逆作法技術(shù)的超全介紹
省工期、省造價(jià)，對(duì)周邊建筑影響小，阻隔噪音，減少揚(yáng)塵，這么牛的技術(shù)，作為工程人怎么能不知道？
這項(xiàng)技術(shù)就是——逆作法。
但是，廣大求知若饑的工地人表示，這還不夠！所以，今天就來(lái)給大家詳細(xì)介紹一下逆作法的應(yīng)用。準(zhǔn)備好了嗎？
首先，來(lái)看一則視頻，簡(jiǎn)單明了介紹了逆作法：
逆作法原理
先沿建筑物地下室軸線(xiàn)或周?chē)┕さ叵逻B續(xù)墻或其他支護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)建筑物內(nèi)部的有關(guān)位置澆筑或打下中間支承樁和柱，作為施工期間于底板封底之前承受上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的支撐。
然后施工地面一層的梁板樓面結(jié)構(gòu)，作為地下連續(xù)墻剛度很大的支撐，隨后逐層向下開(kāi)挖土方和澆筑各層地下結(jié)構(gòu)，直至底板封底。同時(shí)，由于地面一層的樓面結(jié)構(gòu)已完成，為上部結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造了條件，所以可以同時(shí)向上逐層進(jìn)行地上結(jié)構(gòu)的施工。如此地面上、下同時(shí)進(jìn)行施工，直至工程結(jié)束。
逆作法作為一種新型施工技術(shù)，形成于日本。上世紀(jì)90年代初，由上海建工二建集團(tuán)在地鐵車(chē)站施工中引進(jìn)。
適用工程
1.深基坑
2.周邊環(huán)境比較復(fù)雜，
比如毗鄰保護(hù)建筑、交通樞紐等等。
3.工期緊張
4.環(huán)保要求高
根據(jù)工程情況不同，逆作法可以分為三類(lèi)：
逆作法分類(lèi)
1.全逆作法
利用地下各層鋼筋混凝土肋形樓板對(duì)四周?chē)o(hù)結(jié)構(gòu)形成水平支撐。樓蓋混凝土為整體澆筑，然后在其下方掏土，通過(guò)樓蓋中的預(yù)留孔洞向外運(yùn)土并向下運(yùn)入建筑材料。
2.半逆作法
利用地下各層鋼筋混凝土肋形樓板中先期澆筑的交叉格形肋粱，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成框格式水平支撐，待土方開(kāi)挖完成后再二次澆筑肋形樓板。
3.部分逆作法
用基坑內(nèi)四周暫時(shí)保留的局部土方對(duì)四周?chē)o(hù)結(jié)構(gòu)形成水平抵擋，抵消側(cè)向壓力所產(chǎn)生的一部分位移。
逆作法優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
逆作法最大優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)省工期，相對(duì)于順作法，可節(jié)省工時(shí)1/3。其次，節(jié)省造價(jià)。一般可節(jié)省地下結(jié)構(gòu)總造價(jià)的25%~35%。
（1）可使建筑物上部結(jié)構(gòu)的施工和地下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工平行立體作業(yè)，在建筑規(guī)模大、 上下層次多時(shí)，大約可節(jié)省工時(shí)1/3。
（2）受力良好合理，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量小，因而對(duì)鄰近建筑的影響亦小。
（3）施工可少受風(fēng)雨影響，且土方開(kāi)挖可較少或基本不占總工期。
（4）最大限度利用地下空間，擴(kuò)大地下室建筑面積。
