一、工程概况
1.1 引言随着国民经济的飞速发展，地下空间开发已成为城市发展的热点之一，逆作法施工在上海等其他城市建设工程中已得到大量应用。建筑深基坑逆作法是指地面以下各层梁柱、板等结构自上而下或上下同步施工，以往的逆作法施工，一般都采用以地下连续墙做围护结构，又做地下室外墙的二墙合一形式，工艺较为成熟，但为了有效地降低工程投资，建设单位和设计又会在综合考虑基坑技术经济社会等综合因素后，在围护体系的设计中放弃造价昂贵的地下连续墙围护体系，选择更为经济的排桩围护体系。
1.2 工程概况
1.2.1建筑结构概况
本工程为慈溪市工业品批发市场二期（慈溪财富中心）工程，位于浙江慈溪市工业品批发市场一期南侧，西靠新城大道，北临329国道，与市行政中心隔路相望。本工程总用地面积约24339㎡，总建筑面积197856㎡，主要由五幢30层高层住宅组成，底部通过5层商业用裙房连成整体，三层地下室用于地下车库和设备机房。建成后的财富中心将是一座集购物、休闲、娱乐、餐饮、居住、商务办公等多项功能于一身塑料排水板施工原理的中心区高档商住综合体。
1.2.2周边环境
工程地处慈溪市市中心，周边环境比较复杂，东侧红线外为长春幼儿园；南侧紧邻励家路；西侧与新城大道相邻；北侧和西北侧为慈溪市工业品批发市场(距离基坑最近为8m)，分别为三层和四层混凝土结构；东北侧为砖混二~三层的民宅。
1.2.3水文地质条件
场地地处第四纪滨海淤积平原，基坑开挖深度范围内所涉及土层主要为1-0、1-1、2-1、2-2、2-3层土，基底设置于2-3层泥质粉质粘土中，开挖深度范围内地基土性质总体较差，淤泥质粉质粘土强度低，易于流变，开挖时易产生蠕变和侧向变形，2-1层中的粉土夹层和2-2层粉土通过局部与地表水体的联系可能会产生较大涌水量。坑底以下的5层土为冲糊相对较硬粘性土，物理力学性质较好，宜作为围护结构桩端嵌固层使用，7层土由7-1层中细砂、7-2层粉质粘土和7-3层粘土协力组成，9-3层为上侏罗统大爽组中风化火山沉积岩，岩性以青灰杂灰棕色、含砾凝灰质结构、岩质较硬的角砾凝灰岩为主。
二、工程难点与施工特点分析
2.1超深基坑逆作法施工采用排桩围护体系，无类似工程经验借鉴
本工程支护结构采用以钻孔灌注桩+水泥土搅拌桩围护墙，梁板为水平支撑的逆作法施工方法。目前采用钻孔灌注桩排桩围护的逆作法一般用于地下二层的基坑工程中，本工程是首次在地下三层的基坑中采用排桩围护的逆作法施工工程（基坑开挖深度为13.25m），没有类似工程案例，缺乏施工经验。以往的逆作法施工，一般都采用以地下连续墙围护结构并兼作地下室外墙的两墙合一形式，施工工艺较为成熟。而本工程的超深基坑施工则采用钻孔灌注桩作为围护的挡土结构，如何解决围护墙与外墙结构连接节点的防水及结构水平传力是面临的问题与难点，还需要在实践中探索。
2.2本工程周边环境复杂，安全文明施工要求高
本工程地处慈溪中心城区，场地西北两侧紧邻工业品批发市场(最小距离仅8m左右)，东南两侧与群丰村民宅、幼儿园及农贸市场也仅有一路之隔，本工程的基坑属于一级基坑，环境保护要求非常高。采用逆作法确保了基坑变形相对较小，而且下部结构在顶板封闭后进行，工程施工噪音、光污染、扬尘污染等对周边居民的影响相对比较小。通过非常严格的施工技术和管理措施，满足了中心城区对安全文明施工的要求。
2.3施工场地非常狭窄，施工部署难度大
本基坑地下室外墙距围墙较近(北侧仅为2.8m)，基坑外侧道路无法环通，施工场地极为狭小，基本的施工设备、操作空间都很难布置，各阶段的施工作业如何合理利用B0板作为车辆行走场地，因地制宜排布取土口、行车路线及材料堆场是逆作法施工平面布署的关键，也是充分体现逆作法工艺优越所在。
三、地下结构设计方案
3.1排桩围护体系
3.1.1钻孔灌注桩
