深基坑逆作法施工技术应用现状与展望_张晋勋_廖秋林

施工技术

CONSTＲUCTION TECHNOLOGY

1

DOI ：10.7672/sgjs2014070001

深基坑逆作法施工技术应用现状与展望

张晋勋，

廖秋林（北京城建集团，北京100088）

［摘要］介绍了逆作法施工的国内外现状以及逆作法的原理和主要施工方法。从降水与止水技术，土体加固技术，土方运输，邻近建筑物保护，地下连续墙施工，中间支承柱、桩施工，监测等方面对逆作法施工关键技术进行了详细介绍。最后介绍了逆作法技术的最新进展并进行了展望。［关键词］深基坑；逆作法；应用现状；施工技术；监测［中图分类号］TU753

［文献标识码］A

［文章编号］1002-

8498（2014）07-0001-04Application Status and Prospect of Top-down Method

in Deep Foundation Excavation Construction

Zhang Jinxun ，Liao Qiulin

（Beijing Urban Construction Group Co．，Ltd．，Beijing 100088，China ）

Abstract ：This paper introduced application status of top-down method in China and abroad ，as well as its principle and main construction technology．Key technologies are introduced in detail from dewatering and water stopping technology ，soil transportation ，adjacent building protection ，diaphragm wall construction ，construction of the middle column and pile ，monitoring and so on．At last ，this paper expounded the latest development of the top-down method and prospect．

Key words ：deep foundation excavation ；top-down method ；application status ；construction ；monitoring *国家科技支撑计划子课题（2008BAJ06B02-2）；国家自然科学基金资助项目（40702052）［作者简介］张晋勋，总工程师，E-mail ：jinxun8100@aliyun．com ［收稿日期］2014-03-12

引言

逆作法是随着国内城市化进程与老城区改造

逐渐发展起来的深基坑支护与地下施工的新技术，在高层建筑多层地下室和其他多层地下结构施工，解决城市高楼密集区内进行基坑作业的安全问题、缩短工程工期、降低施工临时支护成本与最大化单位土地的经济利益等方面有明显的效果，因此逆作法在建筑施工中越来越得到广泛应用。

随着国内施工建设不断发展，大中城市中心区城市用地越来越紧张，在城市中心区高层建筑与地下轨道、市政管线密集分布区域的旧楼改造或新建工程深基坑的安全性及其基坑工程施工对对周围环境的影响成为这类建筑施工的瓶颈问题；而逆作法施工正是妥善解决这类问题的有效施工方法。目前，北京、上海、南京、广州、天津和杭州等许多大中型城市的多个大型工程都已经或正在采用逆作

法施工［1］

。从更广泛的国内建筑领域来讲，国内逆

作法施工技术的发展经历了20余年，在地下连续墙施工、土方开挖与水平结构受力转换、竖向桩柱施工以及防水等施工技术方面取得了许多突破性进展，但仍存在诸多问题。1

逆作法施工国内外现状

逆作法工艺概念是日本1935年首次提出的，并先后施工了地下商场、地铁等地下工程。随着逆作法地下连续墙施工机械、中间立柱施工工艺、逆作结构施工方法等不断完善，越来越多地应用到地铁、隧道、地下车库、地下室、大型地下商场以及大型污水处理池等地下结构。国际上，日本、德国和英国等在逆作法设计理论和施工工艺方面起步较早，成功的施工案例也较多。例如，日本东京八重

洲地下街，共3层，建筑面积7万m 2

；英国伦敦

Aldersgate Street basement 工程地下7层；莫斯科切尔坦沃住宅小区地下商业街，深达70 100m ；德国慕尼尔斯广场综合体，地下6层。日本读卖新闻社大楼地上9层、地下6层，采用逆作法施工，总工期22个月，与传统施工方法相比工期缩短6个月。