（5）一層結(jié)構(gòu)平面可作為工作平臺(tái)，不必另外架設(shè)開(kāi)挖工作平臺(tái)與內(nèi)撐，這樣大幅度削減了支撐和工作平臺(tái)等大型臨時(shí)設(shè)施，減少了施工費(fèi)用。
（6）由于開(kāi)挖和施工的交錯(cuò)進(jìn)行，逆作結(jié)構(gòu)的自身荷載由立柱直接承擔(dān)并傳遞至地基，減少了大開(kāi)挖時(shí)卸載對(duì)持力層的影響，降低了基坑內(nèi)地基回彈量。
缺點(diǎn)：
（1）支撐位置受地下室層高的限制，無(wú)法調(diào)整高度，如遇較大層高的地下室，有時(shí)需另設(shè)臨時(shí)水平支撐或加大圍護(hù)墻的斷面及配筋。
（2）挖土作業(yè)空間狹小，不利于規(guī)模機(jī)械化施工、土方施工困難。
（3）結(jié)構(gòu)接頭處理多。
（4）對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工精度要求高。
那么在具體施工中如何利用逆作法呢？來(lái)看一個(gè)經(jīng)典案例：
1 工程概況
1.1 結(jié)構(gòu)概況
上海恒積大廈于1994年~1996年建設(shè)，工程地處上?；春|路、西藏南路的東南角。建設(shè)基地北面為淮海東路，西面為西藏南路，南面為桃源路，東面為桃源新村。
本工程地下4層、地上22層，其中裙房5層，總建筑面積約70000m²。大樓的主要功能為商業(yè)和辦公，柱網(wǎng)軸線(xiàn)尺寸為8.4m×8.4m，結(jié)構(gòu)形式為典型的框架核心筒結(jié)構(gòu)，基坑面積約4000m²，地下4層，開(kāi)挖挖深約17m。工程地質(zhì)條件為上海地區(qū)典型的軟土地基，自地面以下約30m為軟粘土、砂土，含水量較豐富，地下承壓水在層面位于30m的第⑦層砂土中。
本工程的基坑圍護(hù)墻為800mm厚地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻長(zhǎng)度為35m，工程樁為φ800鉆孔灌注樁，灌注樁的樁尖持力層為第⑨層土，樁尖深度為84m，有效樁長(zhǎng)為67m。
根據(jù)業(yè)主要求，本工程必須在16個(gè)月內(nèi)裙房交付裝修，在24個(gè)月內(nèi)全部竣工。因此要求施工單位采取必要的措施加快施工進(jìn)度。
上海恒積大廈平面圖及效果圖
1.2 工程環(huán)境
本工程地處鬧市中心，周邊環(huán)境復(fù)雜，西側(cè)的西藏南路與北面的淮海東路交通繁忙，地下各類(lèi)管線(xiàn)較為密集。其中北側(cè)的自來(lái)水管距基坑邊為5～8m；東面的桃源新村為上一世紀(jì)50年代所建5層混合結(jié)構(gòu)，無(wú)樁基，其距基坑邊約為8m；南面的桃源路路幅較窄，桃源路南側(cè)的民房為上世紀(jì)三十年代所建的二層石庫(kù)門(mén)磚木結(jié)構(gòu)，房屋相當(dāng)陳舊，其與基坑隔街相距約10m左右。
2 工程難點(diǎn)
本工程開(kāi)工前，施工方與業(yè)主磋商，為滿(mǎn)足工期要求，擬采用逆作法施工。當(dāng)時(shí)在逆作法施工方面的成功工程實(shí)例較少，可借鑒經(jīng)驗(yàn)不多，施工中需要解決的文圖及技術(shù)難點(diǎn)主要有以下幾方面：
①對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)；
②逆作法一柱一樁的形式確定，以及一柱一樁在施工期間的各工況的承載力計(jì)算，相鄰柱之間差異沉降的控制；
③逆作法的挖土施工方法及如何提高挖土效率；
④逆作法的地下室柱梁板節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及施工方法；
⑤地下室梁板、柱的支模與澆混凝土方式。
3 本工程逆作法施工