围护钻孔灌注桩共481根，为桩径Ф1000mm@1200钻孔灌注桩，混凝土为水下C30。桩长基本为28m，钻孔灌注桩钢筋全长配置，主筋采用26Φ28HRB400级钢筋，桩下住宅地基下沉处理方法部5m处配筋为13Φ28，混凝土强度为水下C30。
3.1.2止水帷幕
止水帷幕采用3Φ850@1200单排三轴水泥土搅拌桩，整圆套打，桩长23m。三轴搅拌桩水泥为普通硅酸盐水泥#42.5，水泥掺量（即消耗水泥重量和被加固土体重量的百分比）20%，土体容重统一取18KN/m3,水灰比1.5。
3.1.3高压旋喷桩和坑内加固
灌注桩和搅拌桩止水帷幕之间采用旋喷桩封闭，旋喷桩采用二重管工艺施工。旋喷桩直径800mm，桩长约为14m。水泥掺量350kg/m。旋喷桩桩位偏差不大于50mm，垂直度偏差不大于1/200。基坑北侧、西侧由于承台挖深较深以及部分电梯深坑，均采用∅800@600旋喷桩加固。
3.2水平支承体系
本工程利用主体结构B0、B1和B2板作为支护结构的第一、第二和第三道水平支撑系统。B0板为梁板结构，框架梁截面为400×700和500×1000，板厚为250mm。B1和B2板框架梁截面为400×700和250×500，板厚为150mm，混凝土强度等级为C40。
为了让施工有足够的作业场地，设计利用B0板在施工期间作为施工作业平台，允许挖土机械和土方车辆在顶板上开行，但需在设计均布荷载和集中荷载的允许范围之内，保证主体结构的安全。设计B0板荷载不大于25kN/m，土方车辆载重限额为20t。第二、三道逆作B1、B2板的施工荷载不大于2.5kN/m，施工车辆开行路线按照施工方案确定。结构设计为消防车道处可利用原结构板，其承载力满足施工要求，其他不满足部分则对B0板进行加固，形成挖土车辆开行回车通道。
3.3竖向支承体系
逆作施工竖向支撑构件采用一柱一桩（即钢格构柱和立柱下钻孔灌注桩），立柱的平面布置与主体结构设计相结合，位于纵横轴线相交处，钢格构柱截面为550×550，钢料为Q345B，角钢为180×180×18，立柱桩利用Φ1000工程桩，对Φ800的工程桩采用上端3m范围扩径的方法。立柱桩的垂直度设计要求偏差均控制在1/300以内。
四、排桩围护超深基坑逆作法核心施工技术
4.1整体施工方案
工程采用钻孔灌注桩+结构梁板替代水平支撑+主楼顺做+裙楼逆作的施工方法，即在基坑开挖阶段采用钻孔灌注桩档土结合外侧三轴水泥土搅拌桩止水、中间高压旋喷桩注浆作为基坑围护体；结构梁板作为水平支撑，通过在钻孔灌注桩和外墙首层结构设置混凝土支撑、地下层结构设置混凝土板带撑形成水平传力体系；一柱一桩作为基坑的竖向支撑体系，一柱一桩的钢格构柱在顺做阶段外包混凝土形成永久的结构柱；裙楼地下各层水平结构采用由上而下的逆作施工方法，待大底板浇捣完成后，南北侧主楼采用由下而上顺做的施工方法。
4.2 施工平面布署
基坑成L字型布置，东西向最长为150多米，南北向基本为140m，为便于控制基坑暴露时间和人力、物力的翻转流水，根据原结构后浇带划分共分为9个流水搭接段，其中南北侧主楼顺作区域作为主要取土口。
出土口根据结构设计及现场分区平均布置，应着重考虑每个取土口面积同时兼顾B0板交通组织布置。本工程利用南北侧主楼及电梯井、高跨区域做为取土口，每个取土口面积基本根据柱网间距控制在8m×8m，挖土机械取土区域为600~1000m2，考虑到土层条件及挖机臂长作业半径，取土口布置间距为25m~40m。
由于场地狭小，首层板同时作为施工车辆行走及材料堆场(施工荷载按2.5t/m2考虑)，施工道路在布置时应确保通畅并形成环路。B0板完成后设置定型化工具围档并标明车辆行走指示方向，对于B0板高低板差处按1:8设置混凝土坡道，西侧大门降板区域则通过现浇临时混凝土板确保周边场地和B0板的有效连接。
上部结构开始施工后，由于西侧主楼为剪力墙结构，则主要利用南侧降板区域作为裙房阶段主要行车路线，裙房内柱距基本为真空保温管道8.6m×8.6m，施工车辆按指定路线在裙房B0板上行走。
