深基坑工程順逆作法施工技術及變形位移監測

霍 軍

（商丘職業技術學院，河南 商丘 476000）

高層建筑深基坑工程具有工程量大、技術難度高、不可預見因素多等諸多特點，對施工的安全性、經濟性和施工效率都提出了嚴格要求，因此選擇合適的施工技術尤為重要。順逆作法可以將順作法施工速度快、技術難度低和逆作法安全性好、節約成本、降低能耗等方面的優勢結合起來，這樣有助于提升施工單位的綜合效益。通過探究順逆作法在深基坑工程中的應用策略，為提高工程建設質量和積累施工管理經驗提供有益幫助。

1 工程概況

某商業綜合體建筑面積68 004.4 m2，高106.1 m，共30 層。地下3 層，為地下車庫和設備用房；地上27 層，其中1～5 層為商業區，6 層及以上為辦公區。基坑近似矩形，東西長248 m，南北寬190 m，土方開挖深度為23 m。結合地質勘查資料，該工程所在區域的地層自上而下分為4 層，分別是雜填土（0.5～6.2 m）、粉土（1.2～3.0 m）、粗砂層（7.2～16.4 m）、粉質黏土（0.7～9.4 m）。地下水較為豐富，來源以大氣降水和地面徑流為主，富水層為粗砂層和中砂層，地下水位埋深6.6～9.8 m，在深基坑施工中需要采取降水措施和支護措施，以保證結構施工及基坑周邊環境的安全。

2 深基坑施工中順逆作法的應用

2.1 施工方案的選擇

2.1.1 順作法

按照先支護再開挖的順序，在深基坑周圍布置圍護結構后采取分層開挖方式進行施工，同時開挖過程中使用錨桿系統進行支護，保證作業安全和施工質量。順作法的優勢在于施工簡便、難度較低、節約工期；缺點是需要增設擋土樁，由于擋土樁的長度在20 m 以上，容易出現斷樁、偏斜等問題，不利于質量控制。

2.1.2 逆作法

按照先開挖再支護的順序，從地面開挖至坑底，使用臨時支撐避免坑壁坍塌，最后自下而上完成地下結構施工，保證了基坑開挖與建筑地下主體結構施工同時進行。逆作法的優勢在于縮短工期、對周邊土體和建筑的影響小、提高地下空間利用率等。但也存在一些缺點，例如地下室層高較大時，需要加大圍護墻的斷面和配筋，無形中增加了施工成本；還有就是基坑中存在支撐柱和進水管井，會給基坑挖土以及土方外運帶來不便。

2.1.3 順逆作法

對于面積較大的深基坑工程，只選擇順作法或逆作法難以滿足施工單位對于進度、質量、安全、效益等多方面的要求，這種情況下可以將順作法和逆作法相結合，實現優勢互補，確保深基坑工程施工目標的順利實現。

根據施工順序的不同，順逆作法又可分為3 種方案：一是主樓先順作，裙樓后逆作；二是裙樓先逆作，主樓后順作；三是中心先順作，然后周邊逆作［1］。

本工程中選擇了順逆作法進行深基坑施工，方案如下：基坑周圍預留部分土體暫不開挖，中間土體按照設計方案放坡，并一直開挖到地面以下23 m處。開挖結束后，選擇順作法進行地下室中間部分主體結構（包括地下室底板、柱子、墻體、頂板）的施工；完成該部分施工后，將其作為水平梁板支撐成立點，同時利用預留的部分土體作為施工平臺，向基坑周邊做梁板支撐。檢測支撐強度，確定強度達標后再使用逆作法進行預留土體的開挖。該施工方案在保證深基坑結構穩定、降低施工安全風險、控制施工成本和節約作業空間限制等方面均有一定效果，經論證具有較強的可行性。在運用順逆作法時，考慮到該區域地下水較為豐富，需要做好防水處理；同時，還要開展基坑變形和位移監測，保證施工質量。

2.2 順逆作法施工方案的設計驗算

根據以往的深基坑施工經驗，造成基坑破壞和失穩的原因較多，既有施工方面的原因如放坡時坡度過陡等，也有水文地質方面的原因如暴雨或地震等。因此深基坑施工中需要對其穩定性進行驗算，如果驗算結果顯示穩定性達不到要求，則必須采取基坑支護或加固措施。本文使用順逆作法進行深基坑施工，主要對基坑坑底抗隆起穩定性和抗傾覆、抗滑移穩定性進行驗算。