根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)平面布置，其電梯井筒在建筑物的中心，這種結(jié)構(gòu)平面布置也是一般商辦樓結(jié)構(gòu)平面布置較為典型的方式，即外框內(nèi)筒的結(jié)構(gòu)受力形式。電梯內(nèi)筒為剪力墻結(jié)構(gòu)，若剪力墻采用逆作法，必須在其筒體剪力墻布置相當(dāng)?shù)墓こ虡叮⑶以谀孀鞣ㄊ┕み^(guò)程中要進(jìn)行墻體置換法施工。這種方法施工速度受到一定的制約，且技術(shù)措施費(fèi)用較貴。因此，針對(duì)該工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在逆作法設(shè)計(jì)與施工中采取了相關(guān)的技術(shù)措施。
3.1 逆作法總體施工技術(shù)路線(xiàn)
除電梯井筒剪力墻外，其余框架部分地上、地下結(jié)構(gòu)同步逆作施工。在地下室基礎(chǔ)底板封底時(shí)，上部結(jié)構(gòu)施工計(jì)劃施工至5層裙房。
其逆作法工況如圖所示。
上海恒積大廈逆作法施工工況圖
（1）逆作法的柱樁選型
由于逆作法施工需要部分工程樁作為一柱一樁的立柱樁來(lái)承載施工階段的豎向結(jié)構(gòu)荷載，因此當(dāng)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成樁位與樁型后，施工單位應(yīng)根據(jù)以下原則對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程樁進(jìn)行調(diào)整，以滿(mǎn)足工程在進(jìn)行逆作法施工階段的受力需要。
原則一：應(yīng)不改變建筑物的使用功能，如層高、柱網(wǎng)軸線(xiàn)、柱、墻的截面外型尺寸等；
原則二：應(yīng)不削弱原結(jié)構(gòu)樁基的承載力，不改變其合力重心；
原則三：應(yīng)方便逆作法的各項(xiàng)施工工藝，使現(xiàn)有的施工工藝手段基本滿(mǎn)足施工規(guī)范與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的質(zhì)量要求；
原則四：能滿(mǎn)足施工階段各工況的承載力要求，即在各施工工況下，結(jié)構(gòu)有足夠的安全度；
原則五：盡可能不增加或少增加因逆作法而引起的施工成本。
在以上原則下，若主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為鉆孔樁、phc樁等樁型時(shí)，則逆作法施工設(shè)計(jì)盡可能不改變其樁型，一柱一樁的立柱可選用鋼管混凝土柱或鋼格構(gòu)柱。其中鋼管混凝土柱的承載力大，而鋼格構(gòu)柱的柱梁節(jié)點(diǎn)較容易處理（鋼格構(gòu)柱在遇到有主梁處時(shí)其主筋較容易穿過(guò)格構(gòu)柱），因此能較好地滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。
鋼立柱的選用均應(yīng)進(jìn)行施工驗(yàn)算，滿(mǎn)足逆作法施工各工況的承載力。具體選用哪類(lèi)柱型可根據(jù)工程情況而定。
（2）逆作法一柱一樁的平面布置
在軟土地區(qū)，對(duì)主體結(jié)構(gòu)的框架柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一般布置為多樁承臺(tái)，而逆作法施工設(shè)計(jì)一般只利用一根樁，因此在施工設(shè)計(jì)時(shí)可按如下原則進(jìn)行調(diào)整：
原則一：逆作法施工設(shè)計(jì)不改變?cè)Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程樁合力大小。
原則二：逆作法施工設(shè)計(jì)不改變?cè)Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程樁合力重心的平面位置。
