地下建筑深大基坑顺逆做工程方案研究

地下建筑深大基坑顺逆做工程方案研究

张悦豪

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摘要：近年来，随着城市人口数量的不断增长，超大规模地下工程项目的数量逐年增加。此类工程常位于交通繁忙的闹市区，建筑物密集、人员流动性强、地下管线复杂。在这样的特殊条件下，逆作工法逐渐成为一种具有较好经济效益，社会效益，环境效益的基坑施工工法。文章通过对国内某大型地下交通枢纽工程基坑施工工法研究，对比分析了在本工程条件下逆作法和明挖顺作法的安全性，经济性和合理性，为类似工程项目基坑工法比选提供依据。

关键词：地下车站；逆作法；基坑方案

引言

随着中国城镇化进程的发展，大量人口向城市集中，大型地下综合交通枢纽，超大超深地下停车场，地下商业中心等大规模地下工程项目的数量井喷式的增长。这类项目往往位于城市闹市区，具有交通拥挤，周边环境特殊，地下管线复杂等特点。逆作法在交通疏解，控制周边地表沉降和地基变形，对基坑周边环境影响等方面具有一定优势，同时逆作法由于工法特殊，工程成本与传统顺作法有一定区别，施工工法有一定特殊性。本文通过国内某大型地下交通枢纽基坑工程工法对比分析，研究了顺作法与逆作法在几个主要方面的优缺点，为日后的类似工程方案选择提供一定依据。

1基坑方案介绍

1.1工程概况与场地条件

本工程为地下车站，车站基坑深度约40m，宽度约90m，长度约450m，为超大超深超宽基坑，本地下工程主要地层情况为杂填土（平均厚度5m），粉质黏土（平均厚度2m），全风化岩（平均厚度11m），强风化岩（平均厚度12m）和弱风化岩（平均厚度15m）；抗浮水位取到地表。

1.2明挖顺做工法

明挖顺做工法，先施做基坑围护结构，然后逐层开挖土方至基底，随土方开挖设置支撑体系，再由底至顶施做主体结构。该法应用广泛，施工工艺成熟，施工作业面大，施工速度快。本基坑深度达到40m，为深大基坑，需设置多道钢筋混凝土支撑。混凝土支撑为临时结构，一次性使用且无法回收利用，对材料和投资浪费较大，支撑拆除后对环境污染严重。

1.3逆作工法

逆作法是采用主体结构自身作为支撑，由顶至底逐层施工。先施工围护结构和主体结构柱，再逐层开挖土方至各层楼板，结构楼板兼做临时支撑体系。逆作法可以采用主体结构顶板作为临时交通便道，极大地缓解了交通压力，在交通繁忙的地段具有较大优势。逆作法采用结构楼板兼做基坑支撑，无需浪费额外的工程材料，减少了建筑垃圾的产生，有益于保护周边环境；同时楼板相对于明挖工法的混凝土支撑而言，具有较大刚度，对于控制地面沉降和保护周边建筑物更有优势。但逆作法由于封闭各层楼板，需要在各层楼板上开设临时出土孔，土方开挖和外运施工工作面较少，对工期有一定影响。

2基坑工法比选研究

2.1安全性

对两类工法进行建模计算分析：明挖顺作法采用BSC-3D建模计算，基坑深层水平位移约28.7mm，顶部水平位移大约14mm，地连墙最大弯矩大约2955kN，最大剪力大约1558kN。逆作法采用同济启明星计算，基坑深层水平位移约24mm，顶部水平位移大约12mm，地连墙最大弯矩大约3389kN，最大剪力大约1655kN。分析以上计算结果可知，对于本工程，明挖顺做法与逆作法均能满足国家和地方相关要求和标准（一级基坑位移控制在30mm以内）；同时可以看出，逆作法在控制场地周边位移方面具有一定优势，对于基坑周边建构筑物密集且距离基坑较近时更建议采用逆作法施工。

