局部逆作法在緊鄰地鐵超深基坑中的應用

張 穎

(云南建投第一勘察設計有限公司，云南 昆明 650011)

1 工程概況

本項目位于昆明主城核心區域，建24層～37層高層住宅樓3幢，6層～11層商業5幢，18層和28層辦公樓各1幢，28層酒店1幢，整體設置4層地下室。基坑平面呈矩形，東西長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928.0 m。

1.1 周邊環境

場地東側緊臨科華路，南距昆明地鐵2號線西苑站附屬結構12.0 m，北側和西側分別與D區和E區地塊相連，D區主體結構已封頂，E區正在進行地下室結構施工。人民西路、海源中路和科華路下均埋設有大量市政管線。

1.2 地質條件

表1 土層物理力學指標

場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，各土層物理力學指標見表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給。

2 基坑工程設計

本項目具有以下特點：

1)環境保護要求高。

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

2)基坑面積大和支護深度大。

3)基坑北側和西側分別是D地塊和E地塊，中間有寬25.0 m的規劃道路(現為施工便道)。

4)1號、2號塔樓位于南、東側中部，緊鄰地下室邊緣，超高層結構的復雜性和重要性，決定了其必須采用順作施工方案。

2.1 總體方案設計

參考文獻[1][2]，根據基坑支護工程特點和場地條件，本項目采用分區施工，局部逆作方案。Ⅰ期工程位于場地西北側，基坑北側與D區相鄰區域采用排樁+預應力錨索和放坡支護，基坑西側與E區相鄰區域采用放坡支護，Ⅰ期土方開挖至坑底后主體結構順作。Ⅱ期工程采用塔樓順作、裙房逆作施工。為節省成本，Ⅱ期區域圍護結構選用厚度1 000 mm的鋼筋混凝土地下連續墻，后期作為地下室結構外墻(兩墻合一)，地下室樓板作為水平支撐構件，局部樓板缺失處設置臨時混凝土支撐以滿足結構水平傳力要求，1號、2號塔樓地下室部分水平支撐為臨時支撐梁。利用主體結構的一柱一樁作為豎向支承系統，基坑使用階段以鋼格構柱承受豎向荷載，逆作施工結束后，在立柱外包鋼筋混凝土形成主體結構勁性柱。

2.2 圍護結構設計

文獻[3][4]，針對本工程基坑平面尺寸大、開挖深度深、地質條件和周圍環境復雜這一特點，經計算采用厚1.0 m 的地下連續墻作為臨時擋土結構兼永久結構地下室外墻，各幅墻接頭采用十字鋼板接頭，地連墻深度34.0 m～38.0 m，地連墻頂部設置1.0 m×1.5 m(高)的壓頂梁，典型剖面計算結果見表2。

表2 典型剖面計算結果

地下連續墻與地下室各層樓板采用鉸接連接，與筏板采用剛性連接。為提高地下連續墻的成槽質量及抗滲能力，減少成槽施工對周邊環境的影響，在地下連續墻外側采用三軸水泥土攪拌樁進行槽壁加固。

為協調地下連續墻與工程樁之間的差異沉降，在每幅槽段內預留兩根注漿管，進行樁底后注漿。

2.3 水平支撐體系設計

2.3.1裙房逆作區

Ⅱ期區域采用裙房區4層地下室梁板作為水平支撐體系，B1板兼作后期施工場地，施工堆載和土方運輸走車范圍內的板和立柱進行加固設計。裙房區逆作階段，結構在平面上存在的高差對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逆作階段水平力的傳遞極為不利，設計對這類情況采取結構加腋的方案進行處理，附加腋角逆作施工結束后可根據建筑使用功能的要求確定是否保留。

在下沉廣場、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，設置臨時支撐和圈梁進行加固，使其與結構梁板共同形成平面支撐體系。各層樓板邊開孔處設截面尺寸為500 mm×500 mm的對撐，間距為8.0 m，孔邊設加強圈梁，截面尺寸為1 100 mm×800 mm，混凝土強度等級為C30。其余，樓板缺失區域在逆作施工階段需采用板臨時封閉，待逆作施工結束，并且地下室達到一定整體剛度后鑿除。

