逆作法施工设计方法

3.1总述

逆作法作为近几年发展起来的新兴的基坑支护技术现已逐渐运用并趋于成熟。近年来我司在多个项目的深基坑施工中采用了逆作法设计，通过对逆作法设计及施工进行不断的应用和改进，掌握了逆作法施工的核心技术。

泰达市民广场工程采用盖挖半逆作的设计方法，利用零层板为支护结构的水平支顶，中间支撑柱作为垂直支撑，其余地下结构顺做的设计思路，且首次采用钢筋混凝土钻孔连体灌注桩作为基坑围护体系。

上海环球金融中心逆作法设计时，基坑工程设计中采用周边逆作、中心顺作的施工工艺，既保证了主体结构个施工质量，又解决了施工现场周边环境的问题。

上海世茂滨江花园二期地下车库工程采用沿建筑物地下室轴线施工地下连续墙支护结构，在建筑物内部有关位置设计支撑桩和柱，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。

厦门九州大厦项目原设计为正作法，在该工程的逆作法施工中，设计了正改逆的施工方法。

3.1连体桩设计方法

3.1.1总 述

随着城市建设的发展，大批高层建筑相继建设，深基坑工程的规模也越来越大，施工环境也愈加复杂，施工难度相对提升。在深基坑施工中支护结构和土方施工是影响施工的重要因素，采用连体桩作为围护桩，零层结构逆作，作为基坑的水平支撑结构，其余结构顺作的施工方法，其工艺简便，能够减少用于止水帷幕的水泥搅拌桩和支撑结构工程量，可以降低工程造价，缩短施工工期。

（连体桩的原理）桩和桩咬合的平面图本工程围护结构采用联体钻孔灌注桩作为挡土结构，兼做止水帷幕。边梁加强，防水节点

3.1.2 泰达市民广场连体桩设计

（1）设计概况

天津泰达市民广场二期西区二标段工程总建筑面积为88667.4m2，厚板桩-筏基础，桩基采用钻孔灌注桩。本工程围护结构采用联体钻孔灌注桩作为挡土结构，兼做止水帷幕。钻孔灌注桩桩径为0.92m，桩长为25m，基坑四周共布置531根灌注桩。(桩平面 后面的引子)

（2）设计要点（1）桩的要求

零层结构支撑体系

由于本工程的水平支护结构体系是利用地下室的负一层结构顶板和环梁组成，如果水平支撑结构施工时直接利用地面作为模板，由于构件截面尺寸比较大（板的厚度为300mm，环梁为1500×900），自重大，混凝土浇筑完成后会因为地面的不均匀沉降造成构件表面出现裂缝，为防止此现象的发生，施工时先挖掉基坑表面的一层土，厚度约为3m，然后浇筑垫层后再施工水平支撑结构。

集水坑处加强处理

由于局部集水坑部位开挖深度达10.45m，与相邻区域最大高差为2m，且该部位位于基坑边，紧靠钢筋混凝土支护桩。如果不采取任何防护措施，直接开挖该部分土方，可能会导致该部位支护桩底部向基坑内偏移，从而导致整个支护结构失稳。设计作法为先施工基础底板，将集水坑位置留设，并增加连梁及钢管斜撑，待支撑施工完毕后再将积水坑部位土方挖除。这样确保了积水坑位置支护桩及支护结构的安全。

钢构柱联系梁支撑

零层梁板支撑柱由460mm×460mm角钢支柱支撑，土方开挖至底板设计标高后，钢构柱悬臂长度过大，受上部荷载作用及基坑变形的影响，钢构柱极易弯曲变形，甚至倒塌，为确保钢构柱的安全、稳定，在土方开挖至底板设计标高后，立即采用20a槽钢纵横方向在标高－4.8m处与钢构柱焊接牢固，将基坑内全部钢构柱连接形成一个整体，确保整体稳定。