2.2工程经济性

工程经济性方案比选，考虑将两种工法实施过程中的区别点进行汇总比选。首先根据工法不同分别设计对应的实施方案：1、逆作法采用圆形钢管柱，顺作法采用矩形型钢混凝土柱，结构柱均满足轴压比不大于0.75的规范限值要求。2、各方案中抗拔桩布置均满足抗浮系数大于1.1的要求。3、各基坑方案均应满足国家和地方有关规范规程的强度、变形和稳定性要求。4、明挖顺作基坑方案中，立柱、支撑、冠梁、腰梁设计均满足基坑设计规范变形及强度的要求。5、考虑土方开挖及外运在顺作和逆作方案下综合单价的差异。根据上述条件分别计算两种工法中存在不同结构构件和土方的工程数量。（两种基坑工法中相同的构件数量不列入数量比选表，如地下连续墙、主体结构板），根据工程所在地的数量概算表，分别计算两种工法的工程总价差。

经过上述统计比选，本工程顺作法和逆作法工程投资大约相差3800万左右。分析原因：由于顺作法在较宽基坑中砼支撑刚度较弱，需采用平面桁架的砼支撑形式控制基坑位移，桁架形式对于砼消耗巨大，且桁架形式的砼支撑压缩了原有的大开敞出土空间，影响土方外运的施工效率。顺作法场地交通疏解根据项目的特点差异较大，本文中未列出交通改道、管线迁改等特殊工程措施的费用，而逆作法可采用结构顶板作为临时道路，这部分措施费较少。综上所述，从工程投资的角度讲，逆作法施工更适合本工程。

2.3施工影响

明挖顺作法缺点说明：1、存在大量钢筋混凝土支撑的拆除废弃工程，有一定的环境污染。2、车站范围存在多条城市主干道及次干道，需设置临时道路，交通疏解较复杂，且交通拥堵现象严重，施工期间对基坑所在地块居民居住体验有影响。3、明挖基坑施工机械噪音大，施工现场对周边环境影响大。

全逆作方案缺点说明：1、车站埋深达40m，钢管柱总长达45m以上，钢管柱运输困难，整根运输代价较大，需将钢管柱截断后分段运输后再在现场进行拼接组装，由于钢管柱的施工质量对整个结构体系极为重要，现场后拼接较难保证钢管柱施工质量。2、钢管柱吊装难度较大，施工时需将45m长钢管柱整根垂直吊装，误差需控制在45mm以内，施工精度高，部分逆做工程采用HPE液压垂直打桩机控制打桩精度取得较好效果。2、逆做工法需在车站每层侧墙预留施工缝，施工缝处易渗水，站房防水效果较难保证，对施工单位要求较高。 3、车站底层范围内存在厚度约10m左右完整性较好的弱风化泥质砂岩，采用普通挖掘机无法施工，需采用爆破方式进行石方开挖。爆破工作面在已施工完成的主体结构梁板下方，爆破施工时需保护主体结构构件的安全，爆破实施保护方案是逆作法中的重难点问题，并且基坑位于闹市区，爆破产生的噪音较大，一些城市环保部门对于爆破的时间点有限制，这进一步阻碍了基坑石方开挖的工期，从而对整体工程有一定影响。

结束语

文章从以下几个方面对比分析了本工程施工工法优缺点：1、经济性：逆作法相比明挖顺作法约节约投资约3800万。但现场交通疏解情况复杂，交通疏解费用不同项目之间差别极大，应对于每个项目进行专项研究，做出更全面的考虑。2、安全性：明挖顺作法及逆做法均能满足国家及地方规范对基坑安全性要求，但逆做工法对基坑周边地表位移和深层水平位移控制效果更好。3、施工影响：明挖顺作法存在大量废弃工程，现场交通疏解难度较大；但施工工法相对简单且施工体系成熟，关键构件施工效果较好。全逆作法废弃工程量较少，对现场交通影响小；但钢管柱整体吊装难度大，施工精度难保证，全逆作法主体结构防水效果较难保证，且石方爆破保护方案有一定难度，对施工单位要求较高。具体施工工法的选择应根据现场具体情况综合分析考虑，权衡利弊，选择安全可靠，经济适用，施工合理的方案。

参考文献

[1]史朝立.逆作法施工技术在建筑工程中的应用[J].中国煤炭地质,2022,34(04):63-68.

[2]冯松涛.盖挖逆作法施工技术在地铁车站建设中的应用[J].工程建设与设计,2022(06):149-151.DOI:10.13616/j.cnki.gcjsysj.2022.03.248.

[3]梁羽.基于逆作法的高层建筑基坑支护施工技术[J].工程机械与维修,2022(02):212-214.

[4]王盼,孙伟.逆作法在不同深基坑工程中的实践应用[J].建筑技术开发,2021,48(24):205-206.