張 穎

(云南建投第一勘察設(shè)計(jì)有限公司，云南 昆明 650011)

1 工程概況

本項(xiàng)目位于昆明主城核心區(qū)域，建24層～37層高層住宅樓3幢，6層～11層商業(yè)5幢，18層和28層辦公樓各1幢，28層酒店1幢，整體設(shè)置4層地下室?；悠矫娉示匦?，東西長(zhǎng)287.0 m，南北寬192.0 m，基坑面積50 157.0 m2，深18.2 m～21.2 m，周長(zhǎng)928.0 m。

1.1 周邊環(huán)境

場(chǎng)地東側(cè)緊臨科華路，南距昆明地鐵2號(hào)線西苑站附屬結(jié)構(gòu)12.0 m，北側(cè)和西側(cè)分別與D區(qū)和E區(qū)地塊相連，D區(qū)主體結(jié)構(gòu)已封頂，E區(qū)正在進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)施工。人民西路、海源中路和科華路下均埋設(shè)有大量市政管線。

1.2 地質(zhì)條件

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)

場(chǎng)地位于滇池湖積盆地西北部，以厚度較大的第四系沖洪積地層為主，各土層物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

地下水類型為孔隙型潛水和承壓水，潛水水位為0.80 m～4.90 m，主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給。承壓水水頭埋深為5.2 m～6.0 m，主要接受地下水越流補(bǔ)給。

2 基坑工程設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目具有以下特點(diǎn)：

1)環(huán)境保護(hù)要求高。

基坑南側(cè)緊鄰地鐵2號(hào)線西苑站和人民西路，東側(cè)緊鄰科華路。人民路和科華路下埋設(shè)有市政給排水(供水、雨水和污水管)、供電、供氣管線，電信管線(移動(dòng)、聯(lián)通、電信)和交通信號(hào)線。

2)基坑面積大和支護(hù)深度大。

3)基坑北側(cè)和西側(cè)分別是D地塊和E地塊，中間有寬25.0 m的規(guī)劃道路(現(xiàn)為施工便道)。

4)1號(hào)、2號(hào)塔樓位于南、東側(cè)中部，緊鄰地下室邊緣，超高層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和重要性，決定了其必須采用順作施工方案。

2.1 總體方案設(shè)計(jì)

參考文獻(xiàn)[1][2]，根據(jù)基坑支護(hù)工程特點(diǎn)和場(chǎng)地條件，本項(xiàng)目采用分區(qū)施工，局部逆作方案。Ⅰ期工程位于場(chǎng)地西北側(cè)，基坑北側(cè)與D區(qū)相鄰區(qū)域采用排樁+預(yù)應(yīng)力錨索和放坡支護(hù)，基坑西側(cè)與E區(qū)相鄰區(qū)域采用放坡支護(hù)，Ⅰ期土方開挖至坑底后主體結(jié)構(gòu)順作。Ⅱ期工程采用塔樓順作、裙房逆作施工。為節(jié)省成本，Ⅱ期區(qū)域圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用厚度1 000 mm的鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，后期作為地下室結(jié)構(gòu)外墻(兩墻合一)，地下室樓板作為水平支撐構(gòu)件，局部樓板缺失處設(shè)置臨時(shí)混凝土支撐以滿足結(jié)構(gòu)水平傳力要求，1號(hào)、2號(hào)塔樓地下室部分水平支撐為臨時(shí)支撐梁。利用主體結(jié)構(gòu)的一柱一樁作為豎向支承系統(tǒng)，基坑使用階段以鋼格構(gòu)柱承受豎向荷載，逆作施工結(jié)束后，在立柱外包鋼筋混凝土形成主體結(jié)構(gòu)勁性柱。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)[3][4]，針對(duì)本工程基坑平面尺寸大、開挖深度深、地質(zhì)條件和周圍環(huán)境復(fù)雜這一特點(diǎn)，經(jīng)計(jì)算采用厚1.0 m 的地下連續(xù)墻作為臨時(shí)擋土結(jié)構(gòu)兼永久結(jié)構(gòu)地下室外墻，各幅墻接頭采用十字鋼板接頭，地連墻深度34.0 m～38.0 m，地連墻頂部設(shè)置1.0 m×1.5 m(高)的壓頂梁，典型剖面計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 典型剖面計(jì)算結(jié)果

