某超高層建筑逆作法關鍵技術研究和應用

陳加才

(福建省九龍建設集團有限公司 福建廈門 361008)

0 引言

1 工程概況

某超高層建筑(圖1～圖2)地處福州市區中心地帶，西面毗鄰古田路并與地鐵水部出口連接，東南面臨近老舊建筑物，為1幢28層框架-支撐芯筒結構辦公樓、1幢24層框架-支撐芯筒結構酒店，2幢高層由5層商業裙樓相連接，滿堂布置四層地下室。單層地下室面積達9936，實際開挖深度約18.50 m。

圖2 閩投營運中心俯視圖

該工程與地鐵二號線相鄰，場地周邊地下管線密布。根據福州市地鐵保護管理有關規定和地方技術標準，對緊鄰地鐵側周邊50 m為保護區，臨近建筑基坑變形要求不得大于30 mm；場地周邊工程環境條件復雜，且地下工程施工工期要求短。

場地分布有厚度1.00 m～4.60 m的雜填土、厚度3.90 m～22.80 m淤泥、淤泥夾砂5.80 m～18.90 m ,(含泥)粗砂1.90 m～22.40 m粉質粘土強透水的砂礫卵石層5.8 m，場地巖土工程條件復雜，如圖3所示。

圖3 地質剖面圖

針對場地周邊工程環境條件、巖土工程條件、施工和施工期等條件，本項目深基坑工程從保證施工質量、安全和工期等方面考慮，4層地下室基坑支護采用“兩墻合一”地下連續墻，蓋挖逆作法施工方案，減少了基坑支撐工序和保證施工作業面，既可以與地鐵同步施工，又可以縮短工期和增加施工作業面，將基坑變形對地鐵的影響減少到允許值范圍內，直接經濟效益明顯。

該工程兩座塔樓采用框架-支撐芯筒結構體系[2]，外框架由鋼管混凝土柱和鋼筋(型鋼)混凝土梁組成，內核心筒由矩形鋼管混凝土柱和型鋼支撐組成。有別于傳統的鋼筋混凝土剪力墻核心筒，采用支撐芯筒可以減輕核心筒的自身荷載，對基礎設計產生直接經濟效益；同時主體芯筒的鋼管混凝土柱可以同時作為逆作法支撐體系的一部分，避免了傳統剪力墻需要設置托梁的工序，充分利用主體結構，上下同步逆作法施工，減少了工期。該工程樁基設計采用旋挖擴底灌注樁，實現了“一樁一柱”，滿足施工階段和使用階段兩種工況下，最大抗壓力和最大抗拔力[3]。

2 逆作法關鍵技術分析和對策

2.1 界面層的選擇及其取土口設置

界面層一般可選擇地下室頂板或地下一層樓板。根據與現有場地標高的關系，考慮土方外運方便，且充分利用已完成的界面層作為材料堆置場或施工作業場；避免了采用臨時支撐的浪費現象。經與設計溝通，最后確定地下室頂板作為界面層。并同時考慮大型長臂鉤機及大型土方車輛進出的施工荷載，通過對土方開挖路線上的頂板進行局部結構加固(塔樓部位結構樓板厚度300 mm，其余頂板厚度均為400 mm)以滿足受力要求。

原設計界面層上的土方開挖預留的臨時取土口只有3個(具體預留位置如圖4黃色部位)。根據地勘資料，基坑開挖深度范圍內地層巖性主要土為高靈敏度、高壓縮性、強度低的淤泥質土，小型鉤機盤土最長距離不能超過10 m。因為盤土次數最多兩次，如果盤土超過兩次，淤泥質土受擾動結構易被破壞，造成強度降低使小型鉤機無法在其上面行走。經與結構設計商定，最后增加到6個土方開挖預留臨時取土口，且加大了洞口尺寸(如圖4綠色部位為新增加的3個取土口)。

圖4 取土口布置圖

取土口1原為消防水池和人防口部，土方開挖階段因為跨度及墻體位移等因素，設置槽鋼抱撐，坡道位置設置槽鋼抱撐，如圖5所示。

2)安全性：五防服務器本身融合操作權限管理等設備防誤閉鎖方面的所有功能，可完整獨立地實現設備防誤功能。

圖5 取土口臨時支撐圖

取土口2原設計為裙樓及聯通地下室的自動扶梯，土方開挖階段采用在鋼管柱上預留設置牛腿，增大開挖洞口尺寸。

取土口3原設計為是風井、電梯井以及樓梯，在開挖階段先設置臨時鋼管支撐，待主體封頂后拆除支撐后再施工電梯井及樓梯。

2.2 地下室底板完成前界面層以上主體結構施工層數

逆作法可以通過界面層上下同步施工，在圍護結構和豎向結構施工完成后，界面層就是逆作法的首層水平結構，如圖6所示。

圖6 逆作法施工BIM模擬圖

但是上下同步也有條件，在地下室主體結構尚未全部施工完成(即地下室底板施工完成)之前，由于缺少基礎的協同作用，結構在逆作階段對豎向支承樁不均勻沉降尤其敏感。地上主體結構施工層數受到樁基受力和變形要求限制[4]。

