超高層住宅地下共構施工關鍵技術研究

胡 旸 李 山 馬繼鋒 肖金東 吳 云

人口劇增而產(chǎn)生的公共交通問題，已經(jīng)成為制約城市發(fā)展的一個重要因素[1-3]。合理開發(fā)利用城市地下空間已成為城市現(xiàn)代化進程中必然的趨勢，其中地鐵逐漸成為城市軌道交通建設的重要形式，也是現(xiàn)代化城市的重要標志[4]。而城市地鐵多修建在建筑物眾多、人流量集中、交通壓力大的地段，往往會與地上建筑的施工存在沖突，使不同對象之間相互影響制約，對建筑物的施工帶來巨大挑戰(zhàn)[5]。超高層建筑基礎施工時必將擾動地下巖土體，使圍巖應力重新分布，宏觀上表現(xiàn)為地層的變形與移動，形成常見的施工沉降槽[6]。施工沉降槽將會使周圍地面發(fā)生沉降和塌陷，進而導致城市路面破損、地下已有管道變形乃至破裂以及既有建筑等市政工程的破壞[7]。

為了有效防止地鐵和鄰近超高層建筑共構區(qū)可能存在的沉降和滲漏風險，提高共構施工時地下室頂板的抗?jié)B能力和掌握基坑的變形趨勢，以華潤置地中心17 號地塊項目為例，對防滲和變形關鍵技術進行了分析，為類似項目提供指導和借鑒。

1 工程概況和施工難點

1.1 項目概況

華潤置地中心17 號地塊項目由5棟超高層住宅、5 棟商業(yè)樓、1 棟城市展廳及1 棟軌行區(qū)組成，最高69 層，軌行區(qū)3 層。本工程為全國在建純住宅項目中的第一高樓，廣東省東莞市首個地下軌道+超高層住宅示范項目，項目用地面積3.39 萬m2，總建筑面積27.87 萬m2，地下建筑面積7.50 萬m2（負3 層有13347 m2的人防），最大建筑高度249.35 m。項目位于東莞地鐵8 號線上方（未建），需要同時進行地鐵軌行區(qū)和超高層住宅的施工，兩個工程存在共構施工，施工過程會產(chǎn)生相互影響，其中存在建筑物變形和滲漏風險，且部分耦合區(qū)域材料管線布置交叉、工序復雜，因此研究后項目采用超高層住宅與地鐵隧道的地下共構施工技術。

1.2 地下共構施工難點

由于工程軌行區(qū)總長約200 m，貫穿項目，地下室頂板埋深遠低于地下水位，孔隙水壓大，加大了滲漏風險，同時地下室頂板施工時處于雨季，支護存在滲漏風險；地下室頂板下方有3 ～4 m 深的回填土，在地下水的作用下回填土中的水可能上返或下滲，同樣存在滲漏風險。建筑基坑開挖深度30.33 m，長度較長，且基坑開挖過程中要進行拆換撐，拆換撐會導致基坑受力條件發(fā)生變化，存在變形和安全風險。建筑地下室基坑采用“咬合樁+內(nèi)支撐”，形成上部空樁“先淺后深”作業(yè)，且在負1 層標高位置施工（上部空樁），咬合樁施工質(zhì)量難以保證。各施工段兩側(cè)塔樓體量、動工順序均不相同。本項目共構施工過程中主要難點為建筑底板防滲和基坑結(jié)構變形控制。因此針對結(jié)構變形和滲漏情況，提出了相應的控制措施。

2 共構區(qū)滲漏控制關鍵技術

2.1 滲漏控制

由于地下室底板下部有3 ～4 m深的回填土，在地下水的作用下回填土中的水可能上返或下滲，因此制訂了地下室頂板的防滲漏措施。其中，施工縫位置處理和防水工程是地下共構工程質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量將直接影響地下室的安全和效果。首先要保證地下室頂板有足夠的強度才能開展頂板的防水施工。如果頂板存在分層、開裂、起皮等情況，要及時處理問題部位，同時用高壓水槍對問題位置進行沖洗，除去松動部位后再進行二次清洗。

