張明明

（中南建筑設(shè)計(jì)院第四設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071）

0 引言

近年來(lái)，老城區(qū)改造及城市環(huán)保揚(yáng)塵治理要求嚴(yán)格，順作工期被拉長(zhǎng)，甚至長(zhǎng)達(dá)數(shù)月，而逆作法施工可有效避免敞口施工、降低噪聲污染等給工程帶來(lái)的不利因素；同時(shí)對(duì)市區(qū)建筑密度大、工程地質(zhì)水文條件復(fù)雜多變、周邊環(huán)境保護(hù)要求高的工程具有較高適應(yīng)性[1]。

以采用逆作法施工設(shè)計(jì)的某深大基坑工程為例，經(jīng)方案比選后，以方便施工為目的進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以控制基坑變形和節(jié)省工期，進(jìn)而說(shuō)明逆作法在厚砂土層深基坑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 工程概況

某項(xiàng)目位于鄭州，為2層地下車庫(kù)。車庫(kù)頂板面以上為3m厚覆土，局部范圍設(shè)置非機(jī)動(dòng)車停車庫(kù)及環(huán)衛(wèi)管理用房。地下車庫(kù)長(zhǎng)255.5m，寬80m，不設(shè)縫，為一個(gè)整體。主體相鄰右上方平行段紅線約4m處為在建地鐵線路，左側(cè)及下部均相接城市主干道路，設(shè)計(jì)主體范圍緊挨道路紅線（見(jiàn)圖1）。

圖1 場(chǎng)地基坑平面

2 地質(zhì)條件

本工程場(chǎng)區(qū)地形基本平坦，地貌單元屬于黃河沖洪積平原。場(chǎng)地自上而下各主要土層為：①素填土；②粉土；③粉質(zhì)黏土；④粉土；⑤粉質(zhì)黏土；⑥細(xì)砂；⑦粉土；⑧粉質(zhì)黏土；⑨細(xì)砂；⑩粉質(zhì)黏土；?粉土；?粉質(zhì)黏土；?粉土；?粉質(zhì)黏土；?姜石；?粉質(zhì)黏土；?姜石；?細(xì)砂；?姜石；?粉質(zhì)黏土。每層厚度4～10m不等，場(chǎng)地土層分布均勻。其中?粉質(zhì)黏土土層頂部標(biāo)高約 -60.000m，fak=260kPa，qsik=86kPa，qpk=1 700kPa，Es1-2＝10.5MPa，a1-2=0.17。

地下水位約在自然地面下10.0m左右。據(jù)調(diào)查5年內(nèi)最高水位埋深5.0m，歷史最高水位埋深0.5m，抗浮水位按地勘建議取相對(duì)標(biāo)高-1.000m。

3 設(shè)計(jì)方案比選

順作法施工作為常用施工方式比較成熟，施工質(zhì)量可得到有效保障，但因主體外圍預(yù)留基坑支護(hù)空間，需壓縮紅線范圍內(nèi)可使用建筑空間。相比較，采用逆作法施工技術(shù)進(jìn)行多層地下空間設(shè)計(jì)時(shí)，利用先施工完成的地下連續(xù)墻作為深基坑施工時(shí)的擋土、止水和防滲的圍護(hù)體，保證施工期間土壁的穩(wěn)定和基坑干燥，結(jié)構(gòu)梁板作為水平支撐，一柱一樁作為施工期間支撐上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的豎向支撐系統(tǒng)。待逆作施工完成后，鋼立柱外包鋼筋混凝土，進(jìn)而形成主體結(jié)構(gòu)柱。

1）高層建筑采用逆作法施工，地下結(jié)構(gòu)可與地上結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，因此可明顯縮短施工工期。對(duì)于純地下空間結(jié)構(gòu)因取土運(yùn)輸困難，需合理安排工序，以節(jié)省工期。

2）逆作法作為最有效的基坑環(huán)境變形控制工藝，可確?；影踩Ｗo(hù)距基坑過(guò)近的建筑物和重要道路。根據(jù)地勘報(bào)告，該場(chǎng)地側(cè)壁土體的直立極限高度為4.92m，若采用常規(guī)支撐型支護(hù)體系，土體垂直變形可達(dá)50mm以上，而根據(jù)以往工程實(shí)例，逆作法施工采用地下連續(xù)墻兼作外墻可將變形控制在30mm以內(nèi)，主體和側(cè)墻之間的沉降差可控制在20mm以內(nèi)，由此可減少深基坑施工對(duì)鄰近建筑與地下設(shè)施的影響。

