“逆筑法”施工技术

一、“逆筑法”的工艺原理与优缺点
“逆筑法”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。传统的施工多层地下室的方法是开敞式施工，即大开口放坡开挖，或用支护结构围护后垂直开挖，挖至设计标高后浇筑钢筋混凝土底板，再由下而上逐层施工各层地下室结构，待地下结构完成后再进行地上结构施工。
对于深度大的多层地下室，用上述传统方法施工存在一些问题。首先支护结构的设置存在一定困难，由于基坑很深，支护结构的挡墙长度很大，费用增加，尤其是基坑内部支护结构的支撑用量大，一方面需用大量大规格的钢材，另一方面也增加了地下结构施工的难度；其次如用井点设备降低地下水时，水位的降低会引起土体固结，使周围地面产生降沉，如不采取特殊措施，亦会危及基坑附近的建筑物、地下管线和道路。深基坑的开挖，基坑的变形和周围地面的沉降是施工中急待解决的问题之一。
实践证明，利用“逆筑法”施工开挖深度大的多层地下结构是十分有效的。“逆筑法”的工艺原理是：先沿建筑物地下室轴线(地下连续墙也是地下室结构承重墙)或周围(地下连续墙等只用作支护结构)施工地下连续墙或其他支护结构，同时在建筑物内部的有关位置(柱子或隔墙相交处等，根据需要计算确定)浇筑或打下中间支承柱，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。与此同时，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。这样地面上、下同时进行施工(图4-2-18 )，直至工程结束。但在地下室浇筑钢筋混凝土底板之前，地面上的上部结构允许施工的层数要经计算确定。



图 4-2-18 “逆筑法”的工艺原理
1-地下连续墙；2-中间支撑柱；3-地面层楼面结构；4-底板
“逆筑法”施工，以地面一层楼面结构是封闭还是敞开，分为“封闭式逆筑法”和“开敞式逆筑法”。前者可以地面上、下同时进行施工；后者上部结构不能与地下结构同时进行施工，只是地下结构自上而下逐层施工。
与传统施工方法比较，用“逆筑法”施工多层地下室有下述优点：
1. 缩短工程施工的总工期
带多层地下室的高层建筑，如采用传统方法施工，其总工期为地下结构工期加地上结构工期，再加装修等所占之工期。而用“逆筑法”施工，一般情况下只有-1层占绝对工期，其他各层地下室可与地上结构同时施工，不占绝对工期，因此可以缩短工期的总工期。如日本读卖新闻社大楼，地上9层，地下6层，用“封闭式逆筑法”施工，总工期只22个月，比传统施工方法缩短工期6个月。又如有6层地下室的法国巴黎拉弗埃特百货大楼，用逆筑法施工，工期缩短1/3。地下结构层数愈多，用逆筑法施工则工期缩短愈显著。
2. 基坑变形小，相邻建筑物等沉降少
采用“逆筑法”施工，是利用逐层浇筑的地下室结构作为周围支护结构地下连续墙的内部支撑。由于地下室结构与临时支撑相比刚度大得多，所以地下连续墙在侧压力作用下的变形就小得多。此外，由于中间支承柱的存在使底板增加了支点，浇筑后的底板成为多跨连续板结构，与无中间支承柱的情况相比跨度减小，从而使底板的隆起也减少。因此，“逆筑法”施工能减少基坑变形，使相邻的建(构)筑物、道路和地下管线等的沉降减少，在施工期间可保证其正常使用。表3-7是用“逆筑法”施工的德意志联邦银行大楼与相同深度、用地下连续墙作支护结构、用五层土锚拉结的以传统方法施工的原联邦德国国家银行总部大楼的施工变形比较，由此可以清楚地看出，用“逆筑法”施工的结构变形小得多。
表4-2-2 “逆筑法”施工与传统方法施工的变形比较
施工方法 变形量(mm)
地下连续墙的水平变形 底板隆起 邻近建筑物的沉降
“逆筑法”
传统施工方法 26~35
20~60 ≤18
60 4~12
25~50
3. 使底板设计趋向合理
钢筋混凝土底板要满足抗浮要求。用传统方法施工时，底板浇筑后支点少，跨度大，上浮力产生的弯矩值大，有时为了满足施工时抗浮要求而需加大底板的厚度，或增强底板的配筋。而当地下和地上结构施工结束，上部荷载传下后，为满足抗浮要求而加厚的混凝土，反过来又作为自重荷载作用于底板上，因而使底板设计不尽合理。用“逆筑法”施工，在施工时底板的支点增多，跨度减小，较易满足抗浮要求，甚至可减少底板配筋，使底板的结构设计趋向合理。
4. 可节省支护结构的支撑
深度较大的多层地下室，如用传统方法施工，为减少支护结构的变形需设置强大的内部支撑或外部拉锚，不但需要消耗大量钢材，施工费用亦相当可观。如上海电信大楼的深11m、地下3层的地下室，用传统方法施工，为保证支护结构的稳定，约需临时钢围檩和钢支撑1350t。而用“逆筑法”施工，土方开挖后利用地下室结构本身来支撑作为支护结构的地下连续墙壁，可省去支护结构的临时支撑。
“逆筑法”是自上而下施工，上面已覆盖，施工条件较差，且需采用一些特殊的施工技术，保证施工质量的要求更加严格。
二、“逆筑法”施工技术
根据上述“逆筑法”的工艺原理可知，“逆筑法”的施工程序是：中间支承柱和地下连续墙施工→地下室-1层挖土和浇筑其顶板、内部结构→从地下室-2层开始地下室结构和地上结构同时施工(地下室板浇筑之前，地上结构允许施工的高度根据地下连续墙和中间支承柱的承载能力确定)→地下室底板封底并养护至设计强度→继续进行地上结构施工，直至工程结束。
地下连续墙前面已详述，此处只简单介绍中间支承柱和地下室结构的施工特点。
(一) 中间支承柱施工
中间支承柱的作用，是在“逆筑法”施工期间，于地下室底板未浇筑之前与地下连续墙一起承受地下和地上各层的结构自重和施工荷载；在地下室底板浇筑后，与底板连接成整体，做为地下室结构的一部分，将上部结构及承受的荷载传递给地基。
中间支承柱的位置和数量，要根据地下室的结构布置和制定的施工方案详细考虑后经计算确定，一般布置在柱子位置或纵、横墙相交处。中间支承柱所承受的最大荷载，是地下室已修筑至最下一层、而地面上已修筑至规定的最高层数时的荷载。因此，中间支承柱的直径一般比设计的较大。由于底板以下的中间支承柱要与底板结合成整体，多做成灌注桩形式，其长度亦不能太长，否则影响底板的受力形式，与设计的计算假定不一致。亦有的采用预制桩(钢管桩等)作为中间支承柱。采用灌注桩时，底板以上的中间支承柱的柱身，多为钢筋混凝土柱或H型钢柱，断面小而承载能力大，而且也便于与地下室的梁、柱、墙、板等连接。
由于中间支承柱上部多为钢柱，下部为混凝土柱，所以，多采用灌注桩方法进行施工。
在泥浆护壁下用反循环或正循环潜水电钻钻孔时(图4-2-19 )，顶部要放护筒。钻孔后吊放钢管，钢管的位置要十分准确，否则与上部柱子不在同一垂线上对受力不利，因此钢管吊放后要用定位装置调整其位置。钢管的壁厚按其承受的荷载计算确定。利用导管浇筑混凝土，钢管的内径要比导管接头处的直径大50~100mm。而用钢管内的导管浇筑混凝土时，超压力不可能将混凝土压上很高，所以钢管底端埋入混凝土不可能很深，一般为1m左右。为使钢管下部与现浇混凝土柱能较好的结合，可在钢管下端加焊竖向分布的钢筋。混凝土柱的顶端一般高出底板面30mm左右，高出部分在浇筑底板时将其凿除，以保证底板与中间支承柱联成一体。混凝土浇筑完毕吊出导管。由于钢管外面不浇筑混凝土，钻孔上段中的泥浆需进行固化处理，以便在清除开挖的土方时，防止泥浆到处流淌，恶化施工环境。泥浆的固化处理方法，是在泥浆中掺入水泥形成自凝泥浆，使其自凝固化。水泥掺量约10%，可直接投入钻孔内，用空气压缩机通过软管进行压缩空气吹拌，使水泥与泥浆很好地拌合。


