逆作法理论研究与桩基施工实例 - 图文

1、逆作法施工技术原理

逆作法施工技术[1]是高层建筑物目前最先进的施工技术方法。其做法：先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱，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。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。如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。

2、逆作法施工适用条件：

1) 开挖面较大（一般20000㎡以上）；

2) 距周围建筑物较近，尽量防止因开挖基坑而引起的邻近建筑物沉降；

3) 避免土方开挖或其他施工产生的噪音对周围居民的影响； 4) 需要及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构。 3、一柱一桩调垂施工

钢立柱的施工必须采用专门的定位调垂设备对其进行定位和调垂。目前，钢立柱的调垂方法主要有气囊法、机械调垂法和导向套筒法三大类。 3.1、气囊法

角钢格构柱一般可采用气囊法进行纠正，在格构柱上端X和Y方

向上分别安装一个传感器(如图1、图2)，并在下端四边外侧各安放一个气囊，气囊随格构柱一起下放到钻孔中，并固定于受力较好的图层中。每个气囊通过进气管与电脑控制室相连，传感器的终端同样与电脑相连。系统运行时，首先由垂直传感器将格构柱的偏斜信息送给电脑，由电脑程序进行分析，然后打开倾斜方向的气囊进行充气，由此推动格构柱下部纠偏，当格构柱达到规定的垂直范围后，即指令关闭气阀停止充气，同时停止推动格构柱。待混凝土灌注至离气囊下方1m左右时，即可拆除气囊，并继续灌注混凝土至设计标高。

图1 气囊平面布置图 图2 改良后气囊平面布置图

Fig.1 airbag layout Fig.2 modified airbag layout

3.2、机械调垂法

机械调垂系统主要由传感器、校正架、调节螺栓等组成。在钢立柱上端X和Y两个方向上分别安装一个传感器。钢立柱固定在校正架上(如图3)，钢立柱上设置2组调节螺栓，每组共4个，两两对称，两组调节螺栓有一定的高差，以便形成扭矩。测斜传感器和上下调节螺栓在立柱两对边各设置一组。若钢立柱下端向X正方向偏移，X方向的两个上调节螺栓一松一紧，使钢立柱绕下调节螺栓旋转，当钢立柱达到规定的垂直度范围后，停止调节螺栓，同理Y方向的偏差可通

过Y方向的调节螺栓进行调节(如图4)。

图3 钢管校正架实景图 图4 “一柱一桩” 校正架实景图

Fig.3 steel pipe correction map Fig.4 “a pile of a column” correction map

3.3、导向套筒法

导向套筒法是把校正钢立柱转化为导向套筒，导向套筒的调垂可采用气囊法和机械调垂法。待导向套筒调垂结束并固定后，从导向套筒中间插入钢立柱，导向套筒内设置滑轮以利于钢立柱的插入，然后浇筑立柱桩混凝土，直至混凝土能固定钢立柱后拔出导向套筒。

导向套筒施工流程如下：

定位→埋设护筒→钻孔→测孔→第一次清孔→吊钢筋笼→第二次清孔→安放格构柱→导管→浇混凝土→移机

气囊法适用于各种类型钢立柱的调垂，且调垂效果好，有利于控制钢立柱的垂直度，但气囊法有一定的形成，若钢立柱与孔壁间距离过大，钢立柱就无法调垂至设计要求， 因此成孔时孔垂直度控制在1/200内，钢立柱的垂直度才能达到1/300的要求。由于采用帆布气囊，实际使用中常被钩破而无法使用，气囊也经常被埋入混凝土中而

难以回收。机械调垂法是几种调垂方法中最经济使用的，但只能用于刚度较大的钢立柱的调垂，若用于刚度较小的钢立柱，在上部施加扭矩时将导致钢立柱弯曲变形过大，不利于钢立柱的调垂。导向套筒法由于套筒比钢立柱短，故调垂容易，效果较好，但由于导向套筒在钢立柱外，势必使孔径变大。

3.4、一柱一桩不同强度等级的混凝土施工

竖向支撑体系采用钢管立柱时，一般钢管内混凝土强度等级高于工程桩混凝土，此时在一柱一桩[2]混凝土施工时应严格控制不同强度等级的混凝土施工界面，确保混凝土浇捣施工，水下混凝土灌注至钢管底标高时，即更换高强度等级混凝土，在钢管内混凝土浇筑的同时，在钢管立柱外侧回填碎石、砂等，阻止管外混凝土上升，混凝土浇筑过程见图5。

