復(fù)雜條件下超深基坑三排樁支護(hù)逆作換撐施工技術(shù)

張相平，張滿江紅，王云鑫，張瀟丹

(中國建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東 深圳 518048)

1 工程概況

星河雅寶高科創(chuàng)新園四A地塊位于龍崗區(qū)坂田街道，占地面積3.88萬m2，總建筑面積35.44萬m2，項(xiàng)目由4棟建筑組成，共5層地下室，其中4-1棟為74層超高層塔樓，結(jié)構(gòu)高度為338.1m，結(jié)構(gòu)形式為帶加強(qiáng)層的框架-核心筒結(jié)構(gòu)；4-2和4-3棟為6層辦公樓，結(jié)構(gòu)高度32.35m，采用框架結(jié)構(gòu)；4-4棟為22層研發(fā)樓，結(jié)構(gòu)高度為118.8m，采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)。

項(xiàng)目北側(cè)與市政道路相鄰，基坑邊沿緊貼建筑紅線，該區(qū)域基坑支護(hù)原設(shè)計(jì)為雙排咬合樁+預(yù)應(yīng)力錨索+腰梁。因基坑北側(cè)存在10m×42m的敏感建筑物，其下方不允許預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)入。為避免預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)入敏感建筑物下方，將原本位于基坑邊緣的預(yù)應(yīng)力錨索向基坑內(nèi)側(cè)回退9.2m。預(yù)應(yīng)力錨索的位置變化致使這一區(qū)域52.1m×13.6m范圍內(nèi)的基坑支護(hù)體系需相應(yīng)做出重大設(shè)計(jì)調(diào)整，同時(shí)這一區(qū)域的基坑支護(hù)體系拆除和地下室施工方法也需跟隨調(diào)整。設(shè)計(jì)了3排支護(hù)樁(見圖1,2)，在該區(qū)域基坑內(nèi)部呈階梯狀分布，其中處最內(nèi)側(cè)的第3排樁為φ1.4m咬合樁，與回退至基坑內(nèi)的預(yù)應(yīng)力錨索共同形成1道支護(hù)結(jié)構(gòu)。在三排樁支護(hù)體系中，室外路面相對(duì)標(biāo)高為±0.000m，第1排樁位于基坑邊緣，其冠梁頂相對(duì)標(biāo)高為-0.500m；第2排樁位于基坑內(nèi)側(cè)，距第1排樁4.4m，其冠梁頂標(biāo)高為-5.000m。第1排樁與第2排樁之間設(shè)有混凝土平臺(tái)，起水平支撐作用，平臺(tái)與第2排樁的冠梁高度齊平。第3排樁位于基坑內(nèi)側(cè)，距第2排樁9.2m，其冠梁頂相對(duì)標(biāo)高為-11.000m。第2排樁與第3排樁之間設(shè)有混凝土平臺(tái)，起水平支撐作用，平臺(tái)與第3排樁的冠梁高度齊平。基坑底面標(biāo)高約為-26.800m。第1排樁為直徑1 400mm、間距1 800mm的咬合樁，第2及第3排樁均為直徑1 400mm、間距2 200mm的鋼筋混凝土樁，第3排樁設(shè)有預(yù)應(yīng)力錨索，錨索從咬合樁之間的素混凝土樁穿過，錨固于第1排支護(hù)樁。

圖1 三排樁支護(hù)平面

圖2 三排樁支護(hù)剖面

2 三排樁逆作區(qū)換撐工程總體施工流程

三排樁圍合區(qū)域以外的地下室采用順作法施工，待順作區(qū)域地下室頂板施工完畢，混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，開始三排樁圍合區(qū)域內(nèi)的地下室結(jié)構(gòu)施工。施工采用逆作法，以便將基坑北側(cè)土壓力由上至下逐層通過地下室樓板換撐傳力至塔樓，整個(gè)地下室形成對(duì)撐。同時(shí)由上至下逐步拆除位于基坑內(nèi)的第2和第3排樁及相關(guān)支護(hù)結(jié)構(gòu)。

三排樁圍合區(qū)域內(nèi)的地下室逆作時(shí)，先從上至下逐層施工水平結(jié)構(gòu)，施工完底板后，再從下至上逐層施工豎向結(jié)構(gòu)。在豎向結(jié)構(gòu)未施工前，梁板水平結(jié)構(gòu)缺少豎向支撐，為彌補(bǔ)梁板承載力不足的問題，需在順作區(qū)的邊緣增設(shè)一些墻、柱、反梁、斜撐等臨時(shí)結(jié)構(gòu)，這些臨時(shí)結(jié)構(gòu)將與后期逆作區(qū)的梁板結(jié)構(gòu)相連，為其提供支撐。這部分臨時(shí)結(jié)構(gòu)需隨順作區(qū)各層結(jié)構(gòu)同時(shí)施工。