结构梁、环梁与钢构柱的连接

零层梁板与外墙防水处理

零层梁板结构为逆作法施工，基坑四周采用边梁与框架梁板形成整体结构，而边梁直接搭在帽梁上，施工时要提前进行边梁与帽梁之间的防水处理，采用钢筋作龙骨与支护桩焊接，层板木枋作模板，防水直接粘在层板上。具体作法如下图。

3.2 地下连续墙设计方法

3.2.1 总述

在逆作法施工中，地下连续墙常起到一墙两用的作用，即既作为基坑支护又作为地下结构的一部分，在设计中应充分考虑其作为挡土墙位移，沉降的要求，还应考虑其作为地下结构中的强度，防水的作用。

3.2.2 上海环球金融中心地下连续墙设计方法

（1）设计概况

上海环球金融中心基坑支护体系采用桩墙合一的方法，即地下连续墙既为结构外墙也为逆作法施工的围护墙。本工程地下墙总延长米约为614.1m，地下连续墙厚1.0～1.2m，有效墙深为31.75～32.75m。底部插入⑦-1层砂质粉土中4.63～6.13m。设计要求防水等级达一级，（规范要求仅为二级）混凝土设计强度等级为水下C30，防水混凝土设计抗渗等级S8。

    （2）设计要点

1，地下连续强的接头设计

接头形式

外侧的治水措施

槽幅间接头处止水措施

根据设计要求，地墙槽幅间采用凹凸楔形接头，此接头有良好的止水性能。槽段接头处不允许有夹泥，施工时必须用接头刷上下刷多次直到接头无泥为止，保证接头施工质量。

墙缝连接处采用品字高压旋喷桩，深度21m。这样就在槽幅接头处增加了一道止水帷幕。

墙趾注浆控制不均匀沉降（抗变形设计）

设计要求采用采用墙址注浆的方法控制地连墙的不均匀沉降，本工程墙趾压密注浆为315个孔，墙底注浆管为直径Φ80黑铁管，黑铁管伸出钢筋笼底0.3m，伸出钢筋笼顶0.15m。

注浆采用压力和注浆量双控，注浆时一般注浆液压力控制在0.2～0.8Mpa，每孔注浆量根据设计要求来定，以注浆量控制为主，压力控制为辅。

三轴搅拌桩土体加固

为了控制地连续墙的变形，坑内被动土压区采用三轴搅拌桩进行土体加工。

（其他防水构造设计）

地墙与底板间防水措施

地墙与底板间防水措施：根据地下墙先施工的施工工艺，地墙与裙楼底板间需留设垂直施工缝。我们根据九院地下墙与底板节点处理详图施工：在地墙与底板的交接面上下通过止水剪力槽及橡胶止水条来止水，考虑到后期的施工中可能存在的渗水，施工中增加了DEEF注浆管，以备后期注浆。具体见右图:

地墙预埋套管及接驳器防水措施

地下墙中底板与地墙的钢筋是通过接驳器相连，我们在接驳器外侧涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料。

本工程有许多管线需穿过地墙与外界连接，我们通过在地墙中预埋金属套管，管线从套管中穿过。这些管道我们将通过在地墙施工时，随地墙钢筋笼预埋带止水片的金属套管，基坑开挖后，在套管中在穿电缆、管道等，在套管与管道交接处用止水材料填充。在施工过程中要确保套管的水平精度，我们通过控制地

墙的垂直度来控制。

3.2.3 上海世茂二期地库地下连续墙设计方法

（1）设计概况

本工程在设计阶段即已决定采用逆作法施工，故基坑围护设计按逆作法的施工需要设计成可以“一墙两用”的地下连续墙，结构自顶板向下逆做过程中，逐步形成的结构板柱体系与地下连续墙接合成整体，以主体结构承担基坑支护作用。

整个基坑呈不规则形状，近似三角形，面积为20800平米，周长722.5米。分南北坑先后施工，其中南坑13600平米，北坑7200平米。整坑外围采用地下连续墙兼做车库结构外墙，南北坑之间的围护隔段采用SMW工法桩辅以传力构造设计，整个基坑的围护设计概况见下图：

