躍層逆作工藝的基本原理通過局部樓板加強(qiáng)以及適當(dāng)?shù)氖┕ご?/span>施，在確保安全的前提下實(shí)現(xiàn)躍層超挖。躍層逆作法在傳統(tǒng)逆作法基礎(chǔ)上重點(diǎn)解決了地下暗挖施工環(huán)境差，出土效率低，挖土工期較長的弱點(diǎn)。其一般順序是先構(gòu)筑主體結(jié)構(gòu)中間支承立柱和基坑兩側(cè)的柱列式灌注樁或地下連續(xù)墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)，然后施工頂層結(jié)構(gòu)梁板并預(yù)留土方運(yùn)輸開口；根據(jù)設(shè)計(jì)意見及相應(yīng)工況的計(jì)算結(jié)果確定第一次超挖層數(shù)，進(jìn)行土方的第一次超挖，施工過程中應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)測圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，隨時根據(jù)變形結(jié)果調(diào)整土方開挖的順序。在第一次土方開挖完畢后，要根據(jù)設(shè)計(jì)工況確定第一次超挖后應(yīng)施工的結(jié)構(gòu)梁板位置，進(jìn)行該層結(jié)構(gòu)梁板的施工，此時可以根據(jù)一柱一樁的承載能力和設(shè)計(jì)要求同步向上施工地上結(jié)構(gòu)；在第一次超挖和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)梁板施工完畢后，可以進(jìn)行第二次超挖和結(jié)構(gòu)梁板的施工，其施工速度和超挖層數(shù)需根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果來進(jìn)行，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測要隨時做好預(yù)警。依次開挖土方至基底后，施工結(jié)構(gòu)底板。超挖期間也可以根據(jù)施工便捷性和主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行前一次躍層超挖跳過的結(jié)構(gòu)梁板施工，或者最后施工超挖越過的樓層。最后將格構(gòu)柱外包混凝土作為結(jié)構(gòu)柱體。
二、設(shè)計(jì)和施工上的特點(diǎn)
逆作法是一種支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的施工方法，因此在設(shè)計(jì)上相比常規(guī)順作法而言更為復(fù)雜尤其是躍層逆作工藝。
首先，躍層超挖后部分樓層的地下結(jié)構(gòu)梁板需要后施工，這就相當(dāng)于在基坑開挖過程中水平支撐道數(shù)減少了，作為水平支撐體系的地下結(jié)構(gòu)梁板則受力更大，導(dǎo)致需要在更多的地方進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗壓與抗彎驗(yàn)算，并做樓板局部加強(qiáng)設(shè)計(jì)。樓板加強(qiáng)的方法主要包括施工階段局部加大主體結(jié)構(gòu)梁的尺寸與配筋、增設(shè)臨時水平支撐和封板等。其次，在超挖過程中，應(yīng)采取留土護(hù)坡措施，防止一次性開挖過大，引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境產(chǎn)生過大的變形。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形必須根據(jù)擬定的工況進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算分析，使之在規(guī)范規(guī)定的允許范圍內(nèi)。同時，由于躍層開挖增大了一柱一樁的計(jì)算長度，對一柱一樁施工過程中的調(diào)垂精度控制提出了更高的要求。躍層逆作法在施工上同樣也有一些自己的特性。躍層開挖必須制定合理的挖土方案，按照正確的挖土施工順序，分皮分塊開挖，盡量減少挖土對基坑變形的影響；由于基坑超挖，相同時間段內(nèi)的土方量增大，必須采用特殊的、高效率的挖土出土方法。
逆作法的優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾方面：①支撐剛度大、圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形�。虎跓o需設(shè)置臨時支撐，經(jīng)濟(jì)效益高；③上部結(jié)構(gòu)可以與地下結(jié)構(gòu)施工并行，縮短了工程的總工期。躍層逆作法除了繼承以上傳統(tǒng)逆作法的優(yōu)點(diǎn)外還具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢。