三排樁圍合區(qū)域與4-1塔樓之間有1道230m長(zhǎng)、1m寬的沉降后澆帶及2個(gè)面積各約30m2的洞口。為保證基坑土壓力能連續(xù)傳至塔樓或在地下室范圍內(nèi)形成水平對(duì)撐，需要為沉降后澆帶和預(yù)留洞口安裝臨時(shí)傳力鋼梁，并加厚結(jié)構(gòu)板。各樓層傳力鋼梁安裝應(yīng)在該樓層樓板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到100%，且4-1塔樓外框施工至10層后，因?yàn)榇藭r(shí)塔樓的整體剛度和承載力可滿足抵抗側(cè)向土壓力的要求。

1)逆作區(qū)地下1層樓板與順作區(qū)地下1層樓板同時(shí)施工至距第2排支護(hù)樁400mm處，逆作區(qū)地下1層樓板下方設(shè)置鋼管柱作為豎向臨時(shí)支撐。

2)順、逆作區(qū)地下室頂板為一次性施工完畢，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到100%后，且塔樓外框結(jié)構(gòu)施工至10層以上，塔樓周邊沉降后澆帶和預(yù)留洞口的型鋼傳力帶及樓板加厚范圍施工完畢時(shí)，破除位于頂板與地下1層樓板之間的第1道平臺(tái)和第2排支護(hù)樁。待支護(hù)樁破至地下1層梁板底面標(biāo)高往下1m位置時(shí)暫停，然后施工地下1層逆作區(qū)域的結(jié)構(gòu)樓板及臨時(shí)換撐結(jié)構(gòu)(支撐位于第2排和第3排樁頂硬化底板上)。

3)逆作區(qū)地下1層樓板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到100%后，破除位于地下1層與地下2層樓板之間的第2排、第3排支護(hù)樁和第2道平臺(tái)。待支護(hù)樁破至地下2層梁板底面標(biāo)高往下1m位置時(shí)暫停，然后施工地下2層逆作區(qū)域的結(jié)構(gòu)樓板及臨時(shí)換撐結(jié)構(gòu)。

4)逆作區(qū)地下2層樓板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到100%后，拆除位于地下2層與地下3層樓板之間的第2排、第3排支護(hù)樁和錨索。待支護(hù)樁破至地下3層梁板底面標(biāo)高往下1m位置時(shí)暫停，然后進(jìn)行地下3層逆作區(qū)域的結(jié)構(gòu)樓板及臨時(shí)換撐結(jié)構(gòu)。

5)以此類推，直至逆作區(qū)地下室底板以上的支護(hù)結(jié)構(gòu)拆除完畢。

6)施工逆作區(qū)域內(nèi)的抗浮錨桿、地下室防水、地下室底板。

7)從下至上逐層施工豎向結(jié)構(gòu)，包括地下室墻柱及外墻。

8)從下至上跟隨豎向結(jié)構(gòu)的施工，逐層完成逆作區(qū)基坑肥槽回填。

9)采用繩鋸切割拆除逆作區(qū)地下室臨時(shí)換撐結(jié)構(gòu)，通過地下室坡道運(yùn)輸出場(chǎng)外。

3 臨時(shí)支撐措施

3.1 第1排樁增設(shè)腰梁及傳力板

逆作區(qū)地下室梁板施工時(shí)，由于正式的墻柱尚未施工，所以逆作區(qū)的梁板實(shí)際處于懸挑狀態(tài)，為減小逆作結(jié)構(gòu)梁板懸掛荷載，需要在第1排樁與各層樓板標(biāo)高平齊處增設(shè)1道腰梁，將逆作區(qū)的梁板結(jié)構(gòu)向外延伸，將梁板與第1排樁及增設(shè)的腰梁連接在一起。該做法一方面可為逆作區(qū)的梁板結(jié)構(gòu)提供臨時(shí)支撐，另一方面可將基坑側(cè)向土壓力傳遞至結(jié)構(gòu)樓板。

