0 引言

在深基坑支护工程中，常规的施工方法包括了顺作法和逆作法。逆作法采用地下室楼盖作为水平支挡结构，由于楼盖刚度大、承载能力高且不存在临时支撑的拆除工序，使施工全过程中支护结构的变形和内力平稳可控（徐至钧，2001），其主要缺点：（1）在封闭空间和上下相邻楼盖的有限高度范围内进行土方作业，水平运输和垂直出土十分困难 （庄剑峰和谢小松，2007；董月英等，2010），从而在很大程度上增加了工程造价，延长了施工周期； （2）竖向剪力墙构件钢筋密集、边缘构件众多，倒插筋工序的施工质量和工期难以控制，特别是在高层建筑采用型钢混凝土柱时，型钢垂直度和梁柱节点施工均难以满足规范要求；（3）楼盖施工远比临时支撑复杂，特别是设计频繁变更时，会严重制约施工工期。目前此方法多应用在环境保护要求很高或施工工期有特殊要求的深基坑工程中（戴斌等 2005；翁其平等2005；梁志荣等2014）。由于逆作法在设计和施工上的一些缺陷，影响了其推广和应用，因此该方法也在不断改进，如近年来采用较多的半逆作法就是普通逆作法的一种优化。

半逆作法是顺作和逆作的结合，普遍采用平面上分区，将易于逆作的区域采取逆作法施工，塔楼交通核等难于逆作的区域采用顺作法施工（张倩等，2022），一定程度上避免了逆作法的一些缺陷，但是相对于施工简单、开挖空间巨大的顺作法来说，其在土方开挖、施工便利等方面的缺陷还是十分明显。

近些年来，由于基坑项目数量巨大，逆作法在深基坑支护中的应用案例有一定增加，其中半逆作法占多数，但普遍采用的仍是塔楼顺作，地库逆作的平面半逆作形式（王卫东和徐中华，2010），一般均是根据基坑平面形式和结构情况在平面上布置顺作和逆作区域，部分逆作法采用了大开洞的方式避免开挖困难，但也是传统平面内布置顺作和逆作区域（徐中华，2009；赖允瑾等，2010），从支护的整体设计理念上来说，没有太多创新性的变化。

大开洞竖向半逆作法是在普通平面半逆作法的基础上进行的创新优化，是集合了逆作法和顺作法优势的一种施工方法。大开洞竖向半逆作法的基本原理是在适当的地质环境条件下，根据设计计算结果，在垂直方向上的一定深度范围内（一般在 10 m左右），采取普通顺作法施工，以下的深度范围内，采取逆作法施工，同时在确保安全的前提下跳过一层或两层结构梁板的施工，采用跃层逆作开挖 （冯海涛等，2009，2010），大幅提高土方开挖的施工空间，同时通过结合临时立柱、楼板大直径圆形开洞等措施，使逆作法的挖土效率接近于大开洞的顺作法，而变形控制能力和成本优势又强于顺作法。本文以天津市天汇中心深基坑项目为工程背景，研究大开洞竖向半逆作法在实际工程中的应用方法，探讨了竖向半逆作法中一些关键节点和工况，为以后类似工程的实施提供借鉴意义。

1 工程概况和地质条件

1.1 工程概况

天汇中心工程位于天津市和平区，该工程包括 2 栋办公楼、2 栋公寓及商业裙房和 4 层地下室，是一座集办公楼、商业和公寓于一体的城市综合体。工程总建筑面积为 368967 m²，地下建筑面积为 116637 m²。办公楼高 200 m，公寓楼 1#高度 136 m，公寓楼 2#高度 106 m。基础采用桩筏基础，基坑面积 28157 m²，周长 622 m，基坑整体形状不规则。基坑普遍开挖深度 19.85 m，主楼区域基坑开挖深度 21.65 m，局部电梯深坑等部位开挖深度达到 24.90 m，属于一级基坑。

基坑周边环境复杂，地块西侧为南市大街和在建工程，场地北侧为清和大街和学校，东侧为禄安大街，南侧为福安大街（图1）。地下室外墙距离红线均较近，东侧距离红线约 3.95 m，南侧距离红线约 5.55 m，北侧距离红线约 6.76 m，西侧距离红线约 5.30 m。场地周边现状道路下管线情况复杂，多种带压管线距离基坑均在一倍基坑深度范围内。

1.2 水文和地质条件

本工程场地内为人工填土、第四系全新统 （Q₄^1-3）、上更新统（Q₃^e-a）以及中更新统（Q₂^2-3）的河流相、滨海潮汐相及浅海相交互沉积的一套砂类土与黏性土的沉积地层。