随着国内大中城市中心区城市用地越来越紧张，在城市中心区高层建筑与地下轨道、市政管线密集分布区域的旧楼改造或新建工程深基坑的安全性及其基坑工程施工对周围环境的影响成为这类建筑施工的瓶颈问题，而逆作法施工正是妥善解决这类问题的有效施工方法。上海世博会500kV 输变电工程深达34m（局部38m）、基坑面积13000多m2；上海由由国际广场工程基坑面积达30000m2，深10m；上海地铁1号线陕西路车站深14.24m、地下2层、基坑面积4000m2；上海合流污水治理主泵房地下直径63m的圆井；上海明天广场58层，地下3层；广州新中国大厦地上43层，地下5层；南京德基广场二期工程基坑面积16000m2，地上8层，地下5层同步施工等，都成功地应用了逆作法。逆作法施工技术经历了半个多世纪的应用与发展，已经成为较为成熟的一种建筑施工技术。在我国城市化的高速发展与城区高层建筑施工中的应用越来越重要。

2逆作法原理与主要施工方法

逆作法作为一种较为新型的施工工法，其核心理念是指地面（或地下某层）以下各层地下室采用自上而下的施工顺序，借助地下室楼板结构与竖向支撑结构形成框架结构的水平刚度和抗压强度对基坑产生支护作用，保证基坑的土方开挖。逆作法的工艺原理是：先沿建筑物地下室边轴线或周围（地下连续墙等只用作支护结构）施工地下连续墙、支护桩或其他支护结构，并在建筑物内部的相应位置设置中间支撑柱和桩等竖向结构；然后施工地面（或地下某层）的梁板结构，与先前施工的竖向结构形成稳定的框架结构作为基坑围护结构的第1道水平支撑体系，随后向下进行第1层土方开挖、施作地下室结构；如此重复，逐层向下开挖土方和施工地下各层结构，直至底板封底。同时，由于首层结构已完成，为上部结构施工创造了条件，因此在向下施工的同时可以向上逐层进行地上结构的施工。

逆作法施工根据工程所处地层地质条件与围护结构的支撑方式总体分为全逆作法和半逆作法两大类。全逆作法是自首先浇筑的楼板向下自上至下进行逐层开挖土方、施作楼板结构，同时以首先浇筑的楼板同步向上进行上部结构（或部分地下结构）施工；上部结构施工层数则根据竖向结构的布置和承载力、地下结构状况、上部结构荷载等综合确定。半逆作法则只是自首先浇筑的楼板向下自上至下进行逐层开挖土方、施作楼板结构，待地下结构全部完成后再施工上部结构；在软土地层中使用较多。此外，基于上述两种逆作法并结合不同工程特点还有部分逆作法、盆状开挖逆作法、分层逆作法等［3］。

除上述几种逆作法施工工艺外，还有部分顺作、部分逆作法；土方盆状开挖逆作法；土方抽条开挖逆作法以及考虑时空效应的逆作法等［3，4］。其关键与辅助施工技术主要有降水、竖向支撑桩柱施工技术、地下连续墙施工技术、逆作结构防水技术、土体加固、土方开挖方法、与周边建（构）筑物隔离技术、监测技术与信息化施工等。逆作法的核心技术指标主要为地下逆作层数与深度、竖向支撑桩柱垂直度；此外，地下连续墙埋深、土体加固技术以及降水等关键与辅助施工技术也形成了其各单项核心技术指标。

3逆作法施工关键技术

3.1降水与止水技术

基于施工需求的逆作法基坑地下水控制不仅仅要满足基坑干槽作业的降水或止水，更多是在综合考虑环境与施工友好协作的地下水控制，包括抽排疏干降水、抽排控制性降水、止水帷幕等。

当地下结构处于富水地层中，且地层的渗透性较好，应首选降低地下水位法达到稳定围岩、提高支护安全的目的。逆作法地下工程降水主要有明沟加集水井、轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点等等。通常采用的方法是管井降水，其优点是排水量大、降水深度大、降水范围大等，对于砂砾层等渗透系数很大且透水层厚度大的场地最为适宜；适用的土层渗透系数为10 250m/d、降低水位深度可＞15m，还可用于降低承压水。明沟加集水井等其他几种降水方法常作为辅助性手段用于逆作法地下工程施工中。

