全逆作設計方案在工程中的應用

□文/陳海濤 高海彥 高金銀 甄宗 張兆吉 張洪波

全逆作設計方案在工程中的應用

□文/陳海濤 高海彥 高金銀 甄宗 張兆吉 張洪波

基于中信城市廣場項目的特殊開發背景環境，介紹了逆作方案選擇的關鍵技術內容，包括逆作樁基設計、逆作結構柱設計、逆作梁柱節點設計、逆作結構外墻設計、結構轉換設計等。

全逆作；樁基；結構柱；梁柱節點；結構外墻；結構轉換

為實現特殊的工期節點要求，房建項目中出現了地上工程完成后逆做地下工程的全新開發建設方式。

1　工程概況

該工程位于天津市海河沿岸，建筑面積約18萬m2，其中地上6層、建筑面積6萬m2，地下3層，建筑面積12萬m2，框支剪力墻結構，首層為商鋪，以上為住宅，地下室為車庫。

工程要求盡快實現沿海河建筑外檐效果。若采取傳統的明挖順作方式施工，工期要求無法實現，故采取了地上工程完成后逆做地下工程的設計及施工方式。

總體施工順序：地下連續墻、樁基及地下室結構鋼柱施工、降水井施工及預降水→基坑第一步土方開挖→地下室頂板（逆作面）結構施工→主樓零層板及主體結構施工→外墻砌筑及幕墻施工→完成預定工期節點。

在幕墻施工的同時，插入地下土方及結構施工，施工順序：基坑第二步土方開挖→負一層結構施工→基坑第三步土方開挖→負二層結構施工→基坑第四步土方開挖→基礎底板施工→負三層墻柱施工→負二層墻柱施工→負一層墻柱施工→地上內墻砌筑及裝飾裝修施工。

2　全逆作設計方案

2.1逆作樁基及地下室結構柱設計方案

2.1.1工程樁及逆作鋼柱布置

地下室單層建筑面積約為4萬m2，逆作面以下基坑土方開挖總量達45萬m2，為充分保證逆作土方開挖所需的大空間，設計采用了單樁單柱模式。柱網間距8 400 mm×8 400 mm，共設計有675根工程樁及633根逆作結構鋼柱。其中地下車庫范圍設計工程樁168根，每根樁內插入一根φ560 mm鋼管柱，作為逆作階段豎向承載構件；主樓范圍共設計有507根工程樁，其中465根插入500 mm×500 mm箱型鋼管柱，承受逆作階段主樓荷載，剩余42根樁為樓梯間剪力墻范圍布樁，待基礎底板完成后開始受力，見圖1。

圖1　工程樁及鋼柱局部布置

2.1.2工程樁直徑確定

因地下結構開始施工時地上結構及外幕墻已經完成，上部荷載全部通過逆作鋼柱傳至工程樁受力，為保證結構安全，鋼柱插入施工采用日本HPE工法完成。該工法施工的鋼柱可確保鋼柱垂直度偏差≯1/500。在綜合考慮鋼筋籠直徑、檢測管安裝位置、鋼柱抗剪環外徑、工程樁允許偏位、插柱施工偏差等不利因素的前提下，為確保鋼柱外皮與鋼筋籠之間150 mm的插柱施工凈距要求，確定工程樁直徑為1 500 mm。

結合本工程樁柱斷面（圖2），說明插柱工程樁直徑確定過程。

圖2　工程樁柱斷面

工程樁直徑=鋼管柱外徑+2×抗剪環寬度+2×保護層厚度+2×檢測管外徑+2×插柱施工凈距+樁位允許偏差+H/500（H取20 m）+鋼筋籠直徑允許偏差=1 430（mm），故本工程取工程樁設計直徑為1 500 mm。

2.1.3樁柱連接設計

鋼柱插入工程樁設計長度為4 m，初步設計時設計采用底部開口，插入段焊接栓釘及抗剪環筋（或抗剪環板）的方式，但是考慮實際傳力效果及插柱難度，后將鋼管柱底部設計為閉口錐形，鋼柱插入段與樁身混凝土之間通過10φ19 mm栓釘結合，栓釘縱向間距200 mm。樁身采用36 h超緩凝混凝土，確保鋼柱順利插入樁身，鋼管柱內設計為C45混凝土，采用高拋自密實方法施工。見圖3。

圖3　樁與柱連接

2.2逆作結構梁柱節點設計方案

本工程逆作階段豎向傳力構件為樁內插入的結構鋼柱，主樓范圍鋼柱號為500 mm×500 mm×25 mm，地下室范圍鋼柱為φ560 mm×16 mm，鋼材材質均為Q345B。根據鋼柱截面形狀（圓柱和方柱），鋼筋混凝土框架梁與鋼柱連接方式分兩種。

2.2.1圓鋼管柱與框架梁連接

框架梁將荷載傳給圓鋼管柱外包的環形鋼筋混凝土梁，環形梁通過抗剪鋼筋、栓釘將荷載有效傳遞給圓鋼管柱。對樓面荷載較大的部位（如有上覆土的車庫頂板），可將抗剪鋼筋改為上下設置的80 mm寬抗剪環板，上下環板之間設置加勁肋，從而保證傳力可靠性，見圖4。

