逆作法在多层地下结构施工与监测中的应用研究

摘要：论文依托某高层建筑多层地下结构工程实例，对逆作法的施工工艺施工技术进行了探讨，并从地下主体结构施工测量，节点设计以及土方开挖对逆作法在高层房屋建筑工程施工中进行了应用分析，最后对基坑监测结果进行分析。

关键词：逆作法；房屋建筑；地下结构；施工技术；施工监测

逆作法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。国外如美、日、德、法等国家，在多层地下结构施工中已广泛应用，收到较好的效果。随着经济的迅速发展，高层建筑纷纷涌起，城市建筑越来越密集，为了能有效地利用地下空间，利用逆作法施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构，具有良好的经济效益和社会效益，因而在地下工程施工中得到广泛应用。

1 逆作法施工技术的工作原理

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嚣浇筑或打下中间支承桩和柱，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。

2逆作法在多层地下结构的施工工艺分析

2.1 工程简介

某工程为五层深地下室(包括一层夹层)，夹层为自行车车库，其余主要为停车场。工程地下室、裙楼及办公大楼的结构为现浇钢筋混凝土框架及劲性钢结构及混凝土楼板结构。其中内核心筒为混凝土筒体，外框架柱为钢骨混凝土柱。外框架梁为钢梁、钢骨混凝土梁或混凝土梁。楼面钢梁与混凝土筒体的连接均为铰接。立体结构柱网尺寸基本为8.4cm和7.0m，地下结构层高3.75m，上部结构裙房层高为5.0m，上部结构主楼层高为4.3m。;基坑开挖深度为22.5m。

2.2工艺流程

准备工作钻机进场一―定位――开孔――下护口管――冲孔换浆――下井管――返水填砾――止水止浆――洗井――下泵试抽――合理安排排水管路及电缆电路一一正式抽水――记录。

2.3技术措施

(1)准备工作

进场施工前，首先要组建项目经理部，落实材料和人员，合理安排人财物，与甲方及监理保持密切协作。

(2)材料到位

专人负责进料，工程师核定，确保井壁管、过滤管(外包尼龙网)、4#填砾、粘土等材料的质量。

(3)进出场

钻机进场、定位、埋设护孔管基础牢固、平稳、水平，孔中心、磨盘中心、大钩应成一垂线。

(4)钻进清孔

钻进中保持泥浆比重在1.05~1.1，钻进中对地层要记录各层情况，确定降水含水层的确切层位和岩性。每钻进一根钻杆应重复扫孔一次，再接新钻杆，终孔后应彻底清孔，直到返回泥浆内不含泥块，返出的泥浆含砂量达到要求后提钻。

(5)吊下井管

按设计井深事先将井管排列、组合，下管时所有深井的底部按标格控制，并且保持井口标高一致。井管到位后下钻杆稀释泥浆到1.05左右，钻杆与井管的环状间隙应用补心密封，使泥浆从过滤器经井管与孔壁的环状间隙返回地面，稀释泥浆应逐步缓慢进行。

(6)填砾

稀释泥浆比重在1.05时关小泵量填砾。设计钻孔直径560mm，井管直径273mm，填砾厚度140mm。按各井填砾要求进行填砾。

(7)止水

为了防止上部土层中的水沿砾料进入减压井内，在减压井填砾顶部填5m厚的粘土球，再用粘土填实，(在疏干井填砾顶部填粘土)一直填到地面，才能开始活塞洗井。

(8)联合洗井

洗井要求采用活塞和空压机联合洗井方法，活塞洗井一定要将水拉出井口，形成井喷状，要求洗井至水清，含砂量达到凿井验收标准，井损失应小于3M，确保洗井质量。

(9)下泵试抽：有减压井和疏干井两种

3 地下主体结构施工测量

由于地下室施工是采用全逆作法方案，在首层楼板浇硅前，应在天底法引测点位置预留五个150 150的观测孔。待首层楼板硅浇完后，须对原来所定轴线一级控制座标点进行一次全面的复测。然后以此座标网为准，引测首层楼面轴线，并做好明显而又牢固标的标志。地下各楼层的施工放样，使用天底仪把首层五个基准点，通过观测孔竖直传递到地下一层，为了确保精度应该用四个点进行闭合复测。从而达到测量规范的要求，减少测量过程中的误差，正确指导地下一层的施工和放样。地下各层的施工放样，仍以首层楼板面的五个基准点为准，在引测前应将地下一层楼板预留的观测孔清理干净，以便引测地下各层轴线时视线通畅，减少测量过程中的误差。正确指导基础底板的施工放样。

