逆作法技術的超全介紹
省工期、省造價，對周邊建筑影響小，阻隔噪音，減少揚塵，這么牛的技術，作為工程人怎么能不知道？
這項技術就是——逆作法。
但是，廣大求知若饑的工地人表示，這還不夠！所以，今天就來給大家詳細介紹一下逆作法的應用。準備好了嗎？
首先，來看一則視頻，簡單明了介紹了逆作法：
逆作法原理
先沿建筑物地下室軸線或周圍施工地下連續(xù)墻或其他支護結(jié)構，同時建筑物內(nèi)部的有關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，作為地下連續(xù)墻剛度很大的支撐，隨后逐層向下開挖土方和澆筑各層地下結(jié)構，直至底板封底。同時，由于地面一層的樓面結(jié)構已完成，為上部結(jié)構施工創(chuàng)造了條件，所以可以同時向上逐層進行地上結(jié)構的施工。如此地面上、下同時進行施工，直至工程結(jié)束。
逆作法作為一種新型施工技術，形成于日本。上世紀90年代初，由上海建工二建集團在地鐵車站施工中引進。
適用工程
1.深基坑
2.周邊環(huán)境比較復雜，
比如毗鄰保護建筑、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：
逆作法分類
1.全逆作法
利用地下各層鋼筋混凝土肋形樓板對四周圍護結(jié)構形成水平支撐。樓蓋混凝土為整體澆筑，然后在其下方掏土，通過樓蓋中的預留孔洞向外運土并向下運入建筑材料。
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，對圍護結(jié)構形成框格式水平支撐，待土方開挖完成后再二次澆筑肋形樓板。
3.部分逆作法
用基坑內(nèi)四周暫時保留的局部土方對四周圍護結(jié)構形成水平抵擋，抵消側(cè)向壓力所產(chǎn)生的一部分位移。
逆作法優(yōu)缺點
優(yōu)點：
逆作法最大優(yōu)點就是節(jié)省工期，相對于順作法，可節(jié)省工時1/3。其次，節(jié)省造價。一般可節(jié)省地下結(jié)構總造價的25%~35%。
（1）可使建筑物上部結(jié)構的施工和地下基礎結(jié)構施工平行立體作業(yè)，在建筑規(guī)模大、 上下層次多時，大約可節(jié)省工時1/3。
（2）受力良好合理，圍護結(jié)構變形量小，因而對鄰近建筑的影響亦小。
（3）施工可少受風雨影響，且土方開挖可較少或基本不占總工期。
（4）最大限度利用地下空間，擴大地下室建筑面積。
（5）一層結(jié)構平面可作為工作平臺，不必另外架設開挖工作平臺與內(nèi)撐，這樣大幅度削減了支撐和工作平臺等大型臨時設施，減少了施工費用。
（6）由于開挖和施工的交錯進行，逆作結(jié)構的自身荷載由立柱直接承擔并傳遞至地基，減少了大開挖時卸載對持力層的影響，降低了基坑內(nèi)地基回彈量。
缺點：
（1）支撐位置受地下室層高的限制，無法調(diào)整高度，如遇較大層高的地下室，有時需另設臨時水平支撐或加大圍護墻的斷面及配筋。
（2）挖土作業(yè)空間狹小，不利于規(guī)模機械化施工、土方施工困難。
（3）結(jié)構接頭處理多。
（4）對圍護結(jié)構施工精度要求高。
那么在具體施工中如何利用逆作法呢？來看一個經(jīng)典案例：
1 工程概況
1.1 結(jié)構概況
上海恒積大廈于1994年~1996年建設，工程地處上�；春|路、西藏南路的東南角。建設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)軸線尺寸為8.4m×8.4m，結(jié)構形式為典型的框架核心筒結(jié)構，基坑面積約4000m²，地下4層，開挖挖深約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。
本工程的基坑圍護墻為800mm厚地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻長度為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，有效樁長為67m。
根據(jù)業(yè)主要求，本工程必須在16個月內(nèi)裙房交付裝修，在24個月內(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，地下各類管線較為密集。其中北側(cè)的自來水管距基坑邊為5～8m；東面的桃源新村為上一世紀50年代所建5層混合結(jié)構，無樁基，其距基坑邊約為8m；南面的桃源路路幅較窄，桃源路南側(cè)的民房為上世紀三十年代所建的二層石庫門磚木結(jié)構，房屋相當陳舊，其與基坑隔街相距約10m左右。