地下連續(xù)墻與地下室各層樓板采用鉸接連接，與筏板采用剛性連接。為提高地下連續(xù)墻的成槽質(zhì)量及抗?jié)B能力，減少成槽施工對(duì)周邊環(huán)境的影響，在地下連續(xù)墻外側(cè)采用三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行槽壁加固。

為協(xié)調(diào)地下連續(xù)墻與工程樁之間的差異沉降，在每幅槽段內(nèi)預(yù)留兩根注漿管，進(jìn)行樁底后注漿。

2.3 水平支撐體系設(shè)計(jì)

2.3.1裙房逆作區(qū)

Ⅱ期區(qū)域采用裙房區(qū)4層地下室梁板作為水平支撐體系，B1板兼作后期施工場(chǎng)地，施工堆載和土方運(yùn)輸走車范圍內(nèi)的板和立柱進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。裙房區(qū)逆作階段，結(jié)構(gòu)在平面上存在的高差對(duì)施工車輛的通行形成較大障礙，水平梁板在豎向存在高差對(duì)逆作階段水平力的傳遞極為不利，設(shè)計(jì)對(duì)這類情況采取結(jié)構(gòu)加腋的方案進(jìn)行處理，附加腋角逆作施工結(jié)束后可根據(jù)建筑使用功能的要求確定是否保留。

在下沉廣場(chǎng)、汽車坡道、電梯口、樓梯口和逆作法出土口等樓板大開口位置處，設(shè)置臨時(shí)支撐和圈梁進(jìn)行加固，使其與結(jié)構(gòu)梁板共同形成平面支撐體系。各層樓板邊開孔處設(shè)截面尺寸為500 mm×500 mm的對(duì)撐，間距為8.0 m，孔邊設(shè)加強(qiáng)圈梁，截面尺寸為1 100 mm×800 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。其余，樓板缺失區(qū)域在逆作施工階段需采用板臨時(shí)封閉，待逆作施工結(jié)束，并且地下室達(dá)到一定整體剛度后鑿除。

2.3.2塔樓順作區(qū)

1號(hào)、2號(hào)塔樓由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和重要性，不宜采用剪力墻逆作方案。為確保塔樓區(qū)域水平傳力體系的剛度和強(qiáng)度，支護(hù)方案設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置了四道臨時(shí)鋼筋混凝土支撐，支撐平面布置采用周邊封閉設(shè)置的邊桁架+角撐的布置形式，邊桁架通過(guò)裙房梁板結(jié)構(gòu)上設(shè)置的牛腿(如圖1所示)與四層裙房地下室梁板相連，牛腿在塔樓順作時(shí)換撐后逐層鑿除。邊桁架截面尺寸1 600 mm×1 000 mm，角撐截面尺寸800 mm×800 mm，系桿截面尺寸600 mm×600 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

2.4 逆作區(qū)土方施工

Ⅱ期區(qū)域逆作施工期間，除B1板以上的土方采用明挖法外，其余土方均采用暗挖法施工。設(shè)計(jì)方案中在地下室各層利用結(jié)構(gòu)洞口和塔樓筒體等部位留設(shè)了5個(gè)出土口，取土口尺寸在滿足結(jié)構(gòu)受力要求的情況下，盡可能采用大開口，口邊設(shè)加強(qiáng)圈梁，截面尺寸為1 100 mm×800 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，出土口水平間距取30.0 m～35.0 m。

參考文獻(xiàn)[1][2],土方開挖和結(jié)構(gòu)施工時(shí)，可通過(guò)劃分施工塊，并采取分塊開挖與施工的方法；各層土方采取盆式挖土，“盆底”筏板達(dá)到一定強(qiáng)度后，再按一定間距抽條開挖周邊土方，并分塊澆搗基礎(chǔ)底板。

土方采用暗挖法施工期間，坑內(nèi)采用小挖機(jī)進(jìn)行作業(yè)，地面采用長(zhǎng)臂挖機(jī)等設(shè)備進(jìn)行作業(yè)。施工組織設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分利用既有洞口，設(shè)置通風(fēng)、照明措施確保施工安全。

