1 項(xiàng)目概況

北京大學(xué)景觀設(shè)計(jì)學(xué)大樓位于北京市海淀區(qū)中關(guān)村北大街東側(cè)，北京大學(xué)校區(qū)內(nèi)，分為I、II兩段，中間以一顆被保護(hù)古樹(shù)分割，兩段通過(guò)連廊連接。I段長(zhǎng)32.7m，寬25.4m，主要功能為教室和展廳；房屋結(jié)構(gòu)高度17.2m，地上5層，地下1層，地下為人防，層高分別為地下一層3.8m，首層3.8m，2～5層3.4m。II段長(zhǎng)129.4m，寬35.2m，主要功能為辦公室和實(shí)驗(yàn)室，房屋結(jié)構(gòu)高度為15.6m，地上4層，地下1層，層高分別為地下一層4.0m，2～4層3.9m。I，II兩段均采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，平板式筏型基礎(chǔ)，I段基底標(biāo)高-4.250m，板厚600mm；II段基底標(biāo)高-4.500m，板厚500mm。平面位置見(jiàn)圖1。

圖1

如圖所示，北京大學(xué)景觀設(shè)計(jì)學(xué)大樓上跨地鐵4號(hào)線北大東門(mén)站～圓明園站區(qū)間，施工時(shí)由于基礎(chǔ)基坑的開(kāi)挖，地基卸載會(huì)造成地鐵軌道地基回彈，可能影響地鐵安全運(yùn)營(yíng)。因此，地鐵有關(guān)部門(mén)要求，對(duì)四號(hào)線地鐵軌道地基的變形控制要求為：上浮不大于2mm，下沉不大于3mm。由于本工程為框架結(jié)構(gòu)且高度有限，重量較輕，在基礎(chǔ)施工過(guò)程中，挖土的卸載重量略大于上部結(jié)構(gòu)施工完畢后結(jié)構(gòu)自重及使用荷載的重量，不會(huì)造成對(duì)地鐵軌道的下沉影響；控制上浮量成為主要因素。

建筑物與地鐵相對(duì)位置的剖面圖如圖2

2 建筑物建造可行性計(jì)算

允許本工程建設(shè)的前提條件為在建設(shè)完成后，地鐵頂面的壓力減少值（挖掉土體的重量與建筑物重量之差）所引起的地鐵回彈值不應(yīng)超過(guò)2mm。

（1）建設(shè)完成，地鐵頂面土體壓力減少值計(jì)算

I段：4.950x18=89.1KN/m2（較整平地面）

II段：5.100x18=91.8KN/m2（較整平地面）

（2）建設(shè)完成后，建筑物（自重+恒載）單位面積重量為I段：87.52KN/m2

圖2

II段：79.37KN/m2

（3）建設(shè)完成后地鐵表面卸荷

I段：89.10-87.52=1.58KN/m2

II段：91.80-79.37=12.43KN/m2

據(jù)相關(guān)評(píng)估單位計(jì)算，由于壓力減小值較小，地鐵軌道地基上浮量為0.85mm，在允許范圍內(nèi)，符合要求?？梢?jiàn)，在建筑物建設(shè)完成后，不會(huì)對(duì)地鐵安全營(yíng)運(yùn)產(chǎn)生影響。

控制地鐵軌道地基的上浮限值不僅要求在建設(shè)完成時(shí)保證滿足，更重要的是在整個(gè)施工過(guò)程的各個(gè)階段滿足要求。如施工采用大開(kāi)挖，由于土體開(kāi)挖對(duì)地鐵頂面卸荷較大，特別是在基礎(chǔ)底板施工前，卸荷達(dá)到最大，這時(shí)地鐵軌道地基將發(fā)生回彈，上浮達(dá)到最大。此時(shí)，I段卸荷為89.1KN/m2，II段為91.8KN/m2，經(jīng)評(píng)估，地鐵回彈6.29mm，超過(guò)了地鐵上浮2mm的限值，不滿足地鐵運(yùn)營(yíng)安全的要求。采用合適的施工方案滿足地鐵運(yùn)營(yíng)的安全成為本工程建設(shè)的主要因素，因此，從以下幾方面做了探討與研究。