2.3.2塔樓順作區

1號、2號塔樓由于其結構復雜性和重要性，不宜采用剪力墻逆作方案。為確保塔樓區域水平傳力體系的剛度和強度，支護方案設計時設置了四道臨時鋼筋混凝土支撐，支撐平面布置采用周邊封閉設置的邊桁架+角撐的布置形式，邊桁架通過裙房梁板結構上設置的牛腿(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，混凝土強度等級為C30。

2.4 逆作區土方施工

Ⅱ期區域逆作施工期間，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。設計方案中在地下室各層利用結構洞口和塔樓筒體等部位留設了5個出土口，取土口尺寸在滿足結構受力要求的情況下，盡可能采用大開口，口邊設加強圈梁，截面尺寸為1 100 mm×800 mm，混凝土強度等級為C30，出土口水平間距取30.0 m～35.0 m。

參考文獻[1][2],土方開挖和結構施工時，可通過劃分施工塊，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”筏板達到一定強度后，再按一定間距抽條開挖周邊土方，并分塊澆搗基礎底板。

土方采用暗挖法施工期間，坑內采用小挖機進行作業，地面采用長臂挖機等設備進行作業。施工組織設計時應充分利用既有洞口，設置通風、照明措施確保施工安全。

2.5 豎向支承結構設計

參考文獻[3],豎向承重結構在逆作法施工期間，地下室底板未澆筑之前，承受地下和地上各層的結構自重和施工荷載；在地下室底板澆筑后與底板連成整體，成為地下室結構的一部分。經設計計算，本項目逆作區豎向立柱采用強度等級為Q345B的φ650×20鋼管混凝土柱(鋼管內混凝土強度等級為C60)，一柱一樁，鋼管立柱垂直度要求為1/500；逆作施工結束后，鋼立柱外包鋼筋混凝土，形成勁性混凝土柱。塔樓區臨時立柱采用鋼格構立柱，共73根，全部利用工程樁作立柱樁。

參考文獻[1],與主體地下結構柱相結合的立柱和立柱樁分別按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態驗算其豎向承載力和沉降量，并滿足永久地下結構的受力、變形以及穩定性要求。為協調豎向構件不均勻變形，設計時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期逆作區圍護結構與Ⅰ期順作區施工同步進行，逆作區首先進行三軸深攪槽壁加固、地連墻導墻、地連墻和逆作區立柱及立柱樁施工。待Ⅰ期主體結構出地面層(±0.0)后，Ⅱ期基坑進行土方開挖和水平梁板結構施工，施工順序如下：

1)逆作區土方開挖至B1樓板底，設置底模，鋼筋混凝土頂圈梁和B1梁板法施工，并與Ⅰ期B1樓板結構連接，梁板結構開口處設置圈梁和臨時支撐。

2)逆作區土方開挖至B2樓板底，設置底模，B2梁板施工，并與Ⅰ期B2樓板結構連接，梁板結構開口處設置圈梁和臨時支撐。

3)逆作區土方開挖至B3樓板底，設置底模，B3梁板施工，并與Ⅰ期B2樓板結構連接，梁板結構開口處設置圈梁和臨時支撐。

4)土方開挖至筏板底，筏板和換撐板施工，并與Ⅰ期筏板結構連接，拆除塔樓區第四道鋼筋混凝土臨時支撐。

5)塔樓區-4層地下室結構和換撐板施工，養護強度達到設計要求后，拆除塔樓區第四道鋼筋混凝土臨時支撐。

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

4 環境影響評價

本項目采用PLAXIS有限元分析軟件，選用平面應變模型和Hardening-Soil硬化—彈塑性模型。地下連續墻、工程樁及周邊建筑均采用板單元進行模擬，有限元模型主要計算參數見表3。

表3 有限元模型主要計算參數表

工程設計中，選取了南側靠地鐵站的裙房和塔樓兩個剖面進行了計算分析。模型計算寬度按基坑開挖水平影響范圍取圍護結構外3倍開挖深度，計算深度取60.0 m，對模型兩側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期場地作為施工平臺；工況二：Ⅱ期裙房逆作，分析模型和結果見圖2,圖3；工況三：Ⅱ期主樓順作，計算結果如表4所示。

表4 各工況計算結果匯總表

5 結語

本項目基坑支護設計過程中，全面分析了現場施工條件、既有建筑保護、工期和成本等因素，最終選定了“周邊局部逆作”的支護方案。并采用數值分析的方法，對順作和逆作過程進行數值模擬，周邊環境變形和支撐體系內力符合設計要求。