图4-2-19 泥浆护壁用反循环钻孔灌注桩施工方法浇筑中间支承柱
(a)泥浆反循环钻孔；(b) 吊放钢管、浇筑混凝土；(c) 形成自凝泥浆
1-补浆管；2-护筒；3-潜水电钻；4-排浆管；5-混凝土导管；6-定位装置；7-泥浆；8-钢管；9-自凝泥浆；10-混凝土桩
中间支承柱亦可用套管式灌注桩成孔方法(图4-2-20 )，它是边下套管、边用抓斗挖孔。由于有钢套管护壁，可用串筒浇筑混凝土，亦可用导管法浇筑，要边浇筑混凝土边上拔钢套管。支承柱上部用H型钢或钢管，下部浇筑成扩大的桩头。混凝土柱浇至底板标高处，套管与H型钢间的空隙用砂或土填满，以增加上部钢柱的稳定性。中间支承柱亦有用挖孔桩施工方法进行施工的。



图4-2-20 中间支承柱用大直径套管式灌注桩施工
(a) 成孔；(b) 吊放H型钢、浇筑混凝土；(c) 抽套管、填砂
1-套管；2-抓斗；3-混凝土导管；4-H型钢；5-扩大的桩头；6-填砂；7-混凝土桩
在施工期间要注意观察中间支承柱的沉降和升抬的数值。由于上部结构的不断加荷，会引起中间支承柱的沉降；而基础土方的开挖，其卸载作用又会引起坑底土体的回弹，使中间支承柱升抬。要求事先精确地计算确定中间支承柱最终是沉降还是升抬以及沉降或升抬的数值，目前还有一定的困难。