2.5 豎向支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

參考文獻(xiàn)[3],豎向承重結(jié)構(gòu)在逆作法施工期間，地下室底板未澆筑之前，承受地下和地上各層的結(jié)構(gòu)自重和施工荷載；在地下室底板澆筑后與底板連成整體，成為地下室結(jié)構(gòu)的一部分。經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，本項(xiàng)目逆作區(qū)豎向立柱采用強(qiáng)度等級(jí)為Q345B的φ650×20鋼管混凝土柱(鋼管內(nèi)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60)，一柱一樁，鋼管立柱垂直度要求為1/500；逆作施工結(jié)束后，鋼立柱外包鋼筋混凝土，形成勁性混凝土柱。塔樓區(qū)臨時(shí)立柱采用鋼格構(gòu)立柱，共73根，全部利用工程樁作立柱樁。

參考文獻(xiàn)[1],與主體地下結(jié)構(gòu)柱相結(jié)合的立柱和立柱樁分別按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算其豎向承載力和沉降量，并滿足永久地下結(jié)構(gòu)的受力、變形以及穩(wěn)定性要求。為協(xié)調(diào)豎向構(gòu)件不均勻變形，設(shè)計(jì)時(shí)在立柱樁底采用樁端后注漿控制差異沉降。

3 主要施工流程

Ⅱ期逆作區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)與Ⅰ期順作區(qū)施工同步進(jìn)行，逆作區(qū)首先進(jìn)行三軸深攪槽壁加固、地連墻導(dǎo)墻、地連墻和逆作區(qū)立柱及立柱樁施工。待Ⅰ期主體結(jié)構(gòu)出地面層(±0.0)后，Ⅱ期基坑進(jìn)行土方開挖和水平梁板結(jié)構(gòu)施工，施工順序如下：

1)逆作區(qū)土方開挖至B1樓板底，設(shè)置底模，鋼筋混凝土頂圈梁和B1梁板法施工，并與Ⅰ期B1樓板結(jié)構(gòu)連接，梁板結(jié)構(gòu)開口處設(shè)置圈梁和臨時(shí)支撐。

2)逆作區(qū)土方開挖至B2樓板底，設(shè)置底模，B2梁板施工，并與Ⅰ期B2樓板結(jié)構(gòu)連接，梁板結(jié)構(gòu)開口處設(shè)置圈梁和臨時(shí)支撐。

3)逆作區(qū)土方開挖至B3樓板底，設(shè)置底模，B3梁板施工，并與Ⅰ期B2樓板結(jié)構(gòu)連接，梁板結(jié)構(gòu)開口處設(shè)置圈梁和臨時(shí)支撐。

4)土方開挖至筏板底，筏板和換撐板施工，并與Ⅰ期筏板結(jié)構(gòu)連接，拆除塔樓區(qū)第四道鋼筋混凝土臨時(shí)支撐。

5)塔樓區(qū)-4層地下室結(jié)構(gòu)和換撐板施工，養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，拆除塔樓區(qū)第四道鋼筋混凝土臨時(shí)支撐。

6)重復(fù)程序五，依次拆除第三道～第一道鋼筋混凝土臨時(shí)支撐，完成塔樓順作區(qū)施工。

4 環(huán)境影響評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目采用PLAXIS有限元分析軟件，選用平面應(yīng)變模型和Hardening-Soil硬化—彈塑性模型。地下連續(xù)墻、工程樁及周邊建筑均采用板單元進(jìn)行模擬，有限元模型主要計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 有限元模型主要計(jì)算參數(shù)表

工程設(shè)計(jì)中，選取了南側(cè)靠地鐵站的裙房和塔樓兩個(gè)剖面進(jìn)行了計(jì)算分析。模型計(jì)算寬度按基坑開挖水平影響范圍取圍護(hù)結(jié)構(gòu)外3倍開挖深度，計(jì)算深度取60.0 m，對(duì)模型兩側(cè)邊界施加水平向位移約束，底部邊界施加水平及垂直位移約束。裙房剖面分工況一：Ⅰ期放坡順作開挖，Ⅱ期場(chǎng)地作為施工平臺(tái)；工況二：Ⅱ期裙房逆作，分析模型和結(jié)果見(jiàn)圖2,圖3；工況三：Ⅱ期主樓順作，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 各工況計(jì)算結(jié)果匯總表

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目基坑支護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，全面分析了現(xiàn)場(chǎng)施工條件、既有建筑保護(hù)、工期和成本等因素，最終選定了“周邊局部逆作”的支護(hù)方案。并采用數(shù)值分析的方法，對(duì)順作和逆作過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，周邊環(huán)境變形和支撐體系內(nèi)力符合設(shè)計(jì)要求。