第1排支護(hù)樁上增加的腰梁寬≥700mm，腰梁高度≥樓層梁高度≥1 000mm，新增腰梁采用2排φ28mm鋼筋，植入深度為26d，并附加4排φ28mm鋼筋，植入15d，一起用于樓板與支護(hù)樁連接。

地下室各樓層梁延伸到支護(hù)樁上，地下室梁面筋需穿過腰梁植入支護(hù)樁26d，梁底筋一半錨入支護(hù)樁26d，一半則錨入腰梁內(nèi)(見圖3)。

圖3 支撐傳力梁板與支護(hù)樁互錨平面

3.2 順作區(qū)邊緣處增設(shè)臨時(shí)墻柱

順作區(qū)結(jié)構(gòu)梁板施工縫設(shè)置在距離第3排樁400mm處，順作區(qū)最外緣的1排結(jié)構(gòu)柱與第1排樁的間距為16.41m，為減小逆作區(qū)域梁板結(jié)構(gòu)跨度，同時(shí)增強(qiáng)順作區(qū)及逆作區(qū)結(jié)合部位單柱支撐穩(wěn)定性，在地下1層～地下5層靠近三排樁一側(cè)設(shè)置7根800mm×800mm和2根600mm×600mm臨時(shí)結(jié)構(gòu)柱。在地下1層～地下5層靠近施工電梯一側(cè)設(shè)置4道400mm厚臨時(shí)墻將永久柱與臨時(shí)柱連接成整體，臨時(shí)墻與第3排樁進(jìn)行植筋連接，如圖4所示。

圖4 地下1層～地下5層臨時(shí)墻柱與永久柱定位

3.3 逆作區(qū)地下1層增設(shè)臨時(shí)斜撐

由于地下室頂板承受力的側(cè)向土壓力在地下室各層樓板中最大，在缺少豎向支撐的情況下，為保證逆作區(qū)地下室頂板的承載力，在地下1層設(shè)置了2排臨時(shí)斜撐，用于加固地下室頂板。其中1排斜撐在第3排樁上方，它與地下1層地下室正式結(jié)構(gòu)同時(shí)施工。該排斜撐一端與順作區(qū)增設(shè)的臨時(shí)墻柱相連，另一端與逆作區(qū)的正式柱相連，因此此處地下室頂板施工時(shí)需同時(shí)施工1段吊柱。另一排斜撐靠近第1排樁，這排斜撐為后做結(jié)構(gòu)，需通過鉆孔植筋，一端與地下室頂板相連，另一端與第1排樁相連。

3.4 后澆帶增設(shè)水平傳力鋼梁

環(huán)4-1塔樓周邊有230m的沉降后澆帶，三排樁支護(hù)體系拆除前，需確保各層地下室的后澆帶處均安裝了臨時(shí)傳力鋼梁，以實(shí)現(xiàn)基坑側(cè)向土壓力連續(xù)傳遞至塔樓。臨時(shí)傳力鋼梁包括預(yù)埋在后澆帶兩側(cè)樓板或邊梁上的280mm×280mm×22mm及400mm×400mm×20mm錨板和H200×200×16傳力用的工字鋼梁，鋼梁間距為1 500～2 000mm，鋼梁與錨板采用焊接連接。若后澆帶兩側(cè)的樓板厚度不及錨板高度時(shí)，需增加邊梁或加厚樓板，保證錨板順利預(yù)埋，如圖5所示。

圖5 深基坑沉降后澆帶傳力結(jié)構(gòu)平面

3.5 地下1層逆作區(qū)增設(shè)鋼管柱

三排樁圍合區(qū)域內(nèi)地下1層樓板與順作區(qū)地下1層樓板同時(shí)施工至距第2排支護(hù)樁400mm處，逆作區(qū)地下1層樓板下方永久柱位置設(shè)鋼管柱作為豎向臨時(shí)支撐。逆作區(qū)內(nèi)先行施工的地下1層樓板，可為地下室頂板的模板支撐架提供支撐面，減小模板支撐架的搭設(shè)高度，降低施工危險(xiǎn)性。鋼管柱設(shè)置于地下2層與地下1層之間的第2道平臺(tái)上，待第1道平臺(tái)拆除完成，地下1層樓板剩余部分及相應(yīng)的換撐板施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%后拆除圓管鋼管柱。

臨時(shí)鋼管柱共8根，底部和頂部用耳板焊接尺寸為400mm×400mm×20mm厚鋼板。柱底端鋼板上均勻設(shè)置8個(gè)螺栓孔，與植于排樁上的地腳螺栓相連固定。圓管柱身可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況焊接加長(zhǎng)，焊接處需設(shè)置加焊肋板。

