据施工场地工程地质条件与环境的不同，可以将逆筑法分为整体逆筑法、半逆筑法、分层逆筑法、局部逆筑-局部顺筑法等几种。至于选择哪种逆筑法，并无统一定论，需要依据施工场地条件、基坑深度及周边环境等因素，来具体决定。比如，在进行逆筑施工时，如果在第一层土方开挖之后，地下墙呈现悬臂状态且层高不大，若悬臂位移符合工程要求，就可以一次开挖到地下一层梁底合适位置。若不能满足工程要求，就需要采用“盆式”进行开挖，先开挖中间土方到地下一层梁底合适位置，将四周被动三角土留足，当完成地面层楼板浇筑并产生实际强度后，再进行被动区三角土开挖。这种开挖方法的关键要点，就是一定要留足被动区土方，目的是使之形成对四周围护结构的被动土反压力区，减小地下墙悬臂位移及内力，平衡围护结构侧压力。“中心岛-局部逆筑法”，其原理也是预留四周被动区土方，来保证结构的稳定。

五、“逆筑法”施工质量控制措施

5.1加强对逆筑阶段施工质量监测

在各类建筑工程施工过程中，现场监测是一种确保施工安全、顺利进行的有效手段，能够验证设计方案的正确性，并为局部调整提供参考资料，对改进和提高设计方案质量，确保建筑工程质量，具有极大的实际指导意义。通常来说，基坑工程现场监测主要是对围护结构和相邻环境进行监察观测。在逆筑阶段，为了确保基坑开挖安全与上部施工安全、顺利进行，需要对逆筑施工的如下内容进行监测：连续墙顶点位移监测；连续墙内外侧土压力监测；连续墙墙身变形监测；连续墙钢筋应力监测；各层支撑梁钢筋应力监测；土体位移监测；孔隙水压力监测；邻近建筑物沉降观测。

5.2对逆筑施工结构进行沉降控制

差异性沉降对于结构具有极大的破坏作用，在施工过程中，可以采用信息施工技术来动态监控施工过程，准确掌握桩基及墙基绝对沉降值和相对沉降差，将沉降差控制在工程建设要求范围内。利用信息施工技术进行沉降控制的流程如下：依据工程桩静载试验P-S曲线及地质报告等数据资料，确定一个临时地基垂直刚度，在此基础上，根据施工中各工况荷载情况，利用计算机进行模拟沉降量计算，从而获得在极限沉降差内的上部结构层数。然后，在结构的平面柱网线上和周边地下墙轴线上，分别设置相应的沉降观察点。观察频率一般为两天一次，如果上部结构施工浇捣一个楼层混凝土后，再每天观察一次。对于各点的高程，全部采用二次闭合进行测量，为了提高数据精度，所得数据要先进行三阶多阶式平滑计算。依据模拟沉降观察数据和实际观察沉降时的上部荷载，来进行荷载(P)、沉降(S)的N次多项式曲线拟合。最后，基于所得的P-S荷载沉降拟合曲线，对施工下一层楼板和上一层楼板结构后的沉降差，进行预估，使整个结构沉降差能够有效控制在设计范围内。

5.3有效控制沉降差

在逆筑法施工过程中，目前尚未有方法完全消除沉降差，只能采取措施将沉降差控制在合理范围内。主要控制措施如下：通过协调地下、地上结构施工进度来控制；根据施工实际，局部改变土方开挖速度或改变开挖顺序、方向等来控制；通过注浆提高柱底及墙底承载力来控制；在柱身表面涂沥青材料，减小柱上部摩阻力，以降低开挖对中柱桩抬升的影响；增设柱与柱、柱与墙之间的临时剪力撑，增强其刚性，以应对不均匀变形。