圖4　圓鋼柱與框架梁連接節點

2.2.2箱型方鋼管柱與框架梁連接

框架梁主筋與箱型鋼柱上后焊接的鋼牛腿焊接連接，鋼牛腿上下翼緣上根據柱縱筋位置預開孔，腹板上根據柱箍筋間距預開孔，見圖5。

圖5　箱型鋼柱與框架梁連接節點

該節點在實際操作時，受鋼柱角度偏轉、位置偏移的影響，工廠內預開孔的鋼牛腿安裝后，難以保證柱縱筋通過。為此，需在施工現場設置一個臨時鋼結構加工區，根據實測得到的鋼柱位置及角度偏差數值，在牛腿上放樣后開孔，以確保柱縱筋順利通過鋼牛腿上下翼緣，從而保證梁柱節點核心區施工質量。

2.3逆作結構外墻設計方案

本工程設計采用“二墻合一”的地下連續墻，地下連續墻既是地下室結構外墻，又是逆作階段基坑圍護墻。墻厚800 mm，墻深31 m，基坑深度15.4 m。

該地下連續墻作為地下室結構外墻，承擔結構邊跨部分荷載。設計傳力形式：邊跨梁板結構荷載傳給邊梁，邊梁荷載通過地下連續墻內預埋的抗剪鋼筋，傳給地下連續墻。逆作水平結構施工完畢后，地下連續墻內側從下至上施工鋼筋混凝土內襯墻，襯墻內每跨設計有扶壁柱，待地下水平及豎向結構全部施工完畢后，由地下連續墻、內襯墻及扶壁柱共同分擔邊跨荷載。

地下室結構邊跨與地下連續墻連接節點見圖6。

圖6　結構與地下連續墻連接節點

傳統“二墻合一”，往往采用地下連續墻內預埋框架梁主筋接駁器或者框架梁，施工時在地下連續墻上植筋的方法。實際應用中，預埋接駁器的方法因預埋精度難以保證，已很少應用，而采用植筋的方法，考慮地下連續墻混凝土為水下灌注，存在混泥情況，植筋可能引起墻面滲漏水或植筋拉拔強度不足等問題，應用也逐漸減少。采用上述設計節點，較兩種傳統方式，傳力形式更加合理，結構可靠性及安全性顯著提高。

2.4結構轉換設計方案

逆作面為地下室頂板（-2.65 m），主樓夾層（-2.65 m）及首層（-0.05 m）為框架剪力墻結構（樓梯間、電梯井道、變形縫兩側為剪力墻），二層及以上為短肢剪力墻結構，首層框架結構在其頂板位置通過轉換梁轉換為短肢剪力墻結構。

為方便描述，將地上結構已完成，但地下結構未完成期間，稱之為“逆作階段”，地下結構全部完成后，稱之為“正常階段”。正常階段，樓梯間、電梯井道、變形縫兩側的剪力墻均連續貫通至基礎底板，但在逆作階段，逆作面以上剪力墻必須通過臨時轉換，將墻體自重荷載通過轉換梁傳給樁基階段預插的箱型鋼柱。本工程轉換梁設置在主樓首層樓面，轉換梁的梁高、梁寬及配筋均遠大于正常階段梁，見圖7。因轉換梁的梁高影響了夾層使用凈空，在方案設計時，要求正常梁與逆作轉換梁疊加施工（即按照逆作階段梁配筋圖及正常階段梁配筋圖分別綁扎鋼筋籠，并整體澆筑混凝土），待地下室后施工墻柱與地上墻柱連成整體并達到設計強度后，保留主樓首層（-0.05 m）正常梁截面，切除多余的逆作轉換梁截面，從而完成了逆作結構施工。逆作梁與正常梁疊加設計方法見圖8。

圖7　逆作轉換梁與正常階段梁設計截面尺寸對比

圖8　逆作梁與正常梁疊加設計方法

復合梁在施工時，必須確保逆作及正常梁各自的箍筋及主筋位置準確，避免逆作梁拆除后留下結構安全隱患。逆作梁拆除應優先選用振動小、噪音小的拆除方法，如繩鋸切割、水鉆銑孔等。

在地下結構逆作未完成施工前，為有效減小逆作梁截面及配筋，地上工程應根據工程需要限制荷載。本工程地上提前施工的主要目的是保證外檐展示，地上僅允許主體結構、外墻砌筑、幕墻、屋面工程施工，其他荷載不得提前施加，以節約工程成本及保證逆作階段結構安全。

3　結語

逆作法出現之初，主要應用于工期緊、場地狹小、周邊環境復雜的工程，常見逆作方式有“地下逆作完成后開始地上施工”、“地上地下同步施工”等，這類工程數量較多，施工技術趨于成熟。而類似本工程“地上完成后再逆作地下”的工程施工案例較少錄。本文根據已經實施完成的工程實例，總結了“地上工程完成后逆作地下工程”的主要設計方法及思路，供類似逆作工程參考借鑒。

［1］高振鋒，葉可明，王允恭，等.逆作法施工的設計方法［J］.施工技術，2001，30（1）：16-18.

［2］葉浩.某工程逆作法技術的應用分析［D］.廣州：華南理工大學，2011.

□高海彥、高金銀、甄宗、張兆吉、張洪波/中國建筑第八工程局有限公司天津分公司。

TU753

C

1008-3197（2016）02-13-04

2015-10-10

陳海濤/男，1977年出生，高級工程師，天津濱海新區軌道交通投資發展有限公司，從事軌道交通工程技術管理工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.02.004