經類比分析(施工階段樁基承受的豎向力不超過永久使用階段樁基承受的豎向力)。基于安全考慮，福州閩投營運中心地下室底板結構(地下四層底板結構)尚未完成之前上部結構(界面層以上主體結構)施工控制至10層以下。

2.3 “兩墻合一”的地下室外墻防水技術質量控制

逆作法的地下室外墻大多采用“兩墻合一”的地下連續墻，既作為地下室基坑土方開挖的圍護結構，同時作為地下室的永久外墻，又與豎向支承樁柱同時作為支承逆作法的豎向受力結構[5]。

“兩墻合一”的地下連續墻由若干個單元槽段組成，地連墻的單元槽段接縫處容易出現滲水現象。為避免滲水，在地下連續墻的單元槽段接縫處采用內外兩側設置兩層防水措施。內側設置結構壁柱作為內襯結構，即地連墻每幅槽段接頭處均設置止水壁柱，結構梁位置設置結構壁柱。壁柱尺寸為400 mm(厚)×1200 mm(寬)，且在壁柱之間澆筑400 mm厚鋼筋混凝土；且內外側均設置隔水加固措施，即三軸水泥土攪拌樁。

為達到防水效果，后續槽段開挖后，必須對前槽豎向接頭進行清刷，清除附著泥漿雜物。在施工壁柱前，地連墻與內襯結構連接處應鑿毛并清洗干凈，找出原先預埋在地連墻里的連接鋼筋或鋼筋接駁器，并與壁柱鋼筋焊接。必要時，還應做特別防水處理。

為解決地連墻的單元槽段接縫處滲水現象，另一種做法就是采用引流方式。除了在單元槽段接縫處設置止水壁柱，作為內襯結構和結構梁位置設置結構壁柱外，改為在地連墻內側200 mm處設計500 mm高砼反口，與地連墻形成導流溝，利用導流溝將地連墻滲漏出的水同層排至相應收集口，并在壁柱內襯墻壁柱底部埋設100 mm直徑的PVC排水管引水，如圖7所示。

圖7 導流溝詳圖

本工程最后采用引流方式，即采取宜疏不宜堵的防水措施有效解決“兩墻合一”地下室外墻的滲水問題。

3 核心筒采用矩形鋼管混凝土柱和型鋼支撐組合而成的支撐芯筒抗側力體系

圖8 鋼管柱核心筒

本工程逆作法的核心筒，采用矩形鋼管混凝土柱和型鋼支撐組合而成的支撐芯筒抗側力體系(圖8)，代替傳統的鋼筋混凝土剪力墻核心筒，減輕了核心筒的自重，同時也減輕了地基與基礎的荷載。從結構受力計算考慮又可以方便地調整支撐布置和剛度。即通過調整支撐的截面、支撐的布置來實現剛度的調整，達到調整整個核心筒抗側剛度的目的。如果按照傳統的鋼筋混凝土剪力墻核心筒進行結構設計，本工程核心筒剪力墻厚度至少400 mm～500 mm，特別針對層高突變的避難層、設備層，剛度的調整難度更大；從施工角度來說，主體芯筒的矩形鋼管混凝土柱，可以同時作為逆作法豎向結構支撐體系的一部分，不用像傳統做法那樣需要設置托梁，加快施工進度，節省工期，有效減少施工成本。

4 結論

通過某超高層建筑的逆作法實際施工實踐，對軟土地區深基坑工程逆作法施工過程存在的關鍵技術問題進行研究和分析，提出了安全可靠、經濟可行的對策和措施。

逆作法施工過程中，對于界面層的選定及其取土口的設置，應根據現場實際及其地質條件適當增加或修改取土口位置和數量，以便于現場實際取土和運輸；地下室底板完成前界面層以上主體結構施工層數的確定，一般為設計單位經過結構計算，根據豎向結構受力及其圍護結構分析確定上部結構施工層數；采用“兩墻合一”的地下連續墻地下室外墻防水問題，也是逆作法比較難以解決的通病。本工程施工還存在一定不足，希望以后在此技術方面能有更深入的研究，而采用矩形鋼管混凝土柱和型鋼支撐組合而成的支撐芯筒抗側力體系作為核心筒則，是逆作法中目前較為完美結構體系，非常值得推廣應用。

以上逆作法關鍵施工技術的研究分析和應用，可為軟土地區地下工程逆作法設計施工過程提供借鑒。