（1）經(jīng)濟(jì)效益比傳統(tǒng)逆作法更好，地下結(jié)構(gòu)施工工期進(jìn)一步縮短。
（2）暗挖施工環(huán)境得到改善，操作空間變大，便于施工組織，便于大型機(jī)械或者更多的小型機(jī)械同時作業(yè)，提高了挖土出土效率。
（3）可以輔助一些垂直運(yùn)輸土方和材料設(shè)備的專用設(shè)備，使挖土出土的速度進(jìn)一步提高，工期更短，加強(qiáng)了逆作法的優(yōu)勢。
三、躍層逆作施工工藝關(guān)鍵技術(shù)
3.1、相配套的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案
躍層逆作法一般適用于開挖深度在 10 m以上的深基坑工程，基坑開挖風(fēng)險(xiǎn)極大，并且有超挖情況發(fā)生，因此采用該施工工藝的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案除了涵蓋常規(guī)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式比選、圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力與配筋計(jì)算、降水設(shè)計(jì)等內(nèi)容外，還需對下述幾個方面進(jìn)行詳細(xì)的論證與分析。
3.1.1. 主體結(jié)構(gòu)梁板支撐體系受力分析
采用逆作法的工程其水平支撐體系為正常使用階段的主體結(jié)構(gòu)梁板，結(jié)構(gòu)平面復(fù)雜，梁板結(jié)構(gòu)數(shù)量繁多，受力狀態(tài)較復(fù)雜。而躍層逆作由于減少了水平支撐的道數(shù)，通過圍檁傳遞到結(jié)構(gòu)梁板上的圍壓更大。因此，為保證基坑開挖過程的絕對安全，必須分析主體結(jié)構(gòu)梁板支撐體系的內(nèi)力及變形情況，為基坑設(shè)計(jì)提供參考和校核。目前較多采用平面有限元的方法來進(jìn)行梁板體系的受力分析，根據(jù)實(shí)際的結(jié)構(gòu)平面布置與尺寸來進(jìn)行有限元建模，設(shè)置必要的邊界條件以及荷載進(jìn)行計(jì)算分析�，F(xiàn)在使用較廣泛的大型通用有限元軟件如 ANSYS、MIDAS及 SAP等，均可完成該項(xiàng)分析。
3.1.2. 留土護(hù)坡
由于躍層逆作法的一次土體開挖深度一般在 8 m以上，對于增大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力可以通過加強(qiáng)配筋的方式來解決，而圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制的難度則要大得多。留土護(hù)坡施工簡便，且無需增加額外的施工費(fèi)用，是一種比較有效的減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移的方法�；娱_挖時，沿坑邊的留土不僅增大了基坑內(nèi)被動土壓力，土體本身也有一定的結(jié)構(gòu)抗力，對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移起到限制作用。坑邊留土的寬度和坡度大小對于減少基坑變形的效果有較大的影響，因此基坑設(shè)計(jì)方案中應(yīng)對留土護(hù)坡進(jìn)行計(jì)算分析，以找出最合理的寬度和坡度。不同地質(zhì)條件下的留土護(hù)坡設(shè)計(jì)也有所不同，根據(jù)軟土地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，一般坡寬宜在 8 m以上，坡度不宜小于 1∶2。
3.1.3 .豎向支承系統(tǒng)
逆作法基坑的豎向支承立柱可以采用型鋼格構(gòu)立柱或鋼管混凝土立柱。型鋼格構(gòu)立柱由于構(gòu)造簡單、便于加工且承載能力較大，無論在順作法基坑還是逆作法基坑中都得到了廣泛的應(yīng)用。但是，由于常規(guī)型鋼格構(gòu)立柱的豎向承載能力值一般不超過 6 000 kN，當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)逆作期間同時施工一定層數(shù)的上部結(jié)構(gòu)時，單根型鋼格構(gòu)柱所能提供的承載力無法滿足一個柱網(wǎng)內(nèi)的荷載要求。其次，當(dāng)采用躍層逆作工藝時，立柱的計(jì)算長度將由原來的一倍層高變成二倍甚至三倍層高，導(dǎo)致立柱的承載能力大大降低。如果單單依靠提高鋼材標(biāo)號的方法來提高立柱的承載力，則經(jīng)濟(jì)性較差。