5.4科学控制结构强度

在常温条件下促进混凝土硬化，能够提高其早期强度，目前广泛多采用早强剂、促硬减水剂及高效减水剂(超塑化剂)等来实现这一目标。在混凝土硬化过程中，养护温度、湿度条件具有很大的影响，在湿度适宜的条件下，温度愈高，强度增长愈快，比如，325号水泥拌制的混凝土，在25℃条件下，只需7天龄期，其强度就能增长到64%，而且，在此温度下，仍然可以考虑掺加外加剂。在很多工程案例中，很多采用热养护方法，来加快混凝土凝结硬化。

5.5关于中间支承柱的设计形式及计算

由于软土地基中的单桩承载力都相对比较低，在逆筑法施工中，为提高施工效率，通常是采用一桩一柱的设计型式，并加大灌注桩直径。如果上部结构荷载比较大，还可以在不影响施工的情况下，采用多桩方案。中间支承柱多采用灌注桩方法或者是挖孔桩方法进行施工，底板以上部分的桩身，一般采用断面小而承载力大的钢管或H型钢，待永久性的支承柱完成施工后，再行拆除。

关于中间支承柱的计算，应当根据底板浇捣前和浇捣后的情况进行计算，在底板浇捣前，当地下室施工至最底一层时，中间支承柱依然是以单桩单柱的形式来承受上部荷载，其所受的弯矩、剪力和轴力都非常大，对截面配筋具有较强的控制作用。但是，在底板浇捣后，中间支承柱是以多桩的形式来受力，此时轴向力起着主要的控制作用。如果中间支承柱网尺寸较小，在土方开挖时，可以在对中间支承柱进行计算机模拟施工验算的前提下，适当减少若干中间支承柱，以提高施工效率。

5.6关于柱、梁、板、墙节点处理

在逆筑法施工时，节点的形式比较多样，但其处理必须要符合结构施工和使用过程中的受力要求。一是中间支承柱与梁的节点处理：进行中间支承柱施工时，要预先在楼板梁处预埋钢板环套，钢板环套的位置必须准确到位，党施工至此层楼板时，再将钢板与楼板梁进行连接。二是地下连续墙与梁、板的节点处理：施工地下连续墙时，也要提前在地下室楼面梁、板位置处，预先埋设好钢板或钢筋，施工至此位置，再用钢筋联结器对其进行连接。三是地下室底板与地下连续墙的节点处理：施工地下连续墙时，在底板标高位置预先埋设钢板或锚筋，挖土至底板标高后，再将其连接成一个整体，为避免节点位置出现渗透水现象，需要对局部区域作二次振捣混凝土。

5.7基坑开挖及基坑围护

在整个逆筑法施工过程中，基坑开挖及围护是最为关键的环节。为提高上部结构施工速度，防止基因坑暴露时间过长而产生围护变形，可采用“开矿式”进行土方开挖，此时，需要在各层楼梯间处或无楼板处，预留至少两个上下贯通孔洞，来作为地下施工的垂直运输通道，将地下土方运送出去。这种开挖方式，工艺简单，操作方便，而且对基坑的扰动性比较小。在进行基坑围护时，每施工完一层楼板，具有高强度的楼板，与地下连续墙、中间支承柱就能连成一个整体，可将其作为地下连续墙的支承体系，这样不仅能降低费用，而且也大大减少了基坑变形的可能性，令基坑的围护结构更加牢固。

六、结语

实践表明，采用逆筑法施工，不仅能有效满足工程施工和使用要求，而且，可将施工占地面积减少50％，显著提高施工效率、降低施工成本和对周围建筑、设施、环境的影响，经济效益明显优于顺筑法。在逆筑法施工中，必须要重视稳定性和变形问题，严格控制好差异性沉降。同时，在进行上下层施工过程中，要充分考虑各部分结构的强度、变形、支承能力及相互影响等，并建立完备的现场监测、分析与反馈制度，以确保施工平稳、安全、有序地开展。

参考文献：

[1]陈亮,陈寿根.盖挖逆筑法隧道施工过程模拟研究[J].吉林水利,2010,06:24-28+35.

[2]严俊泉.逆筑法在软土质地区进行深基坑开挖的应用[J].中国给水排水,2010,06:104-108.