（2）设计方案

本工程在设计阶段即已决定采用逆作法施工，故基坑围护设计按逆作法的施工需要设计成可以“一墙两用”的地下连续墙，结构自顶板向下逆做过程中，逐步形成的结构板柱体系与地下连续墙接合成整体，以主体结构承担基坑支护作用。

整坑外围采用地下连续墙兼做车库结构外墙，南北坑之间的围护隔段采用SMW工法桩辅以传力构造设计。

在混凝土灌注桩中插入490×490mm钢格构柱作为结构框架柱，在施工阶段通过钢格构柱承受全部结构自重、顶板覆土及施工荷载，在正常使用阶段灌注桩同时作为抗拔桩承担地下车库的浮力，钢格构柱则与外包钢筋混凝土共同作用承担上部荷载。

（3）设计要点

地下连续墙（放在概述里面）

地下连续墙的墙厚根据不同位置墙体所受侧压力的大小，设计成600mm和800mm两种厚度规格，墙高统一均为19.6m，基坑土方开挖深度约为9.5m。

设计标准单“幅”槽段宽度为6m，转角及端部以末“幅”实际尺寸调整。结合墙厚与分“幅”两个参数，600mm墙厚的单幅共63幅，平面统计延长约365m；800mm墙厚的单幅共63幅，平面统计延长约357.5m。若按南、北坑分别统计，北坑600墙厚31幅，800墙厚25幅，共计56幅；南坑600墙厚32幅，800墙厚38幅，共计70幅。

地下墙槽段间的接头形式采用圆形锁口管柔性接头。墙体砼强度等级为C35，抗渗等级为P6。

南北分区SMW工法桩设计（作为特殊连续墙防水允许变形/连接，拆除）

南北分区SMW工法采用Ф850@600多头水泥土搅拌桩，内插型钢H700x300x13x24，采用PO32.5水泥，掺量20％，桩长18m。 

（）

3.3 正改逆设计方法

3.3.1总述

在建筑的设计中，通常设计是按正作法进行设计的，而一些工程由于场地条件等，在施工时采用逆作法进行施工，这就需要在施工时对某些节点按逆作法施工进行重新设计和处理。（不需要改设计，只需要改节点，经济，方便）

3.3.2  九州大厦正改逆设计方法

（1）设计概况

厦门九州大厦项目位于湖滨南路与后江埭路交叉口处，北面为繁忙的主干道――湖滨南路，东面为后江埭路，南面紧邻佳华宿舍，西面紧邻海峡酒店，为近期围海造地区域，占地面积为4620m2。地下室单层面积为4130 m2，采用800mm厚地下连续墙挡土、封水兼作地下室外墙。地上28层、局部30层，地下3层，建筑总高为102m。

该工程设计是按正作法进行，由于其体量大，占地面积小，地质条件差，施工时决定采用逆作法施工。在施工顺序和方法上采取了相应的措施，在不改变原设计结构受力状态的原则下，对梁、板、柱进行了局部构造处理（放在前面）。在这里谈下面的要点。

（2）设计要点

承台及-4.25m以下钢筋混凝土柱施工（谈设计加钢芯 处理节点）

因逆作法施工的需要，必须先施工地下室钢筋混凝土柱，作为逆作法施工的支撑柱。在柱的部位采用人工由上向下挖措施空孔，分段浇灌钢筋混凝土护壁到柱承台底面标高处，然后由下至上施工承台各钢筋混凝土土柱，并留基础梁、框架梁的暗牛腿和梁剪力墙的插筋（如右图）。

– 4.25mm层叠合梁板施工

在施工–4.25mm层梁板时，为了防止因土方开挖造成地下连续墙产生过大的水平位移，将该层按长度方向分成东区、中区、西区3段进行施工，为了充分利用楼层下土体承载，减少周转架料的使用量，采用地胎模施工，但由于本工程为海积淤泥，流动性大、承载力低，经分析决定将梁板整浇改为梁板叠合施工，即首先施工中区段梁，作为连续墙的水平支撑，然后施工东西两区的梁板，当梁板混凝土强度达到设计强度的70%后即可按正作法施工地下室一层及混凝土结构及上部钢结构。