逆作法施工中，多采取基坑外围降水、坑内疏干（减压）结合的方式控制地下水位。当采用降水方案不能满足要求或地下水降水受时，应在开挖前进行帷幕止水等地下水截渗，主要方法有地下连续墙、高压旋喷桩止水、SMW工法桩止水、帷幕注浆止水等。帷幕止水主要用于逆作法施工中，尤其是地下连续墙在逆作法施工中可做止水、围护、结构外墙等多种功能，使用较为广泛。地下连续墙土壤的适应范围很广，在软弱的冲积层、中硬地层、密实的砂砾层以及岩石的地基中都可施工；墙体刚度大，用于基坑开挖时，可承受很大的土压力，极少发生地基沉降或塌方事故。高压喷射注浆法可分别采用单管法、二管法和三管法，加固体形状可分为圆柱状、扇形块状、壁状和板状，适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。“SMW”工法2014No．7张晋勋等：深基坑逆作法施工技术应用现状与展望3

是在水泥土搅拌桩内插入H型钢或其他种类的劲性材料，从而增加水泥土桩抗弯、抗剪能力，并具备较好抗渗能力的基坑围护施工方法；施工周期短，工程造价低、抗渗能力较强。

3.2土体加固技术

逆作法基坑多临近既有建（构）筑物，因此局部的土层加固是确保基坑自身及临近建筑安全的主要措施。土体加固技术主要是通过改良土体自身结构以提高土体自身强度与稳定性，是逆作法中经常采用的辅助施工技术。目前采用的土体加固技术主要有注浆法、旋喷注浆法、冷冻法等。

注浆法一般从地面对土体进行垂直预注浆加固，主要有静压注浆、劈裂注浆以及化学注浆，分别适用于砂卵石、砂层以及淤泥质土层等不同孔隙率的地层；从注浆方式上分深孔前进式和后退式注浆技术。在注浆材料方面，除一般水泥浆、改性水玻璃浆液外，还有一些膨胀性的浆液，如TGＲM浆液、无收缩浆液、WSS浆液以及超细水泥浆、MS浆液等。

旋喷桩法就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入（或置入）至土层预定的深度后，以20 40MPa 的压力把浆液或水从喷嘴中喷射出来，破坏土体原有结构并使之与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小，有规律地重新排列，混合凝结成加固体，从而达到加固土体的目的。高压旋喷桩法根据施工方法分为单管法、二重管法、三重管法和多重管法，其加固形状可分为柱状、壁状和块状。高压喷射注浆法除能强化地基之外，还有防水防渗的作用，可用于深基坑地下工程的支挡和护底、筑造地下防水帷幕。

冻结技术源于天然冻结现象，人类首次成功地使用人工制冷加固土壤是在1862年英国威尔士的建筑基础施工中，1880年德国工程师F．H．Poetch 首先提出人工冻结法原理，并于1883年在德国阿尔巴里煤矿成功地采用冻结法建造井筒。人工冻结法是利用人工制冷技术，将低温冷媒送入地层，把要开挖体周围的地层冻结成封闭的连续冻土墙，以抵抗地压、并隔绝地下水开挖体之间的联系，然后在这封闭的连续冻土墙的保护下，进行开挖和做永久支护的一种殊地层加固方法。

3.3土方地下水平运输与垂直提升

与明挖法基坑马道运输的土方运输方式不同，逆作法工程土方需解决地下水平运输与垂直运输提升问题，土方运输是施工效率的关键。逆作法作业中，土方开挖则以机械开挖为主、人工配合为辅，地下土方水平运输主要有推土机、手扶三轮车等，特殊条件下也可结合结构预留洞口设置马道解决部分土方运输问题。