依上述原則，若原設(shè)計(jì)承臺(tái)為多樁承臺(tái)，則可以按下列方式調(diào)整多樁承臺(tái)的平面布置。
多樁承臺(tái)調(diào)整示意圖
若為二樁承臺(tái)，則可將原設(shè)計(jì)的樁形作適當(dāng)調(diào)整，加大樁徑或樁長(zhǎng)，改為單樁承載形式；或減小樁徑或樁長(zhǎng)，形成如圖所示的三樁承臺(tái)。
3.2 一柱一樁的選型
一柱一樁可采用φ800鉆孔灌注樁，其上端不采用格構(gòu)柱，直接由φ800樁施工至±0.000標(biāo)高（圖4-2-4），用工程樁兼作為支撐力柱，此種方式費(fèi)用較省，但為保證梁柱節(jié)點(diǎn)處梁的鋼筋布置，其外包柱的截面尺寸較大，往往要達(dá)到1400mm×1400mm。
一柱一樁示意圖
本工程φ800一柱一樁的持力層設(shè)在第⑨層土，根據(jù)靜載試樁，其承載力可達(dá)到12000kn，沉降值僅為24mm，而實(shí)際施工時(shí)只需滿(mǎn)足單樁荷載為7200kn的承載要求（地下4層地上5層），故單樁承載力滿(mǎn)足施工階段的要求，因此最終設(shè)計(jì)采用了這一方法。工程實(shí)施中根據(jù)施工監(jiān)測(cè)結(jié)果，相鄰兩樁（柱）的沉降差不大于6mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求的20mm。
3.3 柱梁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與施工
（1）柱梁節(jié)點(diǎn)
地下室臨時(shí)立柱由于直接采用φ800灌注樁，因此，梁的主筋在節(jié)點(diǎn)處貫通帶來(lái)一定困難。本工程采用了的解決方法見(jiàn)下圖。該方法是在箍筋上加焊連接鋼板，并將梁的縱向鋼筋焊接在連接鋼板上。但這一方法應(yīng)保證梁的縱向鋼筋有一定數(shù)量在柱的節(jié)點(diǎn)處貫通，這也是采用這種方法的外包柱截面尺寸較大的原因。
用灌注樁作臨時(shí)立柱的梁柱節(jié)點(diǎn)示意圖
（2）外包柱的支模及澆混凝土
外包柱的混凝土澆筑可在樓板上留設(shè)φ100澆搗孔進(jìn)行施工。柱子頂部的模板設(shè)置為倒八字形形成柱帽，在模板四周設(shè)置若干振搗器，利用柱帽位置的空間由澆搗孔澆灌外包柱（下圖）。
柱頂預(yù)留澆搗孔
（3）逆作法梁板模板施工方法
逆作法的地下室梁板結(jié)構(gòu)模板的支模形式，若采用常用的主次梁結(jié)構(gòu)形式，施工模板比較復(fù)雜。因此，本工程施工單位提議，采用了密肋板的形式。其密肋板的受力性能與經(jīng)濟(jì)性比主次梁板形式更好，而且密肋板的高度較小，本工程設(shè)計(jì)為500mm，而梁板結(jié)構(gòu)一般梁的高度要達(dá)700～800mm，因此采用密肋板結(jié)構(gòu)的地下室樓層凈空高度可增加200～300mm。這給地下室的電纜橋架、消防管道等布置提供了方便。另外，密肋板的支模材料為塑料殼而非木材，因此以環(huán)保角度來(lái)看，更加綠色環(huán)保。本工程密肋板支模方法見(jiàn)下圖。
逆作法密肋梁板支模方法
從以上看，在“逆作法”施工中，密肋樓板比一般主次梁板施工更加方便，而且地下室挖土因支撐而超挖的深度更小，因此對(duì)基坑圍護(hù)墻的變形控制效果更好。
（4）逆作法的挖土方法
