人工成孔分层分段喷射混凝土护壁地下建筑逆作法流水施工技术

■王孟立 ■平顶山市园林科学研究所，河南 平顶山 467000

近年来，我国许多城市地下空间的开发利用发展迅速，为了最大程度地开发利用城市地下空间，许多新建以及在建工程的基坑面积和开挖深度越来越大，地下建筑面积超过数万平方米并且带有几层地下室的工程也越来越普遍。深基坑工程很多时候却存在面积大、开挖深、施工场地狭小、建筑物密集、地质条件复杂、城市地下管线纵横交错等问题。据统计，我国建成的超过100m 的超高层建筑已超过200 幢，最深的地下室基坑为6 层，深度-26.2m，国外已达13 层。建筑中的基坑工程是整个建筑工程的重要组成部分，随着基坑的开挖越来越深、面积越来越大，可利用周围空间越发狭窄，基坑围护结构的设计和施工越来越复杂，所需要的理论和技术越来越高;深基坑支护倒塌事故，越来越频繁，不仅给工程造成重大经济损失，还对周围环境造成不良影响。逆作法施工原理是先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱，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。然后施工地面一层的梁板楼面结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。同时，由于地面一层的楼面结构已完成，为上部结构施工创造了条件，所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。逆作法是一项近几年发展起来新兴的基坑支护技术，是施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的有效方法。虽然逆作法的施工工艺和相关理论有了进一步发展和完善，已在诸多建筑施工中成功应用，但仍存在许多先天不足，普及仍有难度。

1 现行逆作法施工存在问题

(1)地下连续墙存在接头漏水、露筋问题，如锁口管接头施工简单，但连接强度较低，易渗水，十字板刚性接头连接强度较高，抗渗水效果较好，但施工难度大，不易保证施工质量，易出现露筋现象。(2)地连墙与主体结构主要采用预埋钢筋或“钢筋接驳器”的方式，混凝土分开浇注，连接强度不牢。(.3)地下连续墙施工要用专门挖掘设备，需要用泥浆护壁，易污染施工现场;泥浆滑动层存在易造成周围土层移动，引起地表沉降，影响周围建筑安全。(4)在软土环境中施工，连续墙、基坑的开挖过程中会出现较大的沉降与位移，对周围的市政设施与地下管线以及各种建筑物及构筑物会带来严重的威胁。(5)连续墙墙体厚，材料消耗量大，墙面平整度差，防水性差，另做防水困难。

2 人工成孔分层分段喷射混凝土护壁高层建筑逆作法流水施工工艺原理

主桩施工采用人工成孔，分段开挖，用速凝钢筋混凝土喷射护壁，在确保施工安全的前提下，桩笼定位后，分段浇筑混凝土，准确定位、预埋地下各层梁板钢筋;0 层楼板、梁施工完成后，可同时进行上下楼层施工;主桩基各层地下室施工，遵从先外后内顺序进行，可有效组织流水施工;地下室土方开挖及外运采用当地因煤矿整顿闲置的综采设备，割煤机、皮带运输机、垂直提升设备完成土方开挖外运;有外向内由上而下分层分段开挖土方，采用挂网喷射钢筋混凝土护壁，可有效阻止周围地表沉降;结合运用小导管技术，可穿越软基、流沙地层;混凝土自防水结合天衣无缝的卷材防水，可以确保地下室无渗漏;整体大框架，结合适量后加柱，可实现空间任意分割;喷射混凝土与周围土体牢固粘结、地下室围护及墙体合二为一，地下室围护及墙体与主体上下层间钢筋混凝土结构牢固搭接，使建筑整体性、抗震性能进一步加强。

3 人工成孔分层分段喷射混凝土护壁高层建筑逆作法流水施工工艺

3.1 桩柱基础施工

桩孔定位—护筒安装—人工分段挖孔—孔壁修整—分段绑扎护壁钢筋笼，挂筛喷射速凝细石混凝土—顶板梁位超挖—喷射速凝细石混凝土封闭—桩底扩大头施工—柱钢筋笼制作安装—浇筑基础桩底扩大头段柱混凝土—顶板梁位钢筋预埋及接口处理—浇筑凝土—桩柱基础浇至设计标高上50 -80 cm—及时凿除桩头—外露钢筋保护。