垂直运输多通过预留取土口进行垂直提升；提升设备主要为设置于洞口或竖井的提升架与电动葫芦、抓斗，根据竖井或洞口条件也可利用伸缩臂抓斗、长臂挖机进行土方垂直提升，伸缩臂抓斗作业效率最高。

需要指出，大型基坑逆作法工程中有不少采用主楼顺作、裙楼逆作或是部分逆作法施工，因此，这类工程可充分利用顺作基坑部分设置马道进行土方运输，或者利用已施作的顺作基坑垂直提升土方。

3.4近接建（构）筑物隔离与保护技术

地下空间结构施工不可避免地与房屋、厂房及其基础等建筑物与道路、管道、地铁、铁路等构筑物临近、旁穿或下穿、上穿等，即近接建（构）筑物。为确保地下空间工程自身的施工安全与近接建（构）筑物的安全，一般采取隔离或保护等方式进行科学处置。近接建（构）筑物的施工首先应详细调查工程条件、地质条件、既有结构物现况与安全要求，在调查的基础上进行分析与预测、制定防护措施与实施方案；施工过程中通过监控量测反馈指导施工而确保既有结构物的安全。

近接建（构）筑物的施工措施主要有隔离、悬吊保护、基础加固、临时支顶等。隔离措施主要是在新建地下空间结构与既有结构净距的空间范围内进行土注浆加固或设置隔离桩、旋喷桩等。悬吊保护主要用于逆作法基坑工程范围内或暗挖下穿的管线所采取的临时保护措施。基础加固主要用于暗挖法中暗挖下穿房屋、桥梁等建筑物基础时所采取的注浆加固、基础托换等措施。

3.5地下连续墙施工技术

地下连续墙是逆作法基坑中最为常用的围护结构，往往兼作地下室结构外墙并起到基坑止水结构的作用。地下连续墙施工的成槽、接头处理、加工与吊装钢筋笼和混凝土浇筑构成了其施工过程的关键技术环节。成槽施工的设备选型与泥浆质量控制技术是重点，针对土层或岩层应采用不同设备，目前使用较多的是上海金泰SG30重型成槽机（土层成槽）设备和BAUEＲ-CBC25/MBC3铣槽机（岩层成槽）；泥浆多以带有泥浆循环系统以及废浆处理系统的泥浆系统进行泥浆质量的全过程控制。槽段接头处理以柔性圆形锁口管和十字（或井字）钢板为主，十字（或井字）钢板因其防渗性能更优应用越来越广泛。通过钢筋笼制作平台、精细放样、安装钢筋笼定位垫板等措施确保了钢筋笼及有关逆作法数量多且形式复杂的预埋件的加工与安装精度，作为结构外墙时，其楼板钢筋接驳器预埋的4施工技术第43卷

定位精度与成品保护显得尤为重要。此外，槽段接头多采用高压旋喷桩的止水封堵、超长钢筋笼双机抬吊的吊装技术以及成槽垂直度的超声波检测等，从不同角度保证了地下连续墙施工质量。

3.6中间支承柱、桩施工

逆作法地下结构的竖向桩、柱作为地下室结构的一部分，将上部结构的荷载传给地下室底板；施工过程中，竖向中间支承桩、柱还需承受地上和地下各层结构的自重和施工荷载。因此，逆作法工程的竖向支承桩、柱需在结构施工前完成，无法与楼板结构同步施工；尤其是逆作范围（地下室结构）支承柱的施工与桩施工相结合，即在工程桩施工的同时安装支承柱。逆作竖向支承桩、柱施工主要有先桩后柱、桩柱一体化施工两种方式；目前以桩柱一体化施工为主。围绕桩柱一体化施工从高精度超声波检测控制桩孔垂直度、柱体垂直度实时监测仪器与纠偏、以及桩柱混凝土连续浇筑技术等取得许多突破，确保了中间支承柱的垂直度与施工质量。

