逆作法在上海國際旅游度假區管理中心工程中的應用

何 昕

上海國際旅游度假區工程建設有限公司 上海 201205

地下空間的開發利用已日益被人們所接受和重視[1]。地下工程施工方式可以分成順作法和逆作法施工這兩類。隨著城市用地不斷緊縮、施工場地局促以及開挖深度增加等情況的出現，順作法在某些工程中明顯體現出其自身的不足和問題。而逆作法在周邊環境復雜、周邊保護要求極高、工期要求緊、地下室樓層多、基坑較深的工程中逐漸顯現出其優勢[2]。本文以上海國際旅游度假區核心區管理中心工程為例，詳細闡述了順作法和逆作法方案的比選過程，總結了逆作法在工程中的應用優勢和實施效果。

1 工程概況

背景項目位于上海迪士尼樂園南大門，總建筑面積為95 722 m2，地下3層，地上10層，建筑高度45 m。基坑平面形狀大致呈長方形，基坑面積16 000 m2，基坑深度17.5 m。

開挖范圍內淺部土層主要有潛水含水層①層填土層、③灰色淤泥質粉質黏土層和④淤泥質粉質黏土層。基坑分布有第⑦、⑨層砂（粉）性土，相互連通，分別為上海地區第一、二承壓含水層，水位埋深的變化幅度一般在8.5～16.0 m。

本工程基坑工程面積大，地下室邊界基本撐足周邊現存的建筑物的退界要求，施工期間可利用施工場地范圍十分緊張。為配合上海迪士尼園區開園要求，需在18個月內完成至建筑外立面、室外總體，工期要求高。選擇合適的施工方案是本工程成功的關鍵。

2 方案選型

2.1 順作法方案

基坑圍護采用厚1 000 mm地下連續墻加3道鋼筋混凝土支撐。支撐立柱為450 mm×450 mm的角鋼格構柱，支撐柱下樁插入第⑦層土。順作法從樁基、圍護開始，再逐道施工支撐、逐皮開挖土方，底板完成后方可逐道拆除支撐、進行地下結構施工，地下結構完成后再進行上部結構施工（圖1）。

圖1 順作法基坑圍護剖面

2.2 逆作法方案

逆作法圍護地下連續墻、槽壁加固、坑內土體加固與順作法圍護設計一致，逆作施工階段地下室樓板和底板結構兼作支撐（圖2）。

圖2 逆作法基坑圍護剖面

逆作法鋼立柱分為型鋼格構柱和鋼管混凝土柱2種形式。立柱樁全部利用主體結構工程樁，塔樓樁徑擴大至1.2 m，深度增加36 m；其他樁直徑不變，深度增加至第⑨層。界面層（圖3）中核心筒位置沿剪力墻方向設置托梁。

圖3 逆作法界面層布置

利用首層結構梁板作為施工機械的挖土平臺及車輛運作通道，利用中庭、電梯井、樓梯等結構永久開口位置預留空間較大的出土口。

地下1層結構梁板完成后，可開始上下同步施工。當地下室底板完成后，上部結構可同步封頂。但逆作法對于結構設計出圖進度、節點處理技術、一柱一樁、逆作澆筑、施工承包管理等提出了更高的要求。

2.3 造價比較

逆作法增加了一柱一樁豎向支撐柱，柱下樁需加深加大。逆作法土方開挖采用暗挖的形式，相應的挖土成本和施工措施費用也都有所增加。但是順作法需要3道鋼筋混凝土支撐及棧橋、格構柱，且支撐拆除需采用切割方式。逆作法節約了大量的鋼筋混凝土臨時支撐，同時B0板作為施工場地，節省了棧橋費用。綜合上述措施，本工程的逆作法相比順作法節約400萬元。表1為順作法與上下同步逆作法經濟的詳細對比。

2.4 工期比較

順作法臨時支撐施工、養護、拆除占用大量工期，地下結構完成后方可開始上部結構施工。逆作法因節省支撐施工、養護及拆除工期，同時地下室頂板、B1板完成后就可以同時進行上下結構施工，上部結構施工開始時間大大提前。挖土受天氣制約較小，雨天可實現連續挖土。

采用順作法從樁基圍護開始，至結構封頂，至少需17個月工期，無法滿足項目工期要求。逆作法由于上下同步施工，工期最短可縮短為10個月，比順作法提前7個月。表2為順作法與上下同步逆作法形象進度對比。

表1 順作法與上下同步逆作法經濟對比

表2 順作法與上下同步逆作法進度對比

2.5 安全文明施工比較

相較于常規順作法，逆作法減少了拆撐過程中的大量建筑垃圾和粉塵污染。施工環境相對封閉，可大大降低施工噪聲和光、塵污染。但逆作法地下空間的光照和空氣流通性較差，需要采取專項通風照明措施。