2.2.1 抗隆起穩定驗算

本文選用圓弧滑動模式下的計算模型開展基坑坑底抗隆起穩定性分析，其模型如圖1所示。

圖1 基于圓弧滑動模式的計算模型

圖1中，q表示基坑外側地表均布荷載，單位為kPa；h0表示圓弧中心所在水平面與地表之間的垂直距離，單位為m；r表示圓弧的半徑，單位為m；D表示圓弧底部與中心點之間的垂直距離，單位為m；α表示圓弧與水平面之間的夾角。將深基坑最底部支撐節點的位置作為圓弧滑動的中心點（O 點），對O 點取矩列力矩平衡方程可以計算出抗隆起安全系數（Ks）。該方程中，滑動力矩可以通過地表平面荷載的作用力、土體的自重求得［2］。抗隆起安全系數的計算公式為

（1）式中，Mr表示地基土均質等效情況下的抗滑動力矩總和，可通過下式求得：

（2）式中，φ 表示內摩擦角，單位為°；qf表示最下方支撐所在平面以上土體產生的均布荷載，單位為KPa；γ表示土層天然重度的加權平均值，單位為KN/m3。

Ms表示滑動力矩綜合，可通過下式求得：

（3）式中其字母含義同上。

將各項數據帶入（1）（2）（3）式后，可以求得Ks的值為2.3，該值高于《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2019）中規定值1.6，因此該方案下的基坑抗隆起穩定性滿足要求［3］。

2.2.2 抗傾覆穩定驗算

在進行抗傾覆穩定驗算時，同樣構建了力學模型，該模型的受力情況如圖2所示。

圖2 抗傾覆穩定計算模型

圖2中，q表示基坑外側地表均布荷載，單位為kPa；Fw表示基坑外側水壓力，Fa表示基坑外側土壓力，Fp表示圍護體外側地面荷載導致的側壓力，單位均為MPa。Zw、Za和Zp表示3種力對應的被動土壓力系數。抗傾覆穩定驗算公式為

（4）式中，Msk表示基坑外側土體壓力、水壓力等合力對圍護結構的傾覆力矩標準值，單位為kN；MRk表示圍護墻自重和被動土體壓力合力對圍護結構的傾覆力矩標準值，單位為kN。其中，Msk和MRk可通過下式求得：

（6）式中，GK表示重力式圍護結構自重標準值，單位為kN。將各項數值帶入上式后，可以求得Kq的值為2.0，該值高于《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2019）中規定值1.3，因此該方案下的基坑抗傾覆穩定性滿足要求。

2.2.3 抗滑移穩定驗算

抗滑移穩定性驗算公式為

（7）式中，KH表示抗滑移值；ESk表示圍護結構底部平面的抗滑動力標準值，單位為kN，該值由基坑外側土壓力（Fa）和圍護體外側地面荷載的側壓力（Fp）共同組成，即

（8）式中，ERk表示基坑圍護結構被動土壓力標準值，單位為kN。將各項數值帶入后可以求得KH值為1.58。根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2019）要求，基坑的抗滑移穩定性不得低于1.5，因此該方案的抗滑移穩定性指標能夠滿足要求。

2.3 順逆作法施工流程

（1）完成測量放線后，在劃定的深基坑施工區域使用挖掘機開挖，至地面以下19 m處。剩余的4 m在開挖前布置預應力錨索，每1 m布置1排，共布置4排。預應力錨索的水平間距控制在1.5 m，預應力設定為400 kN。

（2）以劃定的基坑邊線為基準，向內量測10 m，這部分土體暫不開挖。接近圍護結構的土體預留出寬為5 m左右的平臺，另外5 m寬的土體按照1∶0.6坡度放坡，直到開挖至設計深度23 m。在放坡開挖時，現場施工人員要注意調節開挖速度，避免開挖速度過快導致土體失穩，同時禁止出現超挖情況。

（3）在開挖至設計深度后，現場施工人員應先對深基坑穩定性進行評估，確定穩定后再以順作法進行第三層地下室底板和第三層地下室柱、梁、墻等主體構件的施工，最后進行第三層地下室頂板施工并設置必要的成品保護。