3.7监测技术

地下工程施工监测是地下空间工程施工的重要组成部分，通过施工监测随时修正设计与施工参数，以确保安全。监测的项目与内容一般包括地表沉降、周围建（构）筑物变形、管线沉降、基坑围护结构倾斜变形、隧道拱顶沉降与收敛变形、隆起变形、竖向支撑应力等；不同监测项目采用的仪器主要有轴力计、应力计、水准仪、全站仪、测斜仪等。监测实施过程中，不同监测点的原件安装、保护等做法也逐渐完善。

施工过程中的监测主要有施工监测与第三方监测。施工监测主要是施工单位针对施工过程中的所有监测项目进行监测；第三方监测则是第三方结构对施工监测的项目进行部分监测，监测频率一般低于施工监测。近几年，各级管理非常重视施工过程的监控与管理以及作业面的控制，投入了大量人力、物力，建立了系统的网络平台，这在施工安全风险管控过程中起到了很好的作用。

4逆作法最新进展

近一两年来，逆作法施工围绕中间立柱施工垂直度控制、地下连续墙施工技术以及地上地下同步施工规模等方面取得了新的理论突破与实践进展。成功研制了可用于施工的钢立柱实时调垂控制系统并形成了成套的竖向支撑桩柱一体化施工工艺流程与作业标准，钢管柱垂直度＜1/600。

围绕地下连续墙施工的成槽、安装接头管、加工与吊装钢筋笼和混凝土浇筑等4个主要工序，超深逆作法穿土嵌岩地下连续墙的施工技术取得成果。

此外，提出了超深逆作法基坑分层按需式钢管井点动态降水施工技术理论与降水井数量按首层土体降水判定的理念，更好地满足逆作法施工。

通过采取“竖向分层、水平分区分块、流水施工、对称盆式开挖”的开挖方法与地下水平结构快速施工形成对顶，减小基坑长期大面积暴露产生的时空效应对基坑稳定性的不利影响，也确保了整个地下5层土方盖挖过程中已施工结构与支撑桩柱受力体系转换的稳定性等措施，南京德基广场二期工程实现了“地上8层、地下5层双向同步施工”的全逆作法。

地下工程施工信息化间接地描述围岩的稳定性和支护的作用，并反馈于施工决策和支持系统，修正和确定新开挖方案的支护参数，其实质是通过施工前和施工过程中的大量信息来指导施下，以期获得最优地下结构物的一种方法。目前，随着监测手段的进步，信息化施工技术已经在越来越多的地下工程中得到应用与发展。

5讨论与展望

随着施工机械设备、工艺以及施工管理的不断更新与进步，高层建筑深基坑逆作法总体水平大幅度提高；同时，逆作法施工技术的发展进一步有效延伸和宽泛了地下工程的施工理论与工程实践。随着国内各大城市建设发展初具规模，城市建筑格局基本成型，城市中心区见缝插针式用地的建筑以及老城区改造必将成为城市建筑的新特点；场地狭小、周边建构筑物复杂且沉降变形要求高，而逆作法具备施工占用场地小、基坑开挖对四周建（构）筑物、道路和地下管线及市政设施影响小等特点将越来越引起人们进一步地关心和重视［5］。逆作法技术的理论和实践也将得到进一步发展和提高，在设计理论和施工技术上应着重研究以下几点。

1）逆作法中地下室竖向支承结构、外墙等均提前施作，底板水平结构与竖向结构防水节点的处理难度大；地下连续墙作为结构外墙，其槽段接缝的防水控制难度大；底板大体积混凝土浇筑可能产生的裂缝等易渗水。因此，应从防水理论、防水材料以及细部节点设计等方面进行着重研究。

