深基坑工程逆作法施工发展及展望

摘 要：本文论述了地下深基坑工程逆作法，主要包括深基坑工程逆作法施工顺序、施工分类，逆作法施工涉及的关于地下连续墙、中间支撑桩柱等施工技术要点，还介绍了相关施工安全问题。最后还对逆作法的发展做出了展望，提出通过设计专业化逆作法施工机械以及优化施工方案等途径弥补现有逆作法施工方法的不足。

关键词：深基坑工程；逆作法施工；地下连续墙；支撑桩柱

1 逆作法施工发展

逆作法施工技术首次出现在上世纪30年代的日本，随后，随着地下连续墙技术的进步以及高效挖土机械的出现，逆作法又在美国、德国、法国等国家得到运用。到了70年代，随着打桩机技术的进步，中间支撑立柱的施工精度提高，足以支撑主体结构，逆作法在越来越多的发展中国家得到应用[1]。90年代以来，逆作法施工技术在我国得到了迅速的发展，促进了我国建筑施工技术的进步和提高[2]。

新的时期，随着我国现代化建设的大力推动，国家经济的不断进步，城市飞速发展，很多大中型城市地上建筑空间日趋减少，因此，高层和超高层建筑以及地下空间的利用也显得尤为重要。包括高层和超高层建筑地下部分的工程，地铁工程等在内的深基坑工程逐步成为建筑施工的重要组成部分，这些深基坑工程的深度不断增加，规模也在不断扩大。

经过不断地发展，如今的深基坑工程逆作法施工相较于传统施工方法，主要具有以下优势：（1）社会资源消耗少：特别是可利用施工场地狭小时，逆作法的效果更加明显[3]。（2）缩短施工工期：当上下结构同时进行时能够极大缩短工期。（3）降低施工成本：外墙可以同时起挡土截水的作用；只开挖有效范围内的土方，能够减少土方开挖量和运输量；地下室各层梁板、外墙可以采用土模[1]。（4）对周围环境影响小：受力良好合理，围护结构变形量小，相邻的建筑物沉降小[2]，当场地为软土地基时效果更明显[4]。（5）提高施工安全性：不会因为基坑换撑而引起内力重分布，避免基坑长时间的暴露导致的边坡风化[1]。凭借逆作法的这些优点，可以加快业主的销售和资金周转速度[5]，从而获得可观的经济效益。

2 逆作法的施工工艺

2.1 逆作法的施工顺序

逆作法，不同于正作法的自下而上，是从地面向下逐层的施工方法，地下建筑的主体结构也作为基坑开挖时的支撑结构。常规逆作法施工如图1所示，顺序为：准备工作结束之后，

进行维护结构的施工，中间支撑桩柱及立柱施工，明挖土方至分界层并在分界层作结构梁板施工。下部结构逐层暗挖土方至设计标高处并做结构梁板施工，直至地下室底板；在条件允许的情况下，上部结构在完成首层结构施工后，可与地下同步、逐层向上施工，最后封顶[6]。

2.2 逆作法的分类

实际施工过程中，针对不同的施工环境以及建筑结构，逆作法分为多种类型。根据地上与地下建筑结构是否同步施工，可以分为全逆作法和半逆作法[7]。全逆作施工方式是出于控制施工进度，缩短工期和降低成本的目的，同步进行地下结构逆作法施工和地上结构正作法施工，需要足够的结构承载力，如果桩基的承载能力不能够保证上部结构同步施工，则只能首先进行地下建筑逆作法施工，即为半逆作法施工。很多交通工程由于施工条件限制，需要降低施工对于交通运输的影响，因此会采用盖挖逆作法，封闭地面交通，挖出覆土，边坡支护，施工结构顶板，最后覆盖土恢复交通。此外，还有分层逆作法，土方抽条开挖逆作法等新式逆作法施工工艺，采用不同的土方开挖方式以及顺序，克服了施工困难，有利于开挖的顺利进行。可以说，逆作法施工顺序的改进有两个主要方向：一是开挖土方从敞开式向覆盖式发展；二是土方开挖路线及开挖形式合理化发展，越来越适应工程实际情况。

3.深基坑逆作法施工技术要点

3.1 土体支护体系

土体支护体系，也是水平支撑体系，从工作原理可分为最基本的四类，如表1所示。随着技术的进步，土体支护也衍生出多种新形式，比如利用大气压力以支护基坑土体的方法[8]。

3.2 地下连续墙施工方法

地下连续墙刚度大、强度高，可作为永久或临时地下结构[15]，得到了广泛的应用。施工步骤一般为：首先预制企口式接头桩，养护桩体至合格强度起吊运输，然后测量、放线，控制导墙的位置，导墙是测量的基准，施工时必须考虑到连续墙的变形以及施工误差，保证尺寸要求[16]。接着开挖基坑，如果地下水位过高应先进行降水，开挖过程中要注重清理基底以控制水平度，以及采取措施控制墙体垂直度，避免因竖向荷载产生大量沉降。最后在浇筑混凝土的过程中，宜采取措施避免渗漏，以保证施工质量。目前挖土成槽机械主要缺陷是不能保证墙体的足够稳定，改进方向主要在于更加高效以及更加小型化，这样也可以适用于异形的地下连续墙，能够保证在墙体还未坍塌的时候就完成挖槽任务。

