24米深基坑地下地上双向施工的全逆作法施工技术
24米深基坑地下地上双向施工的全逆作法施工技术...
摘要：在详细阐述该工程概况、复杂的地质条件与脆弱的周围环境的基础上，分析了该工程采用逆作法施工的理由与施工总体部署，并深入分析该逆作法工程的特点、难点。基于此，针对该逆作法工程所需解决的各项难点技术问题，阐述了施工中技术攻关后所采取的各项关键施工技术，包括穿软土嵌硬岩地下连续墙、超深逆作法基坑分层按需式动态降水、高精度超深逆作法支撑桩柱一体化施工、逆作法土方与结构交叉施工工况科学化、独特的逆作法结构内防水施工、基础底板大体积混凝土施工以及监测主导的立体信息化施工等。
为此，本文以南京肯德基广场二期工程进行大规模且超深多层、地下地上双向施工的全逆作法，对工程逆作法施工方法选择，总体部署与难点、特点，以及地下连续墙、竖向支撑桩柱、降水、土方开挖的受力体系转换等各个关键施工技术创新攻关与成果进行详细阐述。
1 工程概况
南京德基广场二期工程用地面积21450m2，建筑总面积265126m2，由主塔楼62层(总高度348m)、裙8层与地下室5层组成(见图1)
2 工程地质条件
根据地质勘察资料，本场地区域构造稳定、地形开阔、稳定性较好，无地质灾害存在，无岩溶、土洞、危岩及对工程安全有影响的滑坡等不良地质作用的存在，无影响建筑物稳定性断裂通过。场地土质大致分5个主要工程地质层（略）需要指出:③-3淤泥质粉质黏土呈软塑、流塑状，稳定性极差，属典型的不良地质土层，自然放坡开挖极易导致塌方等事故。
根据地质勘探报告，场地地下水主要有潜水、1层承压水和2层承压水。其中，埋藏于④粉质黏土混粗砂、卵砾石层的2层承压水透水性、富水性较好，顶板埋深在地面32.4m左右，厚度约4m，承压水头埋深在地面4.42～4.45m，动水压力较大不利于桩基础混凝土水下浇筑。
工程地处南京最繁华的商业地段--新街口商业中心区，周围高层建筑、地铁、道路与管线等重要建筑分布密集。基坑西侧中山路下设地铁1号线新街口站至珠江路站地铁区间隧道，为钢筋混凝土圆形盾构隧道，隧道轨顶绝对标高约－7.38～－8.31m，轨顶埋深约18.28～19.21m，隧道内径5.5m，壁350mm;地铁隧道东侧边缘与基坑西侧边界的距离17m。基坑四周围墙外侧均为道路;分布有市政管线自来水管、煤气管道、电缆与光缆等各类管线18条。场地东北侧和南侧的两栋高层建筑采用了钻孔桩基础，且距离基坑30余m，对工程施工影响较小。
为确保地铁的正常运营，该工程基坑施工引起的路面沉降不得超过15mm、水平位移不得超35mm。此外，由于周围建筑与道路密集分布，基坑施工没有可放坡场地，施工场地的提供与工程最大化用地形成了明显矛盾。
3 施工方案确定
根据该工程的特点与场地条件等，经反复论证确定了采用全逆作法施工和相应的施工总体部署。
1)基坑施工与地铁等周围环境的安全需要逆作法以刚性大且嵌岩的地下连续墙作为基坑周圈竖向围护，并与水平结构楼板、竖向支撑桩柱形成整个稳定性高、刚性极强的地下支撑体系，可将基坑施工引起的变形、沉降降到最小。
2)最大化土地利用效益的需要工程地处南京高端商业中心，最大化空间显得尤其重要。逆作法以地下连续墙作为地下室结构外墙，既不需要坑外放坡空间，也避免了基坑临时围护结构占用土地。
3)裙楼地上结构形象进度要求应政府要求，工程需提前实现地上结构亮相。逆作法施工以±0.0楼板为施工作业平台，可加快地上结构施工进度，可提前1年实现地上结构封顶。
4)与顺作法相比，可减小地5层深达21.7m的深基坑所需的大量水平临时支撑结构的施工、拆除，降低相应的工程造价。
因此工程采用逆作法施工，总体施工部署确定为:先沿建筑物地下室轴线施工地下连续墙，同时施工建筑物地下室中间支撑桩和基础工程桩，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。然后进行降水施工与首层土方明挖，再施工首层的梁板结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑;随后逐层向下降水、暗挖土方和逆作地下各层结构，直至底板封底。上部各层结构以首层的楼面结构为平台同步向上逐层施工。如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。施工过程中对地下水位、支撑轴力、基坑位移以及道路沉降变形和周围建筑变形等进行全过程监测。