基坑的挖土方法是逆作法施工工藝的關(guān)鍵技術(shù)之一，尤其是上、下結(jié)構(gòu)同步施工時(shí)，由于上部結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)軸線(xiàn)一般為8～10m，層高在5～6m，因此若采用傳統(tǒng)的液壓挖土機(jī)或鋼索抓斗挖土機(jī)在±0.00板上垂直取土的方法，因其把桿高度及把桿的回轉(zhuǎn)半徑遠(yuǎn)超過(guò)柱網(wǎng)軸線(xiàn)，該方法會(huì)影響逆作法的上部結(jié)構(gòu)施工。為此恒積大廈的逆作法挖土方法首次研制專(zhuān)用提升土方的機(jī)械——專(zhuān)用取土架（下圖）。專(zhuān)用取土架設(shè)置在取土口上方，其高度滿(mǎn)足土方運(yùn)輸車(chē)輛和土斗作業(yè)高度，取土架上方架設(shè)行車(chē)軌道，鋼索抓斗通過(guò)滑車(chē)組可在行車(chē)軌道開(kāi)行。抓斗的上、下運(yùn)動(dòng)和挖土、卸土作業(yè)通過(guò)鋼索控制，而水平向則可沿行車(chē)軌道開(kāi)行
取土架挖土方法示意圖
4 實(shí)施效果
4.1 對(duì)周邊環(huán)境的影響
由于采用逆作法，本工程在整個(gè)施工期間西藏南路及淮海東路的地下管線(xiàn)的位移（沉降）在10mm左右，桃源小區(qū)臨近基坑一側(cè)的煤氣管位移小于10mm，桃源路對(duì)面的二層民居（磚木結(jié)構(gòu)）房屋無(wú)明顯沉降。逆作法施工對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。
4.2 施工工期
1994年11月1日至1995年4月30日，基坑圍護(hù)墻、工程樁施工（約6個(gè)月）
1995年5月1日至1995年10月5日，地下4層、地上5層主體結(jié)構(gòu)施工（約5個(gè)月）
1995年10月6日至1996年5月10日，地上22層主體結(jié)構(gòu)全部施工完成（約7個(gè)月）
1996年5月11日至1996年10月15日，二結(jié)構(gòu)、裝飾施工（約5個(gè)月）
從以上工程實(shí)施情況來(lái)看，滿(mǎn)足了24個(gè)月總工期的要求，尤其是地下四層與地上五層裙樓施工的逆作法施工僅用了5個(gè)月的工期，體現(xiàn)了逆作法施工的優(yōu)越性。
4.3 經(jīng)濟(jì)方面
在施工措施費(fèi)用上，由于采用地下室樓板作為水平支撐，替代基坑順作法的四道水平支撐，其節(jié)省費(fèi)用測(cè)算為：
4000m²（基坑面積）×4（道支撐）×400元/道•m²= 640萬(wàn)元
扣除逆作法措施費(fèi)等320萬(wàn)元左右，實(shí)際節(jié)約約320萬(wàn)元。
4.4 社會(huì)效益
通過(guò)本工程的逆作法施工不僅在環(huán)境保護(hù)方面取得良好的社會(huì)效益。同時(shí)，在當(dāng)時(shí)的施工條件下，創(chuàng)立了一系列新的施工工藝，為以后逆作法的推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。
其中“逆作法挖土技術(shù)”、“逆作法支模方法”、“逆作法柱梁節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與施工”、“逆作法一柱一樁施工方法與質(zhì)量控制”等施工技術(shù)經(jīng)以后多項(xiàng)工程的應(yīng)用，逐漸發(fā)展，日趨成熟與完善。
5 工程模擬分析
5.1 計(jì)算模型說(shuō)明
以下介紹本工程地下室三、四層頂板的計(jì)算。有關(guān)計(jì)算參數(shù)和計(jì)算模型如下：
荷載：土壓力500 kn/m，樓面施工荷載2.0 kpa。
柱截面為φ800灌注樁，長(zhǎng)度為8 m，柱底假定為鉸接。
假定基坑周邊地下連續(xù)墻為800mm×3000mm的邊梁。
計(jì)算模型
5.2 計(jì)算結(jié)果
板xy平面變形
（50kn/m水平土圍壓荷載，最大值4.63mm）
板z豎向變形
（2 kn/m²等效施工荷載，最大值-3.95mm）
板單元x方向軸向應(yīng)力
（最大值-10.15 n/mm²）
板單元y方向軸向應(yīng)力
（最大值-13.14 n/mm²）
板單元最大有效應(yīng)力
（最大值17.61 n/mm²）