(1)桩孔定位以8 -10m 为宜，与上层建筑主结构柱相对应。桩孔宜100 -120 cm，方便人工操作，桩孔开挖顺序为先外后内。(2)定桩位后，设安全护筒，开挖第一节，护筒高出地面300 -500 mm，护筒内径等于结构桩外径，挖深约1 -1.2 米，开挖筒径视深度、土层结构而定，筒径小于结构桩直径1 -2cm。用Φ12 -16 mm@10 -20cm 钢筋，长0.8 -1.5 米，靠竖洞直立，作为立筋，立筋两端加弯钩，弯钩与壁平行放置，用Φ6 -10 mm@10 -20cm，作为盘筋，用扎丝绑扎，再用5* 5cm 钢丝网満挂，用铅丝绑扎在钢筋上，用掺加速凝剂细石混凝土喷壁，厚度5cm。下留高度约20 -30cm，为搭接钢筋预留长度。(3)桩身分段开挖，分段长度以土质为准，硬土地自稳性强，可加长挖段，软弱破碎段可缩短，每段约0.6 -1.2M。桩身分段支护，硬土地自稳性强，用Φ12 -16 钢筋，0.8 -1.5 米，靠竖洞直立，间距Φ10 -20 mm@10 -20cm，作为立筋，立筋两端加弯钩，弯钩与壁平行，用Φ8 -12 mm@10 -20cm，作为盘筋，用铅丝绑扎:盘筋系入量以3 -5 圈为宜，根据孔径大小可一次性吊入，也可拉伸用绳系依次边绑边送。用5* 5cm 钢丝网満挂，用铅丝绑扎在钢筋上，钢筋搭接、绑扎应符合有关国家现行规范的要求;每平方米壁面至少应有一个固定点(地下室段除外)。用掺加速凝剂细石混凝土喷壁，厚度5 -10cm。若孔深度大，可以用同样方法，加固成双层壁。每段预留长度20 -30cm 为宜。(4)流沙层、软土层处理:流沙层、软土层自稳性差，可用扦探办法探明深度后，沿壁四周以小角度向外钻孔，孔距20cm，灌掺速凝剂沙浆后插入钢筋，待稳定后开挖。为防止塌方流沙，可用厚无纺布、防水毯，也可用稻草栅加稻草绳嵌入所插筋内，并随即支好护壁模板，喷浇护壁砼。以上两种措施均无效时，采用固定护壁钢筒，用沉井法掏挖孔内流砂，使钢套圈均匀下沉，并逐轮焊接接长，直至穿过流砂层为止。软土层也可斜插木板控制软泥流动，用风锤将规格化的长90cm、宽8cm、厚1.9cm 的木板条沿45 度下斜方向一根挨一根打入孔壁处的砂层中，这样既加固了土体，又防止木条上方的淤泥或砂土往下坍塌，能起到了一定的阻水作用。流沙层、软土层调整掘进深度，每节护壁的高度可减小到30 -50cm。(5)积水处理:开挖过程中少量地下水渗出，采取随挖随用吊桶将泥水一起吊出;如遇孔底积水量大，在每段开挖或结束前先挖集水坑，采用污水泵排出地面。如遇上层滞水，可先用快凝砼堵塞，留导流孔;导流孔只排水，不流沙。(6)桩底支护处理:桩身接近施工完毕，超挖20 -30cm，用钻向斜下方打孔，灌浆、插入钢筋，立壁钢筋变为L 型，增加钢筋用量，喷混凝土后形成圈梁。向下开挖到柱底标高后，为了增加桩底持力面积，桩底扩大开挖成锥形。同样操作完成锥形面钢筋绑及喷混凝土。(7)各层梁、楼板位置超挖处理:顶板梁位超挖30 -50cm，喷射速凝细石混凝土封闭，摸隔离砂浆。(8)柱钢筋笼安装及分段浇筑混凝土:通长基础下钢筋笼，分段浇筑混凝土，先浇至基础桩底扩大头段柱混凝土至梁板下口下20 -50cm，有强度后，安装下层底板、梁预埋钢筋，底板、梁位填塞，深入柱内15 -20cm;浇混凝土至上层梁板下口下20 -50cm，有强度后，安装该层底板、梁预埋钢筋，底板、梁位填塞，深入柱内15 -20cm;依次至设计0 层标高上50 -80 cm，及时凿除桩头，外露钢筋保护。