场地内45 m深度以上范围内，主要由一个潜水含水层和两个微承压含水层组成。潜水稳定水位埋深约 0.6～3.6 m（大沽标高约 1.2 m 左右），初见水位埋深约 0.8～3.8 m（大沽标高约 1. 0 m 左右），水位随季节有所变化，年变幅约为 0.8 m。第一微承压含水层水头为大沽标高-0.5 m，第二微承压含水层水头为大沽标高-3.88 m，土层物理性质见表1。

注：[]内为经验值。

2 基坑支护设计

2.1 总体方案设计

基坑的主要特点如下：（1）基坑开挖深度比较深，面积比较大；在天津中心城区的民用深基坑工程中，基坑平面面积近 3 万 m²，深度达到 20 m 的基坑属于较罕见的项目，支护的变形控制和地下水控制是项目的重点和难点。（2）周边道路环绕，分布有大量市政管线，环境保护要求很高。（3）施工组织难度大，场地条件十分紧张，在基坑开挖范围以外，基本无施工可利用场地。（4）工期紧张且成本控制十分严格。

项目在进行初步的方案比选时，考虑了多种方案，如常规的顺作法支护、逆作法支护等。在天津软土地区，对于该体量的深基坑工程，一般采用顺作法施工，支护结构采用地下连续墙，支撑体系采用3~4道环撑，临时支撑的工程量巨大，也可以采用常规的平面内半逆作法，一般采用塔楼位置开洞顺作，裙房地库区域逆作施工，各层楼板兼做水平支撑，结构柱与临时柱结合（王美华和季方，2005）。经对比分析，采用普通半逆作法，出土空间比较小，土方费用很高，一柱一桩施工成本较高，整体工期和造价偏高，而顺作法施工临时支撑量巨大，支撑施工和拆除也影响整体工期。最终的设计方案结合两种方法各自的优势，采用了大开洞竖向半逆作法，做到了传统的大开洞环撑体系与逆作法完美结合。

大开洞竖向逆作法的特点如下：（1）采用一道临时支撑，大量减少临时支撑施工及拆除工作量； （2）采用跃层逆作法，仅逆作两道楼板结构，减少逆作施工结构的难度；（3）临时支撑开洞直径达到130 m，给施工开挖创造了很大的施工操作面（金国龙和黄春美，2013），结合中心岛留土和施工坡道，给施工单位提供了一定的施工场地；（4）节省了至少两道临时支撑，同时采用地连墙两墙合一的做法，节省工程造价约一千万；（5）采用临时格构柱代替一柱一桩的做法，大幅减少了施工难度，节约了施工工期；（6）采取各种工序搭接措施，避免主塔楼核心筒逆作，减小了核心筒施工难度。

2.2 围护结构设计

基坑围护结构采用了地下连续墙两墙合一的做法，地连墙在基坑施工阶段作为围护结构，在主体工程使用阶段又兼作地下室主体结构外墙（王卫东和翁其平，2005），采用竖向弹性地基梁法进行地下连续墙的内力及变形计算。地下连续墙厚 1 m，深 44.5 m。槽段接头采用圆形锁口管柔性接头，槽段接缝处通过预留插筋与主体结构内衬墙相连。地连墙底部有部分长度范围采用素混凝土，仅用于切断承压含水层。地连墙配筋段根据基坑深度的不同，长度分别为 32.65~34.45 m，地连墙槽段布置见图2。

地下连续墙在各层楼板位置预留甩筋，设置周圈边环梁。地下连续墙与楼板采用铰接，楼板钢筋和甩筋均进入边环梁；结构底板钢筋通过钢筋接驳器锚入地下连续墙，采用刚性连接。为了保证后期开挖阶段槽段接缝处不出现渗漏，在接缝位置采用两根高压旋喷桩封堵。同时为保证后期使用阶段接缝位置不出现渗漏，地连墙内侧设置内衬墙，地连墙预留甩筋锚入内衬墙，在接缝位置设置与内衬墙等厚的扶壁柱，对接缝处进一步加强。

2.3 大开洞竖向半逆作设计工况

该基坑逆作法不同于传统逆作法和半逆作法。基坑从施工开挖工序上先顺后逆。地下室结构施工工序上先逆后顺。使顺作法和逆作法在竖向空间进行了一个结合，再结合跃层施工，有效提高了逆作法的整体施工效率。基坑的基本施工工序如图3所示。

2.4 水平支撑体系设计

基坑的水平支撑共有3道，首道是临时支撑，采用天津地区常用的大开洞圆环支撑，控制10 m深度范围的支护变形，剩余10 m深度范围采用两道楼板代替水平支撑。临时水平支撑采用大直径开洞环撑，充分发挥混凝土构件轴向刚度，减小基坑变形 （王建中和周光熙，2008）。大环开洞区域避开两个塔楼交通核，2#办公楼交通核位置开小圆洞避让， 1#办公楼交通核无法完全避让。基坑竖向顺逆分区见图4，上部约10 m深度范围为顺作区，下部10 m 深度范围为逆作区。