3）用樓蓋代替水平支撐解決基坑圍護(hù)水平支撐的問(wèn)題，減少臨時(shí)支撐的設(shè)置和拆除，體現(xiàn)綠色施工要求。必要時(shí)，頂板兼作材料加工場(chǎng)地，減少施工用地。

4）用地下室外墻代替支護(hù)墻，地下室樓蓋與支撐合二為一。但施工難度大，取土運(yùn)輸困難，梁柱節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，施工費(fèi)用會(huì)增加。土方開(kāi)挖實(shí)現(xiàn)全機(jī)械施工，可保證土方開(kāi)挖效率，從而保障施工進(jìn)度。

5）施工時(shí)減小對(duì)周邊辦公和居民生活的影響，社會(huì)效益顯著。

綜上分析，因工程自身場(chǎng)地局限、與地鐵施工搶進(jìn)度、減少施工噪聲與揚(yáng)塵污染等環(huán)保因素，權(quán)衡利弊，最終本地下工程決定采用逆作法施工設(shè)計(jì)。

4 逆作施工設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)控制

逆作法工藝原理是先施工地下結(jié)構(gòu)的地面部分，然后從上至下逐層開(kāi)挖土方、施工直至到地下室底板為止。在軟土尤其厚砂土層中，導(dǎo)墻施工成槽、大體積混凝土澆筑、地下連續(xù)墻接頭施工及內(nèi)側(cè)附著防水墻鋼筋預(yù)埋、地下連續(xù)墻與樓板連接處設(shè)置邊環(huán)梁、與框梁及底板連接用接駁器、上下外圍防水鋼板預(yù)埋等，均為設(shè)計(jì)重點(diǎn)。

4.1 采用“一柱一樁”作為豎向支撐系統(tǒng)

立柱采用φ550mm×16mm和φ700mm×18mm鋼管、4根Q345B∟200×24格構(gòu)柱，截面550mm×550mm，基樁φ1 100，φ1 300，φ1 500mm作為施工期間立柱樁，底板封閉后作為承臺(tái)下抗壓兼抗拔樁，樁端持力層為?粉質(zhì)黏土，且樁端全斷面應(yīng)進(jìn)入完整的持力層≥3.0m，有效樁長(zhǎng)不小于49.0m，而基樁φ900mm作為主體結(jié)構(gòu)柱下3～5號(hào)樁承臺(tái)和底板封閉后普通抗壓兼抗拔樁。

4.2 節(jié)點(diǎn)區(qū)域處理較為復(fù)雜，施工精度要求高

1）根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，為方便施工，頂層鋼立柱頂部達(dá)到梁柱節(jié)點(diǎn)箍筋下部，框梁縱向鋼筋連續(xù)，其中大跨區(qū)域的大梁與節(jié)點(diǎn)區(qū)采用柱帽過(guò)渡；中間層逆作節(jié)點(diǎn)為控制層高，通過(guò)經(jīng)濟(jì)性比較，采用寬扁梁方案，有利于梁內(nèi)邊側(cè)縱向鋼筋貫穿節(jié)點(diǎn)區(qū)；同時(shí)因鋼筋混凝土環(huán)梁節(jié)點(diǎn)施工方便，傳力直接，建筑成型美觀，故在中間層節(jié)點(diǎn)區(qū)采用鋼筋混凝土環(huán)梁節(jié)點(diǎn)[2]，并給出施工建議：①先內(nèi)后外；②先下后上；③搭底模、內(nèi)環(huán)抗剪筋焊接封閉、開(kāi)口箍+底部縱向鋼筋定位、交接處結(jié)構(gòu)主梁縱向鋼筋錨入、環(huán)梁上部縱向鋼筋定位、開(kāi)口箍搭接或焊接封閉（見(jiàn)圖2）。

圖2 梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋綁扎

2）因地下車庫(kù)需停放大型環(huán)衛(wèi)車輛，建筑設(shè)計(jì)安排坡道沿上下外圍長(zhǎng)邊方向布置，逆作階段最大限度利用坡道和局部頂板充當(dāng)側(cè)向支撐，車道內(nèi)側(cè)采用格構(gòu)柱豎向傳力，不僅便于梁、墻鋼筋錨固，還保證外包混凝土不影響車道凈寬。