對地下室頂板進行整體清潔和問題部位處理之后，開始處理地下室頂板的施工縫。施工縫通常采用柔性的防水材料，能夠適應頂板的變形和收縮，防止水分滲透。在填充施工縫之前，要確保施工縫表面清潔，無灰塵、油污等雜物，可采用吸塵、刷洗等方法對施工縫進行清理。使用填充材料對施工縫進行密封時，確保填充材料完全填滿施工縫，形成連續(xù)、致密的防水層。在處理完施工縫后要進行表面的修整，使其與周圍結(jié)構形成良好的銜接。完成施工縫處理后，要定期進行檢查和維護，確保施工縫的防水效果的持久穩(wěn)定。在軌行區(qū)工程中，施工縫通常設置在軌行區(qū)外墻，且預留位置在地下室頂板底板180 mm以上，以滿足結(jié)構變形和熱脹冷縮的要求。在處理施工縫時，要對地下室外墻做刷毛處理，清除表面浮漿，確保施工縫的位置清晰可見且無雜質(zhì)，同時注意保持施工縫的濕潤。處理完施工縫后設置水泥漿，比例為1 : 1，厚度為35 ～45 mm。鋪設完水泥漿后澆筑上層混凝土，同時按照設計標準壓實作業(yè)面。

2.2 防滲效果分析

為了確定防水施工的有效性，通過閉水試驗的方式檢驗了實際工程中地下室頂板的防水效果。開始試驗前，嚴格根據(jù)上述施工方式進行地下室頂板防水工程，保證施工的規(guī)范化。在施工時注意穿墻螺栓和施工縫的防水處理。完成地下室頂板防水施工后，開始在軌行區(qū)上部蓄水，蓄水深度要＞20 mm，30 ～40 mm 為蓄水深度的最佳范圍，蓄水時間要在24 h 以上。

在進行地下室頂板防水效果試驗時，在前5 h 內(nèi)每間隔1 h 檢測一次頂板的滲漏情況；當試驗開始超過5 h后，技術人員每隔3 ～4 h 檢測一次頂板的滲漏情況。滲水試驗持續(xù)進行24 h內(nèi)地下室頂板若發(fā)現(xiàn)有滲水、漏水情況，則立刻結(jié)束試驗，立即對地下室頂板進行檢查，并修補滲水部位；若24 h 后地下室頂板不存在滲水、滲漏情況，則代表防水效果較好，防水工程質(zhì)量合格，可以驗收。為了避免出現(xiàn)誤差，保證試驗結(jié)果的客觀性，需對地下室頂板閉水試驗過程中的滲水量進行計算，計算公式為：

式中：q為地下室頂板在閉水試驗中滲水量，單位為L/(min·m)；W為補水量，單位為L；Tg為觀測時間，單位為min；L為試驗段長度，單位為m。

結(jié)果如表1 所示。由表1 可知，在閉水試驗開始至27 h 內(nèi)，地下室頂板沒有出現(xiàn)滲漏情況，滲水量等于0；當試驗進行至30 h 時，地下室頂板出現(xiàn)滲水情況，且隨著試驗的持續(xù)，地下室頂板滲水量不斷增加。

表1 地下室頂板閉水試驗檢測結(jié)果

根據(jù)地下室頂板施工需求和閉水試驗結(jié)果，能夠得出在實際工程中采取地下室頂板防水、防滲施工方式有較好的防水效果，能夠避免地下室頂板出現(xiàn)滲漏的情況，保證了軌行區(qū)的施工質(zhì)量。