（4）施工人員對第三層地下室主體機構的強度進行測評，在達到設計強度后以第三層地下室頂板作為施工平臺，以主體結構作為支撐點，向基坑圍護結構做梁板結構體系支撐，形成水平支護體系。

（5）在上一步施工任務結束后，再采取逆作法對剛開始預留的10 m 寬土體進行開挖施工。在挖至地下23 m 后，與第三層地下室主體結構連接成整體，最后進行第三層地下室外墻施工。根據施工方案，在外墻施工過程中同步做好防水、防腐處理［4］。

3 深基坑變形位移監測

3.1 監測方法及精度要求

對于大面積、大深度的深基坑工程，開挖后形成高陡邊坡和臨空面，受到基坑外側土體壓力的影響可能會導致基坑側壁出現滑塌、位移等情況，不僅影響施工進度和工程質量，還有可能對基坑內施工人員的生命安全構成威脅。因此，在深基坑施工過程中必須要做好變形位移監測，一旦監測到應力突增或者變形幅度達到臨界值，施工單位應立即采取加固措施，以保障深基坑施工質量和現場施工人員安全。本工程中采用了小角度法和水準測量法兩種監測方法，所用監測儀器有全站儀、自動安平儀、測微器等。小角度法的監測精度在1 mm 以內，水準測量法的監測精度在0.5 mm 以內。同時，參照《建筑基坑工程監測技術標準》（GB 50497-2019）中的相關規定設置了對應的監測報警值，基坑測點水平位移和豎向位移超過基坑深度的0.1%～0.2%（23～46 mm）即啟動報警，其最大值不得超過30 mm。本次監測將報警值設定為30 mm。

3.2 監測內容與監測頻率

本次監測內容主要包含兩方面，分別是基坑土體監測和基坑周邊環境監測。前者監測內容有圍護墻頂部豎向和水平位移、立柱豎向位移；后者監測內容有周邊建筑豎向和水平位移，以及周邊建筑或地表裂縫。用于監測基坑周邊環境的點位應當在施工前布置好；用于監測基坑土體的點位應在施工期間布置好［5］。參照《建筑基坑工程監測技術標準》（GB 50497-2019）中的規定，正常情況下監測頻率為每天1次；如果監測數據接近報警值，則需要提高監測頻率，改為每天3～4次，直到監測數據恢復正常。

3.3 監測結果

本工程中監測結果見表1。

表1 深基坑監測結果（單位：mm）

在周邊環境監測中，有一棟住宅樓靠近深基坑施工區域，最短直線距離為36 m。對該建筑物進行監測，發現墻體出現3 條裂縫，長度均在20 mm 以內，寬度在1 mm 以內，屬于微小裂縫，對建筑結構安全無明顯影響。從監測結果來看，本次深基坑施工中的位移量均在標準范圍以內，施工質量達標。

4 順逆作法施工效益分析

相比于常用的直挖順作法和逆作法，本次深基坑中使用順逆作法進行施工，取得了如下效益：

（1）加快了施工進度。在順逆作法施工中，主樓地下室采用順作施工，速度較快；裙樓地下室采用逆作施工，不占用有效工期。兩者結合能大幅度縮短總工期。

（2）減少了對周邊環境的影響。使用順逆作法施工，利用地下室的墻、梁等主體構件發揮一定的支護作用，并且與地下連續墻結合形成支護體系，減輕了深基坑開挖施工對周邊環境的影響。

（3）解決了施工場地限制，降低了施工難度。采用順逆作法施工，利用第三層地下室的頂板作為第二層地下室的施工平臺，不需要額外搭設臨時支撐，提高了地下空間的利用率。

5 結語

在高層建筑深基坑工程中，單一使用順作法或逆作法，無法實現施工進度、工程質量、環境保護、安全管理等多方面的統籌兼顧。本工程中應用順逆作法施工，得出以下結論：

（1）施工前要結合地質勘查結果和深基坑施工要求，設計順逆作法施工方案，并開展穩定性驗算，確保施工方案的穩定性要求，提高對深基坑的支護效果，保證深基坑作業安全。

（2）在主樓地下室順作和裙樓地下室逆作施工中，做好放坡開挖、鋼板支撐、外墻施工等方面的技術管理，有助于提高順逆作法施工質量。

（3）開展深基坑監測，密切關注圍護墻頂部和周邊建筑的水平位移、豎向位移，監測結果顯示各監測點的位移量均在安全范圍內。