图5 钢管内混凝土浇筑示意图

Fig.5 Steel pipe concrete pouring

(a)混凝土置换开始，(b)钢管内混凝土置换至回填，(c)碎石回填，(d) 钢管内混凝土浇筑至顶

4、工程实例

徐家汇中心华山路地块，本工程主体结构为两幢8层商业办公楼和2层裙楼（西侧华山路和东侧天平路），主楼高度约38.4m，本工程立体效果图见图6。普遍区域设置3层地下室，主楼上部结构及地下室结构均为框架结构无核芯筒剪力墙，基础形式为桩基础。基坑面积约为12000㎡，周长约为433米，平面图见图7。

图6 本工程立体效果图

Fig.6 this project the stereo effect

图7 本工程平面布置图

Fig.7 the engineering layout

本工程基坑总体实施工况：

地上地下结构同步施工，在地下结构施工的同时向上施工地上结构，逆作施工阶段完成两栋主楼地上八层结构、以及西侧裙楼（华山路侧）地上二层结构。除主楼和西侧裙楼区以外的区域（即东侧裙楼区及纯地下室区域）仅完整地下室结构施工，其上部结构需待地下室逆作完成后（即地下室基础底板完成，一柱一桩外包钢筋混凝土完成且达到设计强度后）再进行施工。

根据荷载的不同，主楼逆作区域（地上同步施工）采用Φ700×22和Φ650×20钢管混凝土柱，西侧裙楼（华山路侧）逆作区域（地上同步施工）采用Φ550×16钢管混凝土柱或4L200×20角钢格构柱（截面为500×500）东侧裙楼（天平路侧）和纯地下室逆作区域（待逆作结束后再实施地上部分）采用由等边角钢和缀板焊接而成的4L200×20（4L180×20）角钢格构柱，其截面为500×500。

本工程φ1200钻孔桩。最大桩深为82.35m，为超深桩，其施工时存在如下难度：

1) 最大桩深为82.35m，为超深桩，本工程采用GPS-20型钻机； 2) φ1200钻孔桩桩端进入⑨层19m以上，桩身穿越多层粉砂层，累计穿越砂层厚度约为34m；

3) 在深孔深度范围内，砂性土层所占比例较大，砂层累计厚度高，粉砂在泥浆中含量大且沉淀速度较快，会给清孔带来较大困难；

4) 由于砂层所占比例较大，如泥浆配置不合适，施工时易发生塌

孔、缩颈等现象；

5) 成孔的垂直度偏差不大于1/300，施工质量要求高； 支撑桩施工流程：测量桩位中心→埋设2m长钢护筒→钻进成孔→更换小直径钻头后第一次垂直度检测→终孔、气举一清→加工、吊放钢筋笼；

6) 清孔结束后孔底500mm以内的泥浆相对密度小于1.20，含砂率小于4%，泥浆制备要求高；

7) 内插钢管立柱或角钢格构柱。成孔垂直度偏差不得大于1/300，角钢格构柱垂直度偏差不得大于1/500，钢管立柱垂直度偏差不得大于1/600，由于桩孔较深，垂直度要求较高，施工中应加强对施工质量的控制。

插立柱施工流程：复测桩位、安放调直架(如图8)→安放测斜管、吊放钢立柱→经纬仪初测→调直架垂直度精调(如图9)→第三方垂直度监测→钢立柱孔口固定→吊机吊放导管→气举二次清孔；

图8 调直架对中 图9 钢管调直

Fig.8 straightening frame Fig.9 steel tube straightening

插管后施工流程：泵车导管内浇灌C40混凝土至钢立柱底端以下1.5m→改灌C60混凝土至设计桩顶标高以上1m→对称、均匀回填碎

石，同时继续浇灌C60混凝土(如图10)→终灌直至满足超灌要求→桩顶偏移复测→调离调直架。

图10混凝土浇灌 Fig.9 concrete casting

5、总结

1) 使建筑物上部结构和地下基础结构施工平行立体作业[3]，在建筑规模大、 上下层次多时，大约可节省工时1/3。

2) 受力良好合理，围护结构变形量小，因而对邻近建筑的影响亦小。 3) 施工可少受风雨影响，且土方开挖可较少或基本不占总工期。 4) 最大限度利用地下空间，扩大地下室建筑面积。

5) 一层结构平面可作为工作平台，不必另外架设开挖工作平台与内撑，这样大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施，减少了施工费用。

6) 由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，降低了基坑内地基回弹量。

7) 逆作法存在的不足，如逆作法支撑位置受地下室层高的限制，无法调整高度，如遇较大层高的地下室，有时需另设临时水平支撑

或加大围护墙的断面及配筋。 由于挖土是在顶部封闭状态下进行，基坑中还分布有一定数量的中间支承柱和降水用井点管，目前尚缺乏小型、灵活、高效的小型挖土机械,使挖土的难度增大。但这些技术问题相信很快会得到解决。

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