2 工程難點
本工程開工前，施工方與業(yè)主磋商，為滿足工期要求，擬采用逆作法施工。當時在逆作法施工方面的成功工程實例較少，可借鑒經(jīng)驗不多，施工中需要解決的文圖及技術難點主要有以下幾方面：
①對周邊環(huán)境的保護；
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)點設計及施工方法；
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)構平面布置，其電梯井筒在建筑物的中心，這種結(jié)構平面布置也是一般商辦樓結(jié)構平面布置較為典型的方式，即外框內(nèi)筒的結(jié)構受力形式。電梯內(nèi)筒為剪力墻結(jié)構，若剪力墻采用逆作法，必須在其筒體剪力墻布置相當?shù)墓こ虡�，并且在逆作法施工過程中要進行墻體置換法施工。這種方法施工速度受到一定的制約，且技術措施費用較貴。因此，針對該工程的結(jié)構特點，在逆作法設計與施工中采取了相關的技術措施。
3.1 逆作法總體施工技術路線
除電梯井筒剪力墻外，其余框架部分地上、地下結(jié)構同步逆作施工。在地下室基礎底板封底時，上部結(jié)構施工計劃施工至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承載施工階段的豎向結(jié)構荷載，因此當主體結(jié)構設計完成樁位與樁型后，施工單位應根據(jù)以下原則對結(jié)構設計的工程樁進行調(diào)整，以滿足工程在進行逆作法施工階段的受力需要。
原則一：應不改變建筑物的使用功能，如層高、柱網(wǎng)軸線、柱、墻的截面外型尺寸等；
原則二：應不削弱原結(jié)構樁基的承載力，不改變其合力重心；
原則三：應方便逆作法的各項施工工藝，使現(xiàn)有的施工工藝手段基本滿足施工規(guī)范與結(jié)構設計規(guī)范的質(zhì)量要求；
原則四：能滿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)構設計為鉆孔樁、PHC樁等樁型時，則逆作法施工設計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柱。其中鋼管混凝土柱的承載力大，而鋼格構柱的柱梁節(jié)點較容易處理（鋼格構柱在遇到有主梁處時其主筋較容易穿過格構柱），因此能較好地滿足結(jié)構設計要求。
鋼立柱的選用均應進行施工驗算，滿足逆作法施工各工況的承載力。具體選用哪類柱型可根據(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)，對主體結(jié)構的框架柱基礎設計一般布置為多樁承臺，而逆作法施工設計一般只利用一根樁，因此在施工設計時可按如下原則進行調(diào)整：
原則一：逆作法施工設計不改變原結(jié)構設計的工程樁合力大小。
原則二：逆作法施工設計不改變原結(jié)構設計的工程樁合力重心的平面位置。
依上述原則，若原設計承臺為多樁承臺，則可以按下列方式調(diào)整多樁承臺的平面布置。
多樁承臺調(diào)整示意圖
若為二樁承臺，則可將原設計的樁形作適當調(diào)整，加大樁徑或樁長，改為單樁承載形式；或減小樁徑或樁長，形成如圖所示的三樁承臺。
3.2 一柱一樁的選型
一柱一樁可采用Φ800鉆孔灌注樁，其上端不采用格構柱，直接由Φ800樁施工至±0.000標高（圖4-2-4），用工程樁兼作為支撐力柱，此種方式費用較省，但為保證梁柱節(jié)點處梁的鋼筋布置，其外包柱的截面尺寸較大，往往要達到1400mm×1400mm。
一柱一樁示意圖
本工程Φ800一柱一樁的持力層設在第⑨層土，根據(jù)靜載試樁，其承載力可達到12000kN，沉降值僅為24mm，而實際施工時只需滿足單樁荷載為7200KN的承載要求（地下4層地上5層），故單樁承載力滿足施工階段的要求，因此最終設計采用了這一方法。工程實施中根據(jù)施工監(jiān)測結(jié)果，相鄰兩樁（柱）的沉降差不大于6mm，遠小于設計要求的20mm。
3.3 柱梁節(jié)點的設計與施工
（1）柱梁節(jié)點
地下室臨時立柱由于直接采用Φ800灌注樁，因此，梁的主筋在節(jié)點處貫通帶來一定困難。本工程采用了的解決方法見下圖。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。但這一方法應保證梁的縱向鋼筋有一定數(shù)量在柱的節(jié)點處貫通，這也是采用這種方法的外包柱截面尺寸較大的原因。