高層建筑結(jié)構(gòu)采用在鋼管中澆筑高強(qiáng)混凝土形成鋼管混凝土柱，施工便捷、承載力高且經(jīng)濟(jì)性好，基坑工程中立柱采用鋼管混凝土的型式，可以彌補(bǔ)上述型鋼格構(gòu)立柱缺點(diǎn)，尤其在躍層逆作法基坑中還可以避免采用“一柱多樁”的辦法來提高豎向承載力，是逆作法“一柱一樁”設(shè)計(jì)在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上更為合理的方案。對于鋼管混凝土柱與結(jié)構(gòu)梁的連接構(gòu)造，可以采用雙梁的辦法來解決。
鋼管柱與立柱樁的連接
鋼管柱與雙梁的連接
3.2 鋼立柱高精度調(diào)垂系統(tǒng)
一柱一樁的施工技術(shù)是整個逆作法施工水平的核心部分，其施工質(zhì)量直接影響著逆作法施工的成敗，尤其是躍層逆作法由于增大了立柱的計(jì)算長度，對垂直度要求更高。目前多采用校正架法進(jìn)行一柱一樁調(diào)垂，但是該方法的調(diào)垂精度與調(diào)垂效率一般，無法很好地滿足逆作法工程的要求。故研發(fā)了氣囊法調(diào)垂、調(diào)垂盤法調(diào)垂、液壓調(diào)垂盤法調(diào)垂系統(tǒng)、孔下調(diào)垂機(jī)構(gòu)法調(diào)垂系統(tǒng)等立柱調(diào)垂方法。
氣囊法調(diào)垂
調(diào)垂盤法調(diào)垂
液壓調(diào)垂盤法調(diào)垂
孔下調(diào)垂機(jī)構(gòu)法調(diào)垂
3.3 巖石地層中地下連續(xù)墻施工方法
躍層逆作法適用于各種土質(zhì)條件下的基坑工程，尤其適合在土層條件相對較好的巖石地層區(qū)域使用。隨之而來的問題是躍層逆作法中最常用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)———地下連續(xù)墻的施工難度大大增加。由于目前地下連續(xù)墻成槽機(jī)多適用于軟土地區(qū)，因此在巖石地層中地下連續(xù)墻施工就不能僅依靠成槽機(jī)來完成。若使用銑槽機(jī)來解決這個問題，施工機(jī)械代價(jià)則較高。針對上述問題，可以采用泥漿護(hù)壁、鉆、抓、沖、修、清相結(jié)合的特殊成槽工藝施工。泥漿由膨潤土、黏結(jié)劑（CMC）、分散劑（純堿）、自來水經(jīng)合理配比而成，黏度適當(dāng)、密度符合要求、穩(wěn)定性好、過濾失水量小，泥皮形成時間短且薄而又有韌性。導(dǎo)墻施工好后，在每個槽段的兩端和中間沿地下連續(xù)墻縱向采用鉆機(jī)鉆孔，鉆孔深度至地墻底標(biāo)高，再用液壓抓斗成槽機(jī)挖掘至巖石層頂面。接下來用沖巖機(jī)沖巖，沖巖完畢后可將沖錘換成方錘進(jìn)行修槽。修槽合格后，清底換漿，安放鋼筋籠。最后安放導(dǎo)管，進(jìn)行水下混凝土澆注。該施工方法既保證了施工工期和質(zhì)量，又節(jié)約了生產(chǎn)成本，是巖石地層中施工地下連續(xù)墻的一種行之有效的方法。
3.4 高效率取土工藝及設(shè)備
常規(guī)逆作法工程中當(dāng)?shù)叵率翼敯迨┕ね瓿珊�，基坑�?nèi)的土多采用小挖機(jī)挖掘，翻運(yùn)至出土洞口，然后由停在頂板上出土洞口邊的長臂挖機(jī)作垂直提升并裝車外運(yùn)。當(dāng)施工至地下三、四層，甚至地下五層時，停在頂板上的長臂挖機(jī)就不能滿足提升高度的要求，而必須換成履帶抓斗挖機(jī)。該取土方法挖土效率低下，出土洞口的設(shè)置影響結(jié)構(gòu)本身的施工質(zhì)量，而且由于在出土洞口邊的長臂挖機(jī)或履帶抓斗挖機(jī)的把桿在提升裝土?xí)r需回轉(zhuǎn)操作，因此需較大的運(yùn)行空間，給逆作法地下、地上結(jié)構(gòu)同步施工帶來了非常大的影響。躍層逆作法由于在基坑開挖過程中跳過部分樓層的施工，每皮土的開挖空間一般都能達(dá)到 8 m以上，使得較大的挖土機(jī)械能夠進(jìn)入開挖面進(jìn)行施工，這就需要形成一整套適用于躍層逆作法的高效率取土工藝與設(shè)備。鋼筋混凝土坡道結(jié)合垂直升降機(jī)的取土方法在躍層逆作法工程中有較好的實(shí)用價(jià)值。土方車直接由鋼筋混凝土坡道進(jìn)入開挖面，鋼筋混凝土坡道隨著土方開挖而延伸分級通向開挖面，這樣簡化了土方外運(yùn)流程，并且由于挖機(jī)直接裝運(yùn)土方車，土方外運(yùn)速度成倍增長。鋼筋混凝土坡道出土對部結(jié)構(gòu)同時施工影響很小，加快整個逆作法工程進(jìn)度。當(dāng)土方車滿載后，由垂直升降機(jī)升入地面。垂直升降機(jī)的應(yīng)用可以大量減少挖土機(jī)械，降低逆作法挖土成本，并能在后期鋼筋混凝土坡道的收坡過程中起到重要作用，對土方工程工期起到控制性影響。
注：本內(nèi)容來自上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心，大家也可加入逆作法工程中心微信公眾號：sh2j_nizuofa（或搜索“逆作法工程中心）。逆作法工程中心和中國巖土網(wǎng)攜手發(fā)布最新逆作法技術(shù)資料。