叠合梁板示意图                           主次梁结合缝处理

由于采用梁板叠合施工，先行施工的部分梁的荷载由地胎模承担，施工板时，荷载由梁及地胎模共同承担，这对于较差土质采用地胎模提供了借鉴。

（简化只谈结合方面的设计）

地下二层梁板施工（只谈设计，图留下四分之一）

当土方挖运到地下各层板底面以下约100mm处时，在梁的位置挖成槽形，将开挖面的原状土拍实，浇梁底混凝土垫层，按梁底宽进行水泥砂浆找平抹光，作为梁侧模板下部的支点。固定楼板模板的背方嵌入土层内，上边与土面齐平。对于梁下与下部未挖的土层隔离，梁板采用泵送商品混凝土。梁在地下连续墙上的支承构造处理，由于设计方案改变，原有预留孔不能使用，采取在梁的支承位置重新凿孔200mm作为梁在连续墙上的支承点，并保留凿孔处连续墙钢筋。

内衬墙、剪力墙施工

（可和迭合梁合并）

内衬墙壁、剪力墙是待逆作法底板施工完后，从下往上施工，在施工墙体上部梁板时，对应墙的位置间距800mm预留250mm×250mm的小洞，作为墙体混凝土的浇灌口，为了保证墙体顶部混凝土的密实，在墙体上部支模时采用斜溜槽的形式，新浇混凝土高出墙顶，待拆模后将凸出部分混凝土凿除。

在内衬墙施工前，对地下连续墙漏水部位先采用堵漏剂封闭。在剪力墙、内衬墙施工的同时完成地下二层及地下一层留洞部分楼板钢筋混凝土的施工。

3.4逆作法施工节点设计方法

3.4.1 总述

不同于常规顺做法的施工方法，在逆作法施工对各节点的施工中通常要考虑施工场地的环境、相连结构的受力，基坑的变形等各因素的影响。

3.4.2 盖挖顺作（去掉）节点设计方法

天津泰达市民广场二期西区二标段工程的基坑处理采用盖挖顺作的施工方法，对其节点做了以下设计:

后施工地下室外墙与梁板支撑的连接处理

在盖挖施工阶段，地下室结构外墙尚未完成，按照结构要求，地下室外墙要与结构梁板连接成整体，但是外墙施工为基础底板施工完成后自下而上顺作，而零层梁板要与支撑体系一起逆作。因此，必须在梁板断开位置增加临时边梁，边梁下为框架柱支撑，保证作为支撑体系的梁板整体性，即有利于水平力的传递，又可保护先施工完成梁板的安全。

增加临时边梁示意图

后浇带的处理

基坑底板后浇带通常顺作时一般无需进行加固处理，但是逆作不同，因为在基础施工过程中基坑都是处于变形状态，而四周土压力对基坑产生的侧压力集中体现在后浇带处，因此后浇带变形的可能性很大，为了防止应力在后浇带处集中而导致变形，在底板混凝土浇注前沿后浇带每3m放置一根1.6m长І32c工字钢，确保水平力的传递。

底板处后浇带作法图（每3m设置1跟I32c工字钢）

考虑负二层楼板后浇带施工时，零层板、基础底板已经封闭，负二层位置梁板承受侧压力相对很小，故该层后浇带按常规作法留设，未进行加强处理。

负一层梁板与支撑环梁一同构成支护体系，为了确保支护体系的安全，负一层梁板后浇带不能断开。因二，采取在零层板后浇带位置留设直径1m，中心距1.5m的孔洞，孔洞部位的混凝土不浇注，待主体结构封顶后再封闭。同时在框架梁与后浇带交接两端部位，垂直与梁截面设置ф25钢筋网片，作为应力释放点，避免由于应力集中在该部位，而导致结构破坏。