水平及竖向支撑体系总结如下：（1）顺作开挖地面至-11.25 m标高，仅采用一道临时钢筋混凝土环撑，跃过-6.45 m标高楼板结构，支撑平面形式见图5a，采用了大圆环水平支撑；（2）地下三层顶板和地下四层顶板作为楼板支撑，且楼板开洞直径与支撑开洞形式保持一致，楼板平面开洞形式见图5b。洞口增加大尺寸封边环梁，该环梁需后期局部割除，为方便后期切割，采用了分层配筋，并预留绳锯切割孔；（3）结构柱采用下甩筋逆作，竖向支撑采用临时立柱，避开结构柱和承台，减小节点施工难度。

由于楼板平面开洞面积巨大，为防止楼板水平受力后，发生局部应力集中而破坏，对楼板采用平面有限元进行了变形和受力分析，如图6所示，分析显示的应力集中区域或薄弱区需要进行加固。

1#塔楼核心筒逆作施工非常困难，该范围需采用顺作法施工。在 1#塔楼核心筒位置逆作开挖期间先采用临时封板处理（图7 阴影区域），该范围的结构施工需比其他区域略晚，在大圆环开洞区域楼板完成后，先在塔楼核心筒范围增加钢管临时支撑，形成一个封闭的支撑体系后，再拆除环撑和临时封板，顺作施工塔楼核心筒，平面如图7所示。

楼板后浇带位置为保证水平传力，在主次梁位置增加型号为 H400*400*13*21 的型钢保证水平传力。在楼板位置增加短钢筋进行加强，部分非沉降后浇带的位置，分段施工低标号混凝土传力板，梁内传力节点见图8。

2.5 竖向支承系统设计

为进一步减小基坑施工难度，基坑竖向支撑体系采用临时立柱，由于仅采用了一道临时支撑，两道楼板支撑，格构柱竖向荷载较普通逆作法要小很多。相比一般逆作法采用一柱一桩或一柱多桩的做法，临时立柱的施工成本、施工难度均小很多（史广德等，2002）。结构柱的位置采用下甩筋预留柱筋，逆作结构柱，为保证开挖期间不对柱筋造成破坏，采用砖砌挡墙对主筋进行保护，现场实际施工效果如图9所示。

a—开挖第一步，施工临时支撑；b—开挖至12.65 m，施工地下二层底板；c—开挖至16.65 m，施工地下三层底板；d—开挖至19.85 m，施工地下室底板；e—顺作施工地下一层底板，完成后拆除临时支撑

临时立柱在穿过楼板的位置，增加了钢托板及栓钉，保证结构楼板抗冲切安全（图10）。

3 基坑工程实施与监测

工程自 2013年初开始施工地连墙，2013年 7月开始开挖，每日出土土方量基本与常规顺作法持平，2015年6月完成地下室结构施工。图11为现场开挖阶段的实景，采用中心岛留土方式开挖，图12 为地下三、四层结构逆作施工实景。

在施工过程中，采用了全过程信息化施工，对基坑自身及其周边环境均按设计要求进行了全程监测。整体基坑开挖完毕后，基坑自身变形基本与设计理论计算值相吻合，地连墙变形和地表沉降均是先增后减的趋势（余波江等，2018；张军贤和王清标，2020）。普遍区域地连墙墙身水平位移约 35 mm，局部最大位移约 40 mm，基坑周边地表沉降小于 35 mm，均在可控范围。现场预埋侧斜管实测地连墙的水平位移情况如图13所示。

a—临时支撑平面布置；b—楼板支撑平面开洞布置

a—楼板轴力；b—楼板位移

4 结论

大开洞竖向半逆作法在软土地区超大深基坑中可以有效地控制基坑变形，保证基坑周边环境安全，同时大量减少临时支撑的施工和拆除，大幅提高施工开挖的工效，缩短施工周期，减少支护造价。其优势和特点如下：

（1）基坑浅层采用临时支撑，可以充分发挥地连墙的刚度，深层利用楼板支撑，又可以充分利用结构楼板刚度大这一特点，变形控制效果非常显著。

（2）大直径环形开洞的处理方式，发挥了浅层基坑开挖期间，圆环支撑的变形控制优势、土方开挖优势，同时避开了大部分剪力墙的逆作施工，大幅度减小了施工难度。

（3）竖向支撑采用临时立柱，直接避免了一柱一桩的设计和施工难度，规避了逆作法施工中的一大难点。

这种顺逆结合的支护形式，既有逆作法变形控制能力强的优势，又兼具顺作法土方开挖方便、施工简便的特点，是一种比较安全、高效且节约造价的顺逆结合方式，在软土地区可广泛推广和应用。

参考文献