4 节点设计

4.1柱与梁板节点

由于本工程采用一柱一桩和一柱双桩施工，故施工柱之前，应先将格构柱施工至设计标高，挖土后在其顶部加设封头板，并在封头板上加设锚筋，然后进行柱、梁及底层梁、板施工，施工时在柱位置预留柱插筋及硅浇捣孔。

地下一层以下各层挖土流程与自行车夹层相同，当土体全部施工完毕后可进行大底板的施工，在柱位置预留插筋，待大底板可上人后，可进行地下三层柱的施工。同时从地下三层向上逐层进行筒体剪力墙施工。待竖向剪力墙和柱达到设计强度后，割除格构柱。

4.2剪力墙节点

底层楼板施工前，先将格构柱挖出，并在其顶部加设封头钢板，在剪墙位置下方设立与剪力墙同厚、1000高的托梁，其托梁直接锚入地墙顶梁之内，预留剪力墙插筋。自行车夹层土体挖空以后，施工自行车夹层梁、板，施工前，在格构上烧焊钢牛腿，并在剪力墙下方加设与剪力墙同厚、1000高的托梁与其处梁、板一起施工，与托梁相对应在地墙内预埋钢筋接驳器。当底板达到一定强度后，施工地下三层剪力墙，在格构柱处断开，并预留水平筋。

5土方开挖

挖土前检查降水情况是否符合挖土条件，保证施工机械进出场道路通畅和场地排水系统贯通，落实卸土点，作好监测初始记录。本工程挖土采用增强基坑内的地基加固，并配合“盆式”挖土、“盆边”抽条挖土的方法，并在24小时内完成抽条挖土，随捣200厚CZO混凝土垫层，以达到控制土移的目的。

在确保周边环境安全的前提下，第一皮土方采用3台1m3挖机进行“盆”式大开挖，挖土至-5.7m标高，随即浇捣混凝土垫层，待垫层具备一定的强度后，开始施工地下自行车夹层楼板、梁。土方采用“盆”式开挖。为保护地铁隧道的安全，“盆边”土靠近地铁一侧留sm宽，其他三侧留3m宽(即加固区)。挖土时一定要注意控制标高，垫层随挖随浇。挖土机一定要注意不碰撞地下连续墙、格构柱和降水井管。土方车辆进出注意文明施工，经常清洗以保持场内外道路清洁。

6施工监测

6.1基坑监测

监测内容可分为环境监测和基坑工程本体监测。本文主要对基坑监测进行分析。基坑周边的观测点在坡顶施工喷射混凝土层时按设计要求建立。。

1)共布置沉降、位移观测点14个，测斜孔9个(详细见图1)。

2)测斜孔用钻机成孔，与基坑边线的距离约1.5米。

3)测斜管埋置及安装要求是:钻孔一清孔一下测斜管一灌水泥净浆，测斜管的导槽应近似垂直于支护结构面。

4)观测周期:沉降和位移观测在基坑开挖期间应每天不少于1次，地下室施工期间每周不少于2次;测斜在基坑开挖期间每周不少于1次，地下室施工期间每2周不少于1次。

5)基坑监测预警值:深度的0.15%。

说明:上图中C**表示沉降位移观测点，CX**表示测斜点，上图为沉降位移观测点和测斜点的平面布置情况

6.2 基坑监测结果分析

根据本工程现有基坑监测数据，绘制基坑支护顶部水平位移变化量曲线图和沉降量观测曲线图（如图2和图3所示），从图中可以看出基坑支护的水平位移、沉降主要发生在基坑开挖过程中间，待基坑开挖到位后，水平位移、沉降的变形很微小，可忽略。

基坑的主要水平位移发生在基坑西边的C12、C13两个测点，其水平位移量分别为34.61和28.70，并非想象的中间凸出、两端收进的拱线形，同时也超出了最大变形规定值30mnI。本基坑属于支撑良好的逆作法基坑，不应该有这种异常情况。根据实地勘察，发现是施工动荷载造成的―在这两点间有一台500t.m的塔吊，而且在这两测点间经常有硷泵车等重型车辆停靠有关，形成了对这两测点的附加变形。

基坑沉降的最大值也是发生在这两个测点，根据监测报告沉降相当一部份是发生在地下连续墙成槽阶段，随着地下室一层的楼盖体系完成后，整个沉降量也基本趋于稳定。

过程监控中记录的变形数据基本都在规范的允许范围内，局部点因特殊原因造成变形量超出规范，但仍然在可控制范围内。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。