3.6 地下4層、地下5層樓板增設(shè)臨時(shí)反梁

本工程地下4層、地下5層采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式，在利用地下4層、地下5層樓板進(jìn)行換撐時(shí)，由于無梁樓板的剛度和承載力不滿足傳遞基坑側(cè)向土壓力的要求，需在板面增加臨時(shí)反梁。臨時(shí)反梁的一端與順作區(qū)永久柱錨固連接，另一端與第1排樁和新增腰梁錨固連接，以實(shí)現(xiàn)水平軸力傳遞。臨時(shí)反梁面筋穿過腰梁植入支護(hù)樁26d，梁底筋一半錨入支護(hù)樁26d，一半則錨入腰梁內(nèi)。

3.7 順作區(qū)地下室地下1層樓板洞口補(bǔ)強(qiáng)

4-1塔樓北側(cè)有2個(gè)面積30m2的施工電梯預(yù)留洞，洞口周邊存在應(yīng)力集中情況，對(duì)洞口周邊123m2范圍結(jié)構(gòu)板加厚，厚度由原150mm增加至350mm，并在沉降后澆帶中避開梁位置設(shè)置1m寬間隔布置混凝土臨時(shí)傳力板(見圖6)。

圖6 地下1層樓板洞口補(bǔ)強(qiáng)平面布置

4 特殊部位施工技術(shù)

4.1 逆作墻柱施工技術(shù)

逆作區(qū)的結(jié)構(gòu)柱和地下室外墻由地下5層逐層向上施工。地下室外墻施工需在地下室側(cè)搭設(shè)雙排鋼管架作為操作架，地下室外墻模板采用15mm厚模板，雙鋼管背楞，止水螺栓間距為458mm×458mm，并用鋼管斜撐固定。每根柱子上部設(shè)混凝土澆筑洞口和振搗洞口各1個(gè)，墻體上部的混凝土澆筑洞口和振搗洞口間隔2m設(shè)置1個(gè)，洞口緊貼梁底下方設(shè)置。洞口上方樓板需預(yù)留250mm×250mm的操作洞口(見圖7)，采用一種新型的鋼板滑槽以導(dǎo)流的形式進(jìn)行混凝土澆筑(見圖8)。

圖7 墻柱預(yù)留澆筑洞口

圖8 鋼板滑槽及逆作墻柱澆筑示意

利用現(xiàn)場(chǎng)鋼板廢料焊制鋼板滑槽，鋼板滑槽上部為導(dǎo)流板用以導(dǎo)流混凝土，防止混凝土濺射流失，與其底端焊接的為頂板，用于固定插入預(yù)留澆筑洞口的滑槽。滑槽底端為底板，用于將混凝土導(dǎo)入待澆筑墻柱模板內(nèi)部，如圖8所示。

4.2 逆作區(qū)地下室肥槽回填

地下室各層樓板向地下室外延伸至第1排樁，并與第1排樁及其腰梁錨固連接，以確保排樁側(cè)推力傳導(dǎo)。由于需要設(shè)置肥槽回填洞口，在地下室外墻與第1排樁腰梁間的傳力板并不連續(xù)，回填洞口尺寸約為1 150mm×710mm，確保開孔率≤25%。

地下室外墻封閉后，利用地下室外架進(jìn)行地下室外墻防水施工，然后在地下室頂板架設(shè)地泵直接通過預(yù)留肥槽回填口進(jìn)行C20素混凝土回填。

5 結(jié)語

隨著城市土地資源日益稀缺，越來越多項(xiàng)目的基坑邊沿緊貼紅線，當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)時(shí)，錨索會(huì)伸出紅線以外，影響相鄰的地下建(構(gòu))筑物。本工程為避免預(yù)應(yīng)力錨索出紅線，采取了三排支護(hù)樁結(jié)合逆作法換撐的復(fù)雜施工技術(shù)。經(jīng)過設(shè)計(jì)人員的周密設(shè)計(jì)以及施工人員的精心部署和實(shí)施，該工程地下室順利施工完畢，基坑肥槽回填完成，整個(gè)施工過程中，基坑最大水平位移11.7mm，周邊建筑物沉降約為2.24mm，其最大水平位移和沉降均在允許范圍內(nèi)。本工程的實(shí)踐可對(duì)今后項(xiàng)目遇到類似問題提供有益的借鑒。