4.3井点降水施工
根据工程勘察资料及降水试验，预计在每250平方米中需设置一口降水井。施工现场面积约为18000平方米，扣除可能土体加固位置，并考虑到降水井的损耗以及在布置降水井时需避开洞口和立柱，共在基坑内布置71口深井，本工程无需降承压水。
在深井中用真空聚水，深井水泵抽水达到基坑降水和土体排水固结的目的，使基坑内被动土压力增强，减少围护墙的根部位移，为基坑开挖创造有利条件，提高降水效率，尤其是前期降水的效率，增加围护墙内侧土体侧向压力，在井管上设置上、下双滤头，确保降水标高达到基坑底标高0.5m以下。
4.4土方开挖
本工程采用南北主楼顺作，裙楼逆作的方法进行施工。逆作法施工取土口的合理布置对挖进度来说尤为重要，在基坑土方开挖阶段，利用南北侧主楼开孔顺作区域布置混凝土支撑做为主要取土口，并利用结构楼梯、电梯井、高跨区域共计10处作为逆作法暗挖土阶段的取土口。每层土方开挖由北向南依次进行，并在南北侧预留10m盆边土，东西方向土方盆式、分块、对称开挖，盆边留土按分区、分块、对称、平衡原则进行抽条开挖并及时浇捣混凝土垫层。
工况一：盆式放坡大开挖第一皮土。
由北向南明挖第一皮土至B0板向下1.5m(-2.15m)，北侧靠近商都按1：2分两级放坡并预留10m盆边土，盆式开挖至标高后随即分块浇捣混凝土垫层。
工况二：施工B0板，形成第一道支撑体系。
垫层达到一定强度后搭设1.5m短排架，施工首层B0板结构，高层区域支撑直接在垫层上进行底模铺设，地下室外墙和围护桩之间用混凝土支撑连接。
工况三：盆式暗挖第二皮土。
待B0板结构达到设计强度80%拆模后进行第二层土的暗挖作业，南北侧的10米范围边坡土按1:1.5分两级放坡至-7.1m，再根据总体流程由北向南开盆式开挖至B0板向下1.5（即-7.10m），该层土采取小挖机将土方翻运至各取土口，再由长臂挖机从取土口掏土，直接装车运出场外，随即进行150厚垫层施工。
工况四：施工B1板，在基坑内形成第二道支撑体系。
垫层混凝土达到一定强度后搭设短排架施工B1板及高层区域第二层砼支撑结构，板块顺序由北向南，施工顺序：B1-1区→B1-9区，地下室外墙与围护灌注桩用板带撑连接，形成基坑内的第二道水平支撑系统。
工况五：待B1板达到设计强度80%后进行第三层土的开挖，基坑四周的10米范围边坡按1：1.5分两级放坡至-10.70m，中心区域由-7.10m开挖至B2板向下1.5m（即-10.70m），浇捣150厚垫层施工。
工况六：施工B2板结构及高层区域第三层砼支撑，施工顺序同样由北向南进行，形成第三道水平支撑；
工况七：南北高层区域暗挖至底板底标高-13.25m，分区施工垫层及底板。
工况八：顺做永久结构的竖向支承系统，分层拆除高层明挖区域各层支撑，并施工高层区域结构；
工况九：封闭B0临时开洞区域，并凿除B0、B1、B2板临时封闭洞口；
4.5 一柱一桩调垂技术
本工程由于主体结构柱截面较小，一柱一桩垂直度控制要求较高，故采用校正架及测斜管调垂法进行垂直度调整。本系统分为两个主要部分，一个是校正架机械调控装置，另一个是测斜仪。
4.6节点处理技术
4.6.1梁柱节点加腋
由于框架柱截面尺寸为850×处理地基的方法;850,格构柱尺寸为550×550，框架梁钢筋无法正常穿过格构柱，采取柱边按1：6加腋措施进行施工。当框架梁施工在电梯井和楼梯等位置受尺寸限制而不允许进行加腋处理时，施工时可适当对格构柱角钢或缀板作开孔处理供钢筋穿过。
4.6.2梁高低跨加腋
由于B0板结构梁板各处高差较多，为保证结构楼板的水平传力，采取不同标高梁高低跨加腋措施进行施工。
4.6.3倒置埋件
本工程有部分框架柱为异形柱，梁柱节点内钢筋无法按常规1:6加腋方法顺利穿过格构柱，采取柱顶设置倒置埋件的方法，倒置埋件采用Ø28钢筋和10mm钢板穿孔塞焊完成，在实际施工过程中得到了较好的效果。