3.2 层楼地面板梁施工

按设计标高平整场地至设计板底标高或垫土至设计板底标高-2cm，开挖梁位，用低标号水泥砂浆摸面，平整度符合模板要求—，塑料薄膜或隔离剂，绑扎梁板钢筋笼，预留增加柱及筒体墙位上下搭接钢筋，并预留下层增加柱、筒体墙混凝土浇注孔、溢浆孔，分区浇0 层顶板梁混凝土，先浇外围楼板、梁混凝土，后内区楼板、梁混凝土，养护。

(1)原地面标高按低于0 层顶板梁，土方回填量大，适当开挖后按正常楼层施工。(2)层顶板梁施工应先外后内，为下层外围土方开挖，为组织流水施工提供工作面。

3.3 一层楼地面板梁施工:按正常楼层施工

3.4 负一层施工

(1)层顶板、梁养护到期，在0 层顶板、梁下逆地下水方向适当位置开取土口(宽4 -6 米为宜)，取土口位置、数量根据现场需要而定。应先沿建筑物外墙线吃土，分层分段进尺，控制外墙外边线开挖量，及时铺挂绑扎钢筋网片，适当位置可增设锚杆、附墙柱，用喷射混凝土护壁，喷射混凝土厚度及铺挂绑扎钢筋规格依土层状况而定，喷射混凝土完成后表面用同标号水泥砂浆抹平，做防水层。(2)边墙位置开挖护壁深度超下层顶板梁底50 -60cm 为宜，宽度满足钢筋绑扎及卷材施工，以50 -60cm 为宜;防水卷材超梁板下20 -30cm 为宜，护壁钢筋网片预留20 -30cm 搭接头;防水卷材与喷射混凝土下口留5 -10cm 为宜。(3)卷材施工后及时回填土至顶板梁底下平，做梁板土模，留与下层墙板搭接筋孔，绑扎梁板墙钢筋，留下层浇筑孔，浇筑混凝土;养护至承人重后，绑扎墙筋，支墙模板，浇筑墙体混凝土。(4)土方开挖面相对另一侧可适当放坡。控制清理负一层底板余土至底板底面标高，用6%水泥沙土压实找平板底、梁底，用低标号水泥砂浆摸面，平整度符合模板要求平整度符合模板要求—铺塑料薄膜或隔离剂—绑扎梁板钢筋笼—预留增加柱筋、筒体墙位上下搭接钢筋(预留下层增加柱、筒体墙混凝土浇注孔、溢浆孔)—浇底板、梁混凝土—养护。(5)芯土开挖外运可灵活多样，人工配合小型施工机械、割煤机辅以皮带运输机、小型挖掘机辅以小铲.车等;芯土开挖可分区进行，最佳时机是在下层周边防水施工完毕后进行，这样可以保证土方开挖干作业施工。(6)增加柱、筒体墙上下搭接应在下层底板、梁施工完成后及时完成，浇筑混凝土应从上层预留孔进行，振实，确保无空隙、无浮浆。

3.5 负二、三层施工:方法如上。土方外运需增加提升设备

(1)最下层底板下设防水层，底板防水与围护墙防水需密接，与柱交接处应特别处理。(2)土方外运需增加提升设备，出土口设置合理，尽可能用皮带运输机直接上车，减少二次装运，降低成本。

4 人工成孔喷射混凝土护壁高层建筑逆作法流水施工工艺特点

(1)可使建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业，在建筑规模大、上下层次多时，大约可节省工时1/3。(2)受力良好合理，无需降水、排水量小，不受场地限制，无需大开挖大回填，围护结构变形量小，工程量小，对邻近建筑的几乎不造成影响。(3)施工可少受风雨影响，且土方开挖较少，无回填工程量。土方开挖可用中小煤矿整顿停产闲置不用的割煤机、运煤机、综采设备。(4)地下室外墙体量小，整齐美观，与周围土体结合紧密，与主体刚接性强，防水性好，同时能最大限度利用地下空间，扩大地下室建筑面积。(5)一层结构平面可作为工作平台，地下部分楼板、梁施工均用土模，无需脚手架、模板，能大幅减少了施工费用。(6)由于土方开挖、围护、墙板、楼板(底板)施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，降低了基坑内地基回弹量。可有效组织流水施工，合理安排各类资源，大幅度节约成本，缩短工期。