逆作法采用主體梁板作為支撐體系，減小了圍護體變形及滲漏風險，基坑變形小，周邊道路、管線、建筑物影響小。

考慮到工程的要求和特點，采用常規的“先下后上”逐層施工達到進度要求的可能性不大，經過比選，采用逆作法上下同步施工的施工方案更具優勢。

3 現場實施要點

本工程采用上下同步逆作法施工。施工擬定的總體路線為“分區作業、階梯施工、突出主樓”。 盡早完成上部主體結構，為幕墻與總體施工爭取足夠的施工時間。

在地下室施工階段，各層梁板分塊進行流水搭接施工。在B1～B0主樓結構施工完成后，進行上下同步施工。在地下室底板挖土施工完成后再進行3層裙房結構施工。在主樓結構封頂后，進行幕墻、地下室回筑施工及相關專業工程施工。

3.1 一柱一樁施工

逆作法豎向支承系統采用一柱一樁，分為φ700 mm和φ750 mm共2種規格的鋼管混凝土（C60）柱以及550 mm×500 mm、500 mm×500 mm、480 mm×480 mm共3種格構柱。立柱樁采用φ800 mm鉆孔灌注樁，頂部擴孔至φ1 200 mm。立柱樁有效樁長65 m，垂直度要求高達1/500。

工程運用了新型調垂機構及激光傾斜儀監測系統，解決了樁孔定位偏差大和調垂裝置使用復雜、施工人員操作困難的問題。

激光傾斜儀監測系統是激光器和傾斜儀的有機組合，可實時輸出鋼格構柱管體的傾斜變化。調垂系統通過實時監測系統，取得鋼立柱偏斜狀態的實時數據。將已連接了調垂支架的立柱吊放至樁孔內，將調垂支腳卡進限位鋼板內，即可完成立柱定位。通過安放在垂直和水平方向上的2組千斤頂，調節地面上的校正架，以此調整鋼立柱的偏斜狀態，從而保證垂直度精度（圖4）。

圖4 格構柱定位校正架

3.2 樁基檢測

本工程主樓區域單樁豎向極限抗壓承載力較大，達27 000 kN，工程中選用了自平衡法對樁基進行檢測。

自平衡法樁基檢測采用特制的荷載箱，與鋼筋籠相接埋置于樁身指定位置。試驗時，從樁頂通過輸壓管對荷載箱內腔施加壓力，其上部樁極限側摩阻力及自重與下部樁極限側摩阻力及端阻力相平衡并以此來維持加載，從而獲得樁的承載力。

本工程的成功實踐，說明自平衡法檢測技術適用于大噸位試樁，尤其適用于類似本工程的上下同步逆作法工程的靜載試驗。

3.3 逆作法節點施工

上下同步逆作法施工需要將上部結構核心筒剪力墻轉換為下部立柱進行支承，所以必須設置轉換結構。本工程界面層中核心筒位置沿剪力墻方向設置托梁，利用原有結構梁包裹核心筒區域所有逆作法支撐柱，并拉通成為一個整體（圖5）。一般在剪力墻下采用原位支撐柱或墻外對稱設置豎向支撐柱。托梁以原結構梁截面為基礎，在結構梁的基礎上加大截面并配筋，通過節點優化減小應力集中和轉換梁負彎矩。

圖5 調整后核心筒托梁布置

3.4 土方施工

本工程地下室共分4次挖土。為盡快達到上下同步施工工況，在首皮土開挖過程中，裙房區域一次開挖至－5.2 m標高，主樓區域一次放坡開挖至－8.3 m標高。在裙房區域施工B0結構的同時，完成主樓核心筒區域B1梁、板結構，再順作完成主樓核心筒B0結構，完成整個B0板的封閉，達到上下同步施工工況。

在樓板適當位置開洞作為取土孔及材料運輸口，出土口共21處。在頂板相應行車位置及開洞邊緣采取加固措施，確保抓土機械及土方車輛行走安全。

4 實施效果

由于采用上下同步逆作法，故工程進度大幅提前。在迪士尼園區開園前，順利達到外立面總體基本完成的施工形象進度，解決了本工程工期緊張的問題。

此外，逆作法施工以逆作界面層作為設備機械安置、材料堆放場地，基本不占用鄰近場地，解決了本工程施工場地緊張的問題。其次，逆作法省去常規順作法的支撐及拆除費用，降低了工程費用。

從基坑安全性和綠色施工來說，逆作法優于順作法。根據實測資料分析，基坑的水平位移為28 mm，基坑的豎向沉降為15 mm，基坑的最大水平位移和最大豎向沉降均小于按一級基坑和最初目標設置的數值。

5 結語

本工程中，相較于常規順作法施工，逆作法極大地縮短了工期，順利實現了施工節點目標。同時逆作法施工節省了常規順作法的支撐及拆除費用，還能避免常規施工而引發的場地擁堵以及工程噪聲等問題，具有良好的推廣價值，值得相關從業人員認真研究及思考。