4.6.4边跨框架梁与围护墙的连接
水平结构与两墙合一地下连续墙等围护墙体的连接，根据结构的实际情况主要采用铰接接头等形式，如预埋钢筋接驳器和预埋钢筋连接等形式。而水平结构与临时围护体的连接，常规逆作施工地下各层结构的边跨位置须内退结构外墙一定距离，逆作施工结束后，结构外墙和相邻的结构梁板一道浇筑，而本工程水平结构和外部围护体的连接体在各层梁板施工时一次性完成，实用性较高。
地下室外墙距离围护桩为80cm，将每层外墙暗梁进行了加强处理，逆作施工阶段，围护和首层结构通过混凝土支撑、围护和地下层结构通过砼板带撑连接以传递水平支撑力。
4.6.5框加柱、剪力墙钢筋连接
本工程在一柱一桩垂直度施工精度较高的前提下，采用一种全新的插筋方式，即在施工首层结构板时先预留一段向下的柱钢筋，施工第二层结构板时，设置一根通长钢筋，上用接驳器连接首层板的预留柱钢筋，同时再向下预留下一层的柱钢筋，此方法相比于传统的逆作法插筋工艺，不仅节约了钢筋原材料，减少了施工工序，提高了施工效率，同时也对施工质量有着明显的提升。
由于围护墙和结构外墙两墙分开，逆作的施工工艺要求结构外墙只能顺作施工，在外墙内退一定距离(一般L≥1.7m)沿外墙每跨设置临时格构柱。外墙在结构层暗梁随各层结构在逆作阶段完成，并在暗梁上下20cm高度内预埋止水钢板，待底板完成后再逐层上向顺做各层外墙墙体结构。
4.6.6框架柱、剪力墙模板支设
4.7逆作法施工通风、照明技术
由于逆作施工采用从上而下的施工方法，为确保工人的正常生产和有一个良好的工作环境，为此在施工时对照明和通风要求较高。慈溪财富中心采用灌注桩挡土，梁板作为水平支撑的逆作法施工，围护边梁和灌注桩之间有2～3米的空挡，再加上留设的多处取土口，相比采用地下连续墙逆作法施工，整个基坑施工的环境较好。地下一层挖土和结构施工时基本可不用通风设备。当地下二层和三层挖土时，由于挖机产生的废气量大且距离首层楼板较高，废气难以排出，为此在各操作面需安装6只大功率轴流风扇用于排风，使地下地上空气形成对流，保持空气新鲜，确保施工人员的身体健康。
地下施工照明采用防暴，防潮，亮度大的照明灯具，在各层楼板施工时，根据本工程柱距8.5×8.5米的条件，在每一跨内预埋PVC管，待各层楼板混凝土达到设计强度开始暗挖地下一层土方时，随着挖土方向灯具及时跟进安装。
五、逆作法实施效果
5.1监测效果评价
在基坑开挖前，我们对围护侧向位移、墙顶水平位移及沉降进行了观测，并在基坑外侧布置建筑物、地下管线和地表沉降监测点，并根据监测单位提供的监测数据：
(1)开挖至坑底时基坑围护体的最大水平位移值仅为23mm；
(2)周边建筑物、管线及路面未发生任何事故，未发生任何投诉和纠纷；
5.2社会经济效益分析
慈溪财富中心基坑采用了钻孔灌注桩+结构梁板替代水平支撑+主楼顺做+裙楼逆做的施工方法，整个工程地下三层，基坑面积达1.8万m2，整个建筑面积近20万m2,基坑平均开挖深度约为14m。在中心城区采取逆作法施工，避免基坑卸载变形过大而导致周边环境的破坏；利用B0板作为施工场地，克服了施工场地极其狭窄的障碍；同时相对封闭的环境下进行施工，极大程度上减少了光、尘和噪音污染对周边环境的影响，在真正意义做到施工不扰民，取得了良好的社会效益。
慈溪财富中心工程打破了传统采用地下连续墙施工的方法(以往排桩围护最多使用在地下两层结构)，采用钻孔灌注排桩作为围护，相比地下连续墙可节约500余万元；结构梁板代替临时支撑，可大量减少支撑费用(本工程相比顺作节约临时支撑费用约750余万元)，同时避免了顺作支撑拆除、爆破对周边环境的影响；利用格构柱给结构起到加劲作用，从而减小结构断面尺寸，节约直接工程费
慈溪财富中心工程采用逆作法，提高了地下工程的安全性，大大节约工程造价，缩短施工工期，有效地防止周围建筑物沉降，实现了绿色施工，充分地体现了逆作法工艺优势，取得了良好社会经济效益。