4 工程难点与特点
作为国内最深、规模最大的全逆作法工程之一，南京德基广场二期工程施工的难点与特点主要包括以下方面。
1)裙楼地下5层结构采用逆作法，地质条件差，深度21.70m;施工过程中，土体、结构受力传递体系明确、稳定、可靠，及时有效是关键。
2)周围建筑物和地下管线复杂，尤其是中山路地下的地铁隧道距西侧地下连续墙17m;施工中确保地下管线及地铁隧道安全是重点。
3)逆作法支撑桩柱垂直度要求达到1/600，精度要求高，相应施工技术攻关难度大。
4)基坑降水满足土方开挖要求与降水引起土体沉降，不利于逆作法结构施工的矛盾需要采取针对性技术措施。
5)穿土嵌岩地下连续墙的施工技术和关键质量控制技术是地下连续墙施工的重点。
此外，施工全过程有效的监测是实现工程信息化施工、保证工程安全的基础。
5 逆作法施工关键技术
5.1 穿软土嵌硬岩地下连续墙
地下连续墙采取“三墙合一”形式，即基坑施工时作为挡土和止水结构，基坑完成后兼作地下室结构外墙，地下连续墙施工要在深达40余m的上土下岩复杂地层中一次成槽与成墙，并要求确保施工质量与墙体垂直度。地下连续墙成槽选用SG30重型成槽机作为土体成槽设备与BAUER-CBC25/MBC3铣槽机作为岩层成槽设备进行分层成槽，并配合优质泥浆护壁措施，以实现高质量成槽。采用柔性圆形锁口管接头，以确保槽段之间相互咬合。
通过采用高精度超声波检测方法，随成槽过程跟踪检测成槽的垂直度，既保证了墙体垂直度，又避免了成槽倾斜返工，从而加快了施工进度。泥浆配合比设计在选用优质黏土等关键材料的基础上，从泥浆相对密度监测、返浆沉淀与调整利用、废浆判断与处理等进行了科学的设计。
此外，在高大钢筋笼吊装、槽底沉渣控制与槽底注浆、槽段接缝外侧高压旋喷桩施工等环节分别采取了针对性技术措施，并进行了质量重点控制。
5.2 超深逆作法支撑桩柱一体化施工
竖向支撑桩柱不仅是工程结构的主要竖向支撑，也是保证逆作法施工中水平支撑受力有效的关键结构。因此，桩柱施工质量、垂直度，尤其是逆作法钢管柱垂直(垂直≤/600，中心位移偏差≤5mm)的控制必须到位。逆作法竖向支撑桩柱采用一桩一柱整体施工，从技术方案上细化了每个施工环节:利用高精度超声波检测控制桩孔垂直度，通过多轴线定位与超声波检测，提高钢管柱安装垂直;采用高精度的垂直度实时监测仪器，对混凝土浇筑过程中钢管柱进行实时纠偏;采用水下混凝土浇筑，减小混凝土浇筑对钢管柱垂直度的扰动，以及通过钢管柱周围肥孔回填碎石，确保后续开挖土方及逆作结构施工期间钢管柱的稳定
5.3 超深逆作法基坑分层按需式动态降水
在基坑内外完整水位监测的指导下，采用分层按需式的动态降水运行模式，随着土方与结构施工断续分层降水，既满足土方开挖要求，又避免了楼板结构在混凝土养护期间的不良沉降变形。
逆作法中基坑施工与地下结构施工周期要比顺作法长，采用钢管井管，强度高，易于保护，确保了逆作法中井点降水的长周期稳定运行。
根据逆作法工况要求，本工程基坑分5层自地表逐层向下开挖，每层开挖同时进行楼板结构逆作法施工，相邻两层开挖均存在10～20d的间歇时间。其中，首层(±0.0板)结构施工时间约为2个月，首层封闭之后方可进行下层土方开挖。因此，整个待开挖土层的降水应以首层土体的疏干为主要依据，余下各层土体降水有足够的时间进行持续降水。逆作法中，基坑降水井点布置结合土层特点按首层土体降水判定布置井点，最大减小降水成本。
5.4 逆作法土方与结构交叉施工工况科学化
1)合理优化土方开挖标高与结构流水段，紧凑组织流水段套小流水的结构施工，加快逆作法结构施工进度，以快速形成基坑水平支撑。地下室单层面积16000m2000m2，由南向北A、B、C、D4个大区，每个大区又细3个流水段(D除外)