用灌注樁作臨時立柱的梁柱節(jié)點示意圖
（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Φ100澆搗孔進行施工。柱子頂部的模板設置為倒八字形形成柱帽，在模板四周設置若干振搗器，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)構模板的支模形式，若采用常用的主次梁結(jié)構形式，施工模板比較復雜。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)濟性比主次梁板形式更好，而且密肋板的高度較小，本工程設計為500mm，而梁板結(jié)構一般梁的高度要達700～800mm，因此采用密肋板結(jié)構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)保角度來看，更加綠色環(huán)保。本工程密肋板支模方法見下圖。
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，因此對基坑圍護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鍵技術之一，尤其是上、下結(jié)構同步施工時，由于上部結(jié)構的柱網(wǎng)軸線一般為8～10m，層高在5～6m，因此若采用傳統(tǒng)的液壓挖土機或鋼索抓斗挖土機在±0.00板上垂直取土的方法，因其把桿高度及把桿的回轉(zhuǎn)半徑遠超過柱網(wǎng)軸線，該方法會影響逆作法的上部結(jié)構施工。為此恒積大廈的逆作法挖土方法首次研制專用提升土方的機械——專用取土架（下圖）。專用取土架設置在取土口上方，其高度滿足土方運輸車輛和土斗作業(yè)高度，取土架上方架設行車軌道，鋼索抓斗通過滑車組可在行車軌道開行。抓斗的上、下運動和挖土、卸土作業(yè)通過鋼索控制，而水平向則可沿行車軌道開行
取土架挖土方法示意圖
4 實施效果
4.1 對周邊環(huán)境的影響
由于采用逆作法，本工程在整個施工期間西藏南路及淮海東路的地下管線的位移（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，桃源路對面的二層民居（磚木結(jié)構）房屋無明顯沉降。逆作法施工對周邊環(huán)境的保護達到了預期目標。
4.2 施工工期
1994年11月1日至1995年4月30日，基坑圍護墻、工程樁施工（約6個月）
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)構施工（約5個月）
1995年10月6日至1996年5月10日，地上22層主體結(jié)構全部施工完成（約7個月）
1996年5月11日至1996年10月15日，二結(jié)構、裝飾施工（約5個月）
從以上工程實施情況來看，滿足了24個月總工期的要求，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個月的工期，體現(xiàn)了逆作法施工的優(yōu)越性。
4.3 經(jīng)濟方面
在施工措施費用上，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)省費用測算為：
4000m²（基坑面積）×4（道支撐）×400元/道•m²= 640萬元
扣除逆作法措施費等320萬元左右，實際節(jié)約約320萬元。
4.4 社會效益
通過本工程的逆作法施工不僅在環(huán)境保護方面取得良好的社會效益。同時，在當時的施工條件下，創(chuàng)立了一系列新的施工工藝，為以后逆作法的推廣應用打下了良好的基礎。
其中“逆作法挖土技術”、“逆作法支模方法”、“逆作法柱梁節(jié)點的設計與施工”、“逆作法一柱一樁施工方法與質(zhì)量控制”等施工技術經(jīng)以后多項工程的應用，逐漸發(fā)展，日趨成熟與完善。
5 工程模擬分析
5.1 計算模型說明
以下介紹本工程地下室三、四層頂板的計算。有關計算參數(shù)和計算模型如下：
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。
計算模型
5.2 計算結(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方向軸向應力
（最大值-10.15 N/mm²）
板單元Y方向軸向應力
（最大值-13.14 N/mm²）
板單元最大有效應力
（最大值17.61 N/mm²）