5 人工成孔分层分段喷射混凝土护壁高层建筑逆作法流水施工技术特点

(1)缩短工程施工的总工期。(2)基坑变形小，相邻建筑物的沉降。(3)可节省地下室外墙及外墙下工程费用，节省支护费用。(4)可节省土方挖填方费用。(5)可最大限度利用城市规划红线内地下空间，扩大地下室建筑面积。(6)有利于结构抵抗水平风力和地震作用。

6 人工成孔喷射混凝土护壁高层建筑逆作法流水施工经济效益

(1)采用人工成孔逆作法流水施工，防水卷材施工简便，墙板、底板防水搭接顺畅，结构简单，整体性能好，成本低。(2)摒弃传统基坑大开挖、大回填施工，地下楼层采用无模板、无支架施工，不挖基坑，无基坑防护，节约工程施工成本。(3)地下室外墙与基坑护壁采用两墙合一的形式，防水层夹在其中，无需对防水层进行专门保护，节省费用。另一方面可在工程用地范围内最大限度扩大地下室面积，增加有效使用面积，增加的面积可创造经济效益。(4)能大幅度缩短工期，减少管理费用，节约成本。

7 人工成孔分层分段喷射混凝土护壁高层建筑逆作法流水施工环境效益

(1)扬尘方面:通常的地基处理采取敞开挖的方式，产生了大量的建筑灰尘，从而影响了城市的形象;而采用逆作法施工，由于其施工作业在封闭条件下进行，最大限度的减少扬尘。(2)噪音方面:由于采用人工开挖基础桩，不产生大量噪声，0 层施工整体浇筑完成后，下层土方开挖施工在地下封闭进行，施工噪音因0 层楼板的阻隔而大大降低，可夜间施工，提前工期。(3)污水处理方面:由于不采用地下连续墙泥浆护壁施工，不产生施工泥浆，无污水横流、泥浆外运。

8 人工成孔分层分段喷射混凝土护壁高层建筑逆作法流水施工社会效益

(1)人工成孔喷射混凝土护壁桩基施工与分层开挖、分段喷射混凝土围护，及时完成地下室外墙防水、及外墙施工，确保整个基坑的安全，阻止周围地基下沉，同时也确保周边道路和邻近居民建筑物的安全。(2)地下室外墙防水整体性能好，外墙施工与外墙围护合二为一，外墙与上下层底板、梁牢固结合，确保建筑稳定、工程质量。(3)层施工完成后，上下结构可同时施工，地下施工噪音小，可实现昼夜施工，大幅度缩短工期。(4)交通方面:人工成孔喷射混凝土护壁逆作法流水施工由于采取表层支撑，底部施工的作业方法，故在城市交通土建中大有用武之地。(5)抗震方面:采用该法施工，地下墙体与周围土层粘结力和摩擦力不仅可利用来承受垂直荷载，而且还可充分利用它承受水平风力和地震作用所产生建筑物底部巨大水平剪力和倾覆力矩。在地震多发区，使用该工法可将地震带来的危害降低到最小，具有广泛的社会效益。

9 应用前景

人工成孔分层分段喷射混凝土护壁高层建筑逆作法流水施工，无需增加大型施工机械、专用设备，利用常规设备、常见材料就能完成整个工程施工，并能够提高地下室工程的安全性，大大节约工程造价，缩短施工工期，是一种很有发展前途和推广价值的深基坑支护技术。可广泛应用于地下停车场、大型地铁车站、地下变电站、大型排水及污水处理系统等的施工，特别适用于旧城改造，施工场地狭小、建筑物密集、地质条件复杂、城市地下管线纵横交错等施工环境。它把地下室外墙与基坑围护墙采用两墙合一的形式，最大限度扩大地下室面积，增加有效使用面积，同时围护墙与地下室楼盖结构牢固结合，受力更加合理，加上总工期的缩短，因而在软土地区对于具有多层地下室的高层建筑，采用该法施工具有明显的经济效益。