2)组织高效机械设备组合地2层3层逆作法出土口位置的留置及行车道的设置优化;逆作法盖挖方案可结合主楼空缺区域采用坡道开挖、长臂挖机垂直开挖(6～12m深)、伸缩臂抓斗(12～20m深度)垂直开挖等方式，以加快施工进度;出土口采用双轧提升架电动提升系统(150～250m3/日)与小挖机配合等设备组合。
3)最大化首层土方开挖在地下连续墙围护条件下，首层土方直接开挖到－7.6m，加大明挖开挖量，减小盖挖土方量。
土方开挖与逆作法结构工况的不断优化与有力实施是确保整个基坑与结构受力体系稳定的关键因素之一。
5.5 逆作法结构内防水施工
与顺作法结构相比，逆作法结构施工无法在底板、结构外墙用防水卷材施作外防水，主要通过结构处理进行内防水。
地下室外墙(地下连续)入岩至不透水岩层，并采取墙底后压浆、槽段接头高压旋喷封堵等方法杜绝地下水从墙底绕流与外墙渗漏。地下连续墙相邻槽段竖向接缝内侧采用400mm厚、C30P6钢筋混凝土内衬墙防水。
基础底板采C40P6混凝土刚性防水，基础底板顶面涂刷1.2mm厚水泥基渗透结晶型防水涂料加强防水。基础底板与地下连续墙接缝采用止水钢板封堵，止水钢板与地下连续墙之间缝隙用环氧树脂砂浆灌填密实。
5.6 基础底板大体积混凝土施工
逆作法以内防水的基础底板大体积混凝土施工为主，其防裂抗渗显得尤为重要。
1)通过试验不断优化配合比，提高混凝土自身抗裂防渗性能。全部采用补偿收缩性能混凝土，以抵消早期干缩裂缝和中期水化热引起的温度收缩裂缝。选用低水化热或中水化热硅酸盐水泥，加入Ⅰ级粉煤灰和S95级矿粉，充分利用混凝土后期强度，采90d龄期进行强度评定，掺加聚羧酸减水剂，减少水泥用量，显著地推迟和减少水化热。采用聚丙烯类纤维增强混凝土防裂技术、提高混凝土的极限拉伸强度。
2)施工中采“斜面分层法”施工，即“斜向分层、一次到底、梯级浇筑、逐渐倒退”的方式组织施工。同一施工段的混凝土必须连续浇筑，并在下层混凝土初凝之前将上一层混凝土浇筑完成。
此外，混凝土浇筑时做好测温并及时调整养护水水温，以控制混凝土内温差
5.7 监测主导的信息化施工
针对工程地质条件差、工况复杂、周围环境脆弱，建立了立体监测系统。监测系统共分沉降与位移观测、地下水位观测、基坑围护体系监测、钢筋应力计与混凝土应变计量测等方面进行施工全过程监测。历时近3年的施工，监测系统一直有效，并在地下2层以下各层土方开挖中加密了监测。整个工程施工过程中，各项指标的监测基本均处于预警值以下。
6 结语
南京德基广场二期工程是迄今为止国内已完成施工地下逆作层数最多的大型房建工程之一。本文在详细阐述了该工程概况、复杂的地质条件与脆弱的周围环境，并得出如下结论。
1)该工程充分结合工程复杂地质条件和周围脆弱环境选择全逆作法施工，既保证了周围环境稳定和施工安全，同时实现了地上结构的工期。该工程在工法选择上是合理、科学的
2)成槽超声波仪垂直度检测等措施保证了墙体的垂直;电阻仪使用很好控制了槽底沉渣厚度，后压浆技术也提高了地下连续墙的承载力
3)柔性圆形锁口管接头的使用确保了槽段接头的有效连接，接头外侧高压旋喷桩的止水封堵有效防止了接头渗水。
此外，严格的泥浆参数控制与泥浆循环、超长钢筋笼双机抬吊的吊装技术以及成槽垂直度的超声波检测等从不同角度保证了地下连续墙的顺利施工。
基于此，本文针对解决该逆作法工程所需解决的各项难点技术问题，阐述了施工中技术攻关后所采取的各项关键施工技术，包括穿软土嵌硬岩地下连续墙、超深逆作法基坑分层按需式动态降水、高精度超深逆作法支撑桩柱一体化施工、逆作法土方与结构交叉施工工况科学化、独特的逆作法结构内防水施工、基础底板大体积混凝土施工以及监测主导的立体信息化施工等。本工程逆作法综合施工技术的全面总结不仅是该工程成功实践的总结，也填补了逆作法施工中对于超深地上地下双向同步施工的施工理论与工程实践。
作者：刘春安 ，廖秋林 ，曾志献 ，曾广桃 ，张悦
来源筑龙岩土
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