零层梁板后浇带作法图

另外在支护环梁与后浇带相交部位，后浇带不断开，混凝土照常浇注，待地下室施工完毕后，将该部位混凝土剔除。

框架柱与支撑板（零层板）的连接处理

零层梁板为逆作法施工，而框架柱为顺作，因此在梁板施工期间必须将柱子钢筋提前预埋，考虑地下空间较小，为便于挖土机作业，将柱子钢筋统一下甩300m,但钢筋接头方式必须采用一级接头控制。

框架柱与支撑板（零层板）的连接处理图

结构框架梁板与混凝土环梁的连接处理

由于支护结构环梁形状为环形，在结构平面布置时导致部分负一层顶板结构的梁板施工缝留设位置是结构受力的最不利处，为了保证此部分结构达到设计要求，在施工缝位置处设600mm长型钢进行加强，当结构梁高h≤500mm时，采用Ⅰ20a工字钢，当结构梁高h＞500mm时，采用Ⅰ28a工字钢，对于此处的钢筋连接全部采用直螺纹连接。

结构框架梁板与混凝土环梁的连接处理图

负二层顶板、梁钢筋与格构柱的连接

由于支撑零层结构梁板的格构柱设在框架梁的中部，负二层顶板框架梁宽度为350mm，格构柱宽度为460mm，中间空隙宽度130mm，框架梁主筋不能正常通过，此处采取如下作法详见下图5.2.2-6：

地下二层顶板结构梁与钢格构图节点详图

零层梁板与外墙防水处理

零层梁板结构为逆作法施工，基坑四周采用边梁与框架梁板形成整体结构，而边梁直接搭在帽梁上，施工时要提前进行边梁与帽梁之间的防水处理，采用钢筋作龙骨与支护桩焊接，层板木枋作模板，防水直接粘在层板上。具体作法如（如图5.2.4-4 ）。

零层梁板与外墙防水处理图

3.4.3 中心顺作、周边逆作节点设计方法（提出做大标题）

（1）工程概况

上海环球金融中心基坑平面呈不规则长方形,长约200m，宽约108-120m，地下三层。场区地面标高+4.0m左右，主体结构地下室周长约603m,基坑面积约22468㎡,塔楼区域基坑开挖深度自地面下17.85-18.35m,电梯井开挖深度25.m,裙楼区域基坑开挖深度17.85m。建筑物基础形式采用桩筏基础，其中工程桩采用700钢管桩,桩长45-79m。

(2)设计概况（环球的设计两点，不均匀沉降，临时支撑拆除结合的问题）

由于上海环球金融中心立柱多，存在土方暗挖工作量大，出土效率低的问题，对总体工期不利，同时塔楼结构重要、施工质量要求高，采用传统的逆作法难以满足质量的要求。基于上述分析，最终确定本项目采用中心岛顺作（自成体系）裙楼逆作工艺。

对于塔楼区域采用单独的支护体系，裙楼区域在塔楼区域施工至主体结构出地面后再采用逆作法施工。

塔楼区域根据主体建筑尺寸，考虑到尽量采用顺作施工部分裙楼。塔楼支护采用地下连续墙圆环支护，圆环直径100米，竖向沿开挖深度设置一道压顶环梁以及三道环行衬梁。

裙楼区域采用逆作法施工，围护体系采用高防水两墙合一的地下连续墙，水平支撑体系采用塔楼区域楼板、裙楼区域以及临时支撑。

（3）设计要点

底板与地连墙之间钢筋连接（加入3.4,）

地下连续墙与底板交接采用直螺纹连接，地连墙施工阶段，在与底板接口处，在地连墙内预埋钢筋，接头用SA级直螺纹连接，接驳器留设在同一断面。

底板混凝土施工前，从地下连续墙中凿出预埋的钢筋接驳器，用两种长度的钢筋与该接驳器连接（钢筋长度差满足钢筋接头面积百分率的要求）。钢筋连接端头采用滚压直螺纹加工，与地连墙接驳器对应，再依次采用9米或12米钢筋进行直螺纹连接。由于直螺纹连接对钢筋的精确长度要求很高，施工中很难满足，故在施工缝一侧钢筋接头的连接采用绑扎搭接或搭接焊。连接形式见下图：