3.3 中间支承柱和立柱桩

中间支承柱和立柱桩是逆作法施工的重要一环，开挖时是支撑柱，施工完成后可以作为永久的地下结构受力柱，因此必须精确控制其轴线位置，垂直度也是重要指标，一般需控制在立柱长度的1/600以内[17]。实际施工中，成孔之后需经过全方位测量配合垂直定位，才可下放立柱桩的钢筋笼至设计位置，同时再次调节垂直度，借助支架进行临时固定后，方可进行混凝土的浇筑，或是利用钢管或型钢将立柱引至地面上，再选用精密仪器测量并调节[17]。对于大口径钢管桩，可在孔内埋设定位锚板，达到测量和控制其垂直度的目的。中间支承桩柱施工技术也进一步发展：关于测量，可利用一种新型逆作法立柱桩钻芯检测施工方法，这种检测技术能够有效地检测立柱桩，保证了立柱桩的检测顺利进行[18]；关于调节，可以采取数据计算分析结合CAD精确放样的方法[19]，利用实调垂控制系统[20]，调整直至满足设计要求后再固定并浇筑混凝土。

3.4 沉降、变形观测

逆作法施工中，作为临时的支护结构和地下结构一部分的地下墙、板、柱，应按照永久结构的要求严格控制其沉降和变形[17]，因承担新浇混凝土的重量，坑底地基土在必要时必须进行变形控制。观测点的布置应依据设计图纸，同时结合施工现场的环境确定。观测技术的发展方向主要是保护措施以及观测仪器的改进，由于观测点十分重要且一般设置于墙柱边角处，因此宜做好保护措施，确保后续观测工作不受影响。不同的观测环境，不同的观测对象也需要选用相应的观测仪器，比如观测时发现所用仪器不能够清楚观察裂缝，则宜换用带读数的显微镜来观察其变化情况。

3.5 施工洞口及垂直运输

由于是在地下封闭的环境下进行结构施工，垂直运输挖出的土方以及施工材料设备的过程也成了逆作法施工的重要一环，所以需设计用于地面直达地下结构底层的垂直运输，且尺寸大小符合施工要求的预留孔道。一般的发展方向是：设计合理的挖土方案和出土路线，满足“先柱后墙，间隔开挖，流水作业，严禁超挖”的逆作法施工原则，尽量减少预留施工口，从而减少加固预留施工口所需要施工量以及施工费用[21]。

4.深基坑逆作法安全管理

施工安全问题是施工过程中的重中之重，保障施工安全，保证施工人员生命安全，值得施工设计单位和组织单位去认真对待。进入施工现场的施工监理人员必须做好相应的安全措施[22]，持上岗证，戴安全帽。施工预留口位置处应做好安全防范措施，预埋长钢筋网，加固定盖板或设置护身栏[23]，有条件的应设置警示标志。

在施工开始之前，应调查好该区域内以及相邻建筑物地下管线的埋设情况，条件允许时结合地质资料的超前钻探，明确每个桩位的岩层分布、地下水、地下气体情况[24]，施工时要特别注意这些位置，避免在施工中出现渗水漏水，有毒气体泄漏的情况。

因此，在地下封闭状态下进行施工，合理布置通风系统以及照明系统值得特别注意。施工产生的灰尘以及废气无法自然排出室外，需要采用机械通风，保证工作面的空气流通。涉及电源电路的部分应提高警惕，雇专业电工操作，施工现场严禁吸烟或使用明火，宜做好防火措施。

5 总结与展望

逆作法施工技术虽然得到大力发展，在建筑工程中发挥了重要作用，但目前仍存在一些缺陷：（1）由于地下层高的限制，挖土不灵活，需要辅以部分人力挖土。（2）节点的预埋位置不容易控制，会增加焊接的施工量。（3）柱墙混凝土搭接质量难以控制，容易导致漏水和承载力降低的后果。（4）施工环境通风比较差，施工难度较大，质量难以控制。（5）施工过程敏感度较大，相应的质量控制要求较严格[25]。

地下建筑在变形特征、结构特征和受环境影响等方面体现出来非均质性，非线性和离散性使得我们迫切地将新技术利用到逆作法的施工、测量以及监控方面，在逆作法的每一个施工步骤力求优化和创新[26]。具体改进方向可从以下几点考虑。

（1）注重节点的施工。作为地下结构承载力和地下结构整体性的重要保证，节点的施工在逆作法施工中显得十分重要。施工时埋件的位置是否准确，焊接是否牢靠，以及后浇混凝土是否采取适合的措施以确保其密实且无收缩裂缝[27]，都决定了节点的施工质量能否满足要求。主要的发展方向应是致力于改进提高辅助定位的技术，使节点的预埋预留位置更加精确，从而降低焊接的工作量。

（2）注重结构的防水。比如采用止水性强且均匀的“TRD”（Trench cutting re-mixing deep wall） 工法[28]，利用结构自防水满足工程的防水要求，此外还有基于真空帷幕止水的特殊工法[8]，这些新兴的防水方式都代表了结构防水的发展方向。

（3）结合计算机信息技术设计出针对于逆作法特点的施工机械或者结合实际工况优化施工方案，以弥补现有逆作法施工中存在的缺陷。针对逆作法改进的施工机械，满足小型、灵活、高效的特点，能大大降低挖土的难度，可以减少由于地下层高的限制所增加的施工量。

基金项目：南京工程学院2016挑战杯支撑项目（TZ20160017）。