3 共構區(qū)變形控制關鍵技術

本項目基坑開挖深度比較大（30.33 m），屬于危險性較高的分項工程，而變形監(jiān)測則是對深基坑施工質(zhì)量和安全性的重要保障。通過持續(xù)實時監(jiān)測基坑支護結(jié)構變形情況，掌握其變化趨勢，保證基坑順利開挖，同時對變形較大的部位做好及時預警工作，采取積極主動的應對措施，如減小基坑周邊荷載、增設支撐數(shù)量等，達到減少工程風險的目的。監(jiān)測項目含支護結(jié)構頂部沉降和水平位移，實時監(jiān)測基坑支撐結(jié)構的變形情況。監(jiān)測時設置支護結(jié)構水平位移和豎向位移累計值和變化速率的監(jiān)測報警值，變化速率監(jiān)測報警值為6 mm/d，水平位移累計值監(jiān)測報警值為50 mm，豎向位移累計值監(jiān)測報警值為30 mm。在監(jiān)測支護結(jié)構頂部豎向沉降和水平位移時，將基坑開挖時作為監(jiān)測起始點，持續(xù)監(jiān)測到基坑挖至基底5 d 后。由于所監(jiān)測基坑深30.33 m，從地面挖至基坑底部共耗時35 d，故總監(jiān)測時長為40 d。監(jiān)測時考慮到基坑形狀近似于長方形，故選取基坑每邊的中點—測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)對樁頂水平位移和沉降值進行分析，共4 個測點，編號為A ～D。鋼支護結(jié)構頂部沉降和水平位移監(jiān)測，結(jié)果如表2 所示。

表2 鋼支護結(jié)構頂部沉降和水平位移監(jiān)測結(jié)果

由表2 可知，檢測開始后10 d 內(nèi)基坑支護結(jié)構頂部水平位移緩慢增加，開挖中期（10 ～30 d）基坑支護結(jié)構頂部水平位移快速增加，而開挖后期（30 ～40 d）逐漸趨于穩(wěn)定，且各測點水平位移增加幅度在6 mm/d 以下，45 mm 為水平位移最終累計峰值，未超過預警值50 mm。隨著土體開挖，支護頂部沉降整體趨勢為緩慢增加，各測點頂部沉降增加幅度在4 mm/d 以下，22 mm 為支護頂部沉降最終累計峰值，未超過預警值30 mm，表示基坑工程變形值在允許范圍內(nèi)，較安全。

4 BIM 技術在共構區(qū)施工中的應用

由于共構區(qū)施工過程復雜，工序繁多，僅僅依靠二維圖紙并不能完全預估或檢查出施工過程的沖突。在建造共構區(qū)的過程中，保證施工可行性，引入建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）新技術，通過對共構結(jié)構的施工過程進行方案模擬和比選，分析各項技術與經(jīng)濟指標，對項目整體進行精細化管控，充分運用BIM 5D 實現(xiàn)施工過程可視化與工程進度安排的有機結(jié)合。建立共構區(qū)BIM，在空間上展示圖紙細部節(jié)點，并對共構區(qū)施工過程進行模擬，提前發(fā)現(xiàn)阻礙施工的各項問題，組織開展方案研討，優(yōu)化施工方案，縮短施工工期。同時可通過3D 圖紙對基層工作人員進行交底，提升施工質(zhì)量。

5 結(jié)語

為了提高共構施工時地下室頂板的抗?jié)B能力和掌握基坑的變形趨勢，以華潤置地中心17 號地塊項目為例，對防滲和變形關鍵技術進行了分析，得出以下結(jié)論：第1，針對地下室頂板防水處理、施工縫和防水施工提出了具體的防水方案，并通過閉水試驗檢驗了防水工程效果，發(fā)現(xiàn)試驗進行至30 h 時，地下室頂板逐漸滲水，且隨著試驗持續(xù)，地下室頂板滲水量不斷增加，這表明防水、防滲效果較好，能避免軌行區(qū)出現(xiàn)滲漏的情況。第2，在基坑施工監(jiān)測期間，支護結(jié)構頂部水平位移增加速度在6 mm/d 以下，45 mm 為水平位移最終累計峰值，未超過預警值50 mm；頂部沉降增大速度在4 mm/d 以下，22 mm 為支護結(jié)構頂部沉降最終累計峰值，未超過預警值30 mm，表示基坑工程變形值在允許范圍內(nèi)，較為安全。第3，建立共構區(qū)BIM 模型，在空間上展示圖紙細部節(jié)點，并對共構區(qū)施工過程進行模擬，提前發(fā)現(xiàn)阻礙施工的各項問題，組織方案研討，優(yōu)化施工方案，縮短施工工期，提升施工質(zhì)量。