逆作法向下柱头插筋（加入3.4,九州的梁留口一起并入作为节点设计）

本工程为逆作法施工，水平方向先做，竖向结构等底板施工完成后顺作，这就决定了在每层楼板下边将存在大量的竖向插筋，插筋为3级钢既不能弯也不能折。而地下室楼层高度仅4.8m，一台挖机高度就高达3.5m，挖机上方距离楼板仅1.3m，保护插筋成为了土方施工最大的难题。

为此，修改插筋的留设形式，采取柱子向下的插筋留设成50cm的齐平接头，并采用SA级直螺纹接头。使得向下插筋的取得良好的成活率。

柱子钢筋留设形式                墙钢筋留设形式

3.5 楼板缺失情况下逆作设计方法

3.5.1 总述

在逆作法施工中，通常施工梁板楼面结构，作为地下连续墙的支撑，而一些工程的楼面板设计中，靠近连续墙的部分楼板缺失，不能形成对连续墙水平支撑，这就需要对传统逆作法做重新设计。（丰满一点）大面积缺失，加入车道等原因

3.5.2上海环球中心楼板缺失逆作设计方法

（1）工程概况

上海环球中心工程跃层楼板标高高出普通楼板2m，由于该区缺失B3F楼板，跃层与底板之间高差达8m。原设计要求先拆除-10.55m抛撑，再将竖向结构施工至B2F支撑底，利用底板上的结构墙体来抵抗地下墙体的抗侧移效果，然后再逆作B2F错层楼板结构，B2F错层楼板结构达到强度后拆除B2F支撑，再进行B2F支撑到B2F错层楼板竖向结构施工。

逆作施工阶段跃层楼板与底板面之间采用B2F临时支撑作为水平传力体系，而B2F对撑均沿轴线方向延伸，与竖向结构位置相互重叠，仅少部分不与其重合，顺做施工阶段，一旦支撑凿除，8m内地连墙将会失去支撑作用，从而引起地下变形，并且原逆作法楼板应力也无法得到有效传递。

（2）施工难点分析

裙楼南面大底板墙体较少，部分地连墙侧仅有护壁柱，竖向支撑施工至B2F支撑底后对地连墙的抗侧移刚度有限。

B2F错层楼板结构施工完成后，由于Xb12轴结构错层楼板之间存在2米高差，基本起不到抗侧推力作用，又因B2F支撑影响，柱及局部墙体无法与B2F错层结构一起施工，因此在B2F支撑拆除后，B2F错层结构有可能因抗侧移刚度不够导致楼板产生破坏，从而地墙也有可能变形过大产生破坏及其墙体接缝渗水。

由于裙楼南面仅有两层结构,在B2F错层完成后B1F支撑拆除后结构在使用状态仅存在B2F错层结构作为水平支撑。是否能满足地墙水平支撑要求，也需要进行判断。

（3）设计优化

针对现场的难点分析，我们对设计进行了优化：

新增加三道南北向墙体增加地连墙的抗侧向推力作用。

跃层增加钢支撑，增加跃层抗侧移推力，防止跃层产生位移。详见右图：

局部不与支撑位置重合的墙体，在施工跃层阶段，将与跃层一同施工，增加跃层的抗侧移能力。在与支撑冲突的位置，留出洞口，等支撑凿除后完，进行修补。

加入车道

3.8 实施效果

（1）厦门九州大厦，解决了海积淤泥地质正作设计条件下的逆作法施工技术。（正改逆避免了结构的重新计算设计，陈本降低，）

可谈环球差异沉降，受力体系

通过对地下室逆作法施工的设计取得了以下效果：

一是在地质条件恶劣，建筑结构复杂的情况下，解决了建筑如何施工的方法，确保了施工的安全进行。

二是起到加快施工进度的作用。

三是节约了施工成本。