3）在頂板衛(wèi)生間區(qū)域，由于管線較為集中，為便于設(shè)備走管，采用深梁方案。

4）逆作施工存在大量的預(yù)埋接駁器和插筋，需保證定位精確[3]。地下消防水池與斜向地下連續(xù)墻交接處，板面和梁面預(yù)埋鋼筋或直螺紋接頭（接駁器大樣）均與梁平行，便于后期施工。

5）為保證立柱垂直度及精度要求，需引入高工效、高質(zhì)量的成孔設(shè)備；同時(shí)考慮本場(chǎng)地-40.000m以上均為砂層，為控制泥漿含砂率，改善泥漿性能及控制立柱樁樁底沉渣，選擇鈉基膨潤(rùn)土進(jìn)行人工造漿。

6）鋼立柱吊放過(guò)程中，建議采用立柱調(diào)節(jié)架，以保證鋼立柱不因混凝土澆筑而發(fā)生偏移。

4.3 逆作設(shè)計(jì)過(guò)程中需施工單位配合做施工流線方案

出土口布置盡量滿足快速運(yùn)輸土方要求，同時(shí)不影響該階段地下連續(xù)墻水平力傳輸，避免出口處四角產(chǎn)生較大集中應(yīng)力。如果洞口開(kāi)在大跨區(qū)域，必要時(shí)局部設(shè)置臨時(shí)格構(gòu)柱和增強(qiáng)洞口周邊小梁。

4.4 鋼管柱與旋挖灌注樁連接時(shí)要保證插入深度

混凝土澆搗時(shí)保證鋼管內(nèi)外不同強(qiáng)度混凝土施工界面，確保施工質(zhì)量。如在鋼管柱內(nèi)澆筑C50高強(qiáng)高性能混凝土?xí)r（水下部分微膨脹混凝土），采用導(dǎo)管法施工、高頻振搗密實(shí)；在鋼管外側(cè)，隨著鋼管內(nèi)混凝土澆筑，按設(shè)計(jì)要求采用低強(qiáng)度等級(jí)混凝土或碎石填入孔壁和鋼管外壁之間空隙并達(dá)一定高度，以維持鋼管內(nèi)外壓力平衡，防止管外混凝土上升和鋼管上浮，有利于減小鋼管構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比，控制截面大小，并增強(qiáng)其穩(wěn)定性。待底板施工階段，鑿出多余低強(qiáng)度等級(jí)混凝土。

4.5 滲漏處理

在軟土場(chǎng)地，地下連續(xù)墻與基礎(chǔ)樁基間會(huì)存在不均勻沉降，造成基坑周邊頂板和底板迎土面或地下連續(xù)墻槽段間出現(xiàn)滲漏情況。本次設(shè)計(jì)考慮深厚砂土下施工掘進(jìn)過(guò)深及地下水位較高，故在設(shè)計(jì)過(guò)程中附加1層防水混凝土墻，目的是控制地下連續(xù)墻施工過(guò)程中錯(cuò)縫及維持成品良好外觀。經(jīng)過(guò)實(shí)際工程對(duì)比，內(nèi)側(cè)預(yù)留的排水溝比較干爽，效果良好。

4.6 土方開(kāi)挖作業(yè)環(huán)境

利用鼓風(fēng)機(jī)、送風(fēng)管等設(shè)備，通過(guò)結(jié)構(gòu)豎井，提高通排風(fēng)效果，滿足逆作階段人、機(jī)作業(yè)環(huán)境要求。

4.7 信息化施工監(jiān)測(cè)

主要包括地下連續(xù)墻墻體變形和鋼筋應(yīng)力、墻頂水平位移、地下連續(xù)墻后水土壓力、周邊管線相鄰建筑沉降位移裂縫及其他地面監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)沉降、逆作階段梁板受力和變形監(jiān)測(cè)等，以滿足相關(guān)規(guī)范和結(jié)構(gòu)圖紙要求。

5 結(jié)語(yǔ)

以實(shí)際工程為例，結(jié)合場(chǎng)地厚砂土層地質(zhì)條件、抗浮水位高、與地鐵施工搶進(jìn)度等現(xiàn)狀，經(jīng)方案比選，決定采用逆作法施工設(shè)計(jì)方案，最大限度利用城市規(guī)劃紅線內(nèi)空間，擴(kuò)大建筑凈使用面積，同時(shí)縮短工期和維護(hù)基坑周邊環(huán)境，從而為業(yè)主創(chuàng)造最大經(jīng)濟(jì)效益，也為類似工程設(shè)計(jì)與施工提供參考。