2）施工机械设备的更新，由于逆作法土方工程是在地下室结构楼板施工完成后形成的封闭体系下进行的，土方提升、钢筋等材料的垂直运输等是施工组织的难题。目前，已出现高效提升土方伸缩臂抓斗、高速电动葫芦、传送带等新型设备应用于逆作法施工中，还需进一步研发针对性设备以提高逆作法施工效率。

（下转第25页）

2014No．7程海寅等：武汉某工程裙楼地下室半逆作施工技术25

附加弯矩，

并在外包混凝土时造成困难。为保证桩柱施工质量，在桩柱一体化施工过程中重点控制以下几点：①为防止桩孔坍塌，采用跳孔法成桩孔及浇灌；②为提高钢管立柱垂直度，研发专用调垂装置；③为防止钢管立柱上浮、偏移及保证后续土方开挖过程中钢管柱的稳定，在浇筑钢管内混凝土过程中，钢管外侧用人工或砂石泵均匀填砂，并利用高精度的垂直度实时监测仪器跟踪监测，及时纠偏。7.6

半逆作法施工中的出土口设置

逆作法施工中取土口面积一般控制在150m 2

以内，

为提高出土效率及增加土方暗挖中的自然通风量，本工程利用裙楼先半逆作，主楼后顺作施工

优势，在基坑北面裙楼部位设置2个、在东面及南面1 3号塔楼部位设置3个共计5个大型出土口，为保证逆作结构梁板兼作基坑水平支护刚度的需要，结合受力分析，塔楼部位相对较小出土口部位设置钢管角撑，北面相对较大出土口部位结合结构设置环梁支撑。

7.7逆作工况下的土方开挖及梁板交替施工本工程在首层水平内支撑（钢筋混凝土内支撑）完成浇筑及达到设计要求强度后，进行大面积开挖。第1层土方开挖采用盆式明挖，其他采用盆式暗挖+盆边抽条方式进行，土方开挖严格按照“时空效应”理论指导施工，做到“分层，分块，对称，平衡，限时”开挖，严禁超挖。

1）根据后浇带划分及面积相当原则，合理划分施工流水区段，加快逆作梁板施工进度，快速形成基坑水平支撑。本工程B1板区块如图4所示划分为8个区块，施工顺序为从东西向同时向中部进行，

即1-1→1-2→1-3→1-6（自西向东），1-5→1-8→1-7→1-4（自东向西）同时进行土方开挖及结构梁板浇筑

。

图4取土口设置及B1板施工段划分Fig．4

Excavation port setting and construction

segment division of B1plate

2）为尽量减少长臂挖机等高费用机械的使用，解决因土质差、堆土不能过高及普通挖机有限臂长

的缺陷，合理设置刚性转土平台，进行二次转运。

3）根据场区地质条件，为确保基坑安全，每层

土方开挖不得超过2m ，各区土方开挖完成后，立即进行结构梁板的施工，尽快形成基坑水平支撑。

4）利用土方盆式明挖优势，首层最大限度出土。8结语

较系统地介绍了武汉市老浦片商业及住宅项目裙楼地下室半逆作，主楼、裙楼后顺作综合施工技术，目前该工程ʃ0.000以下结构均已完成，各项技术已得到实践证明，并取得了预期的经济效益。

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社，

2013．［4］赵志缙．简明深基坑工程设计施工手册［M ］．北京：中国建筑

工业出版社，

2000．（上接第4页）

3）地下结构与地上结构同步施工全逆作法向更高、更深发展。南京德基广场工程二期地下5层、地上8层同步施工是逆作法工程高度、深度同步施工的目前国内双向施工层数最多的工程，通过结构的设计优化、施工组织协调进一步扩大双向施工层数，有利于增加建设用地开发价值并节约工期。

4）逆作法施工过程当中，涉及降水、开挖以及支护等工程问题。因此地下水水-土体应力变化、土体支护结构接触变形以及基坑土体差异沉降等问题均需要采用三维数值模拟的方法进行理论计算，同时结合现场监测数据来调整逆作施工过程，从而保证逆作法施工的安全。

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