3 基坑開(kāi)挖方案

（1）逆作法

逆作法的工序?yàn)橄妊亟ㄖ锏叵率逸S線或周圍施工地下連續(xù)墻或其他支護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)建筑物內(nèi)部的有關(guān)位置澆筑或打下中間支承樁和柱，作為施工期間于底板封底之前承受上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的支撐。然后施工地面一層的梁板樓面結(jié)構(gòu)，作為豎向結(jié)構(gòu)剛度很大的側(cè)向支撐。隨后逐層向下開(kāi)挖土方和澆筑各層地下結(jié)構(gòu)，直至底板封底。同時(shí)，由于地面一層的樓面結(jié)構(gòu)已完成，為上部結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造了條件，所以可以同時(shí)向上逐層進(jìn)行地上結(jié)構(gòu)的施工。如此地面上、下同時(shí)進(jìn)行施工，直至工程結(jié)束。

對(duì)本工程而言，保證地鐵軌道地基上浮在允許范圍內(nèi)的關(guān)鍵是要保證地鐵頂面壓力始終處于相對(duì)平衡狀態(tài)。逆作法的施工工序（先施工上部結(jié)構(gòu)，隨著上部荷載的增加，挖掉相應(yīng)重量的土體，使之始終處于平衡狀態(tài)，直到最終施工完成）能非常有利的保持地鐵軌道頂面壓力平衡。

經(jīng)計(jì)算，本工程地上結(jié)構(gòu)全部完工時(shí)（僅考慮結(jié)構(gòu)自重），I段可開(kāi)挖基坑深度為2.19m，II段可開(kāi)挖1.91m。即當(dāng)上部結(jié)構(gòu)施工完畢時(shí)，仍然不能全部置換地下室挖土深度。經(jīng)計(jì)算，此時(shí)I段卸載量49.68KN/m2，II段為 57.42KN/m2，地鐵基坑回彈量為3.947mm，無(wú)法滿足地鐵回彈要求。需繼續(xù)施工加載，才可挖去剩余土體從而施工地下結(jié)構(gòu)。

逆作法的特點(diǎn)對(duì)于多層地下室高層建筑可縮短工期，經(jīng)濟(jì)效益明顯。對(duì)于本工程建筑而言，地上多層，地下僅有一層，采用逆作法不能達(dá)到控制地鐵軌道地基回彈的目的，不適合采用。

（2）配重法

配重法的思路為利用配重來(lái)補(bǔ)償挖土損失的荷載，從而達(dá)到地鐵軌道頂面壓力相對(duì)平衡的目的，解決由于壓力變化引起地鐵上浮變形超過(guò)允許值得問(wèn)題。

針對(duì)配重法，評(píng)估單位經(jīng)過(guò)計(jì)算，提出了施工要求：

1） 分條開(kāi)挖平均寬度為20m時(shí)；

2） 反壓荷載應(yīng)達(dá)到開(kāi)挖5m土體重量的70%及以上；

3） 分條放坡開(kāi)挖坡度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)情況采用盡量小的坡度，建議坡度1:0.5-1:0.7。

這一方案從理論和概念上都能較好的控制地基軌道回彈量，關(guān)鍵在于如何實(shí)施方案。

首先考慮固體配重，針對(duì)于此工程，采用分塊施工，固體配重的施工方法。

施工時(shí)，依據(jù)評(píng)估要求，將建筑物分為寬度不大于20m的施工段，每段基坑開(kāi)挖后，按結(jié)構(gòu)施工圖進(jìn)行基礎(chǔ)底板、柱子、外墻、內(nèi)墻的施工。當(dāng)本區(qū)段施工完畢后，按要求進(jìn)行固體反壓配重堆載。反壓堆載的重量應(yīng)滿足評(píng)估單位提供的施工要求。然后按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行下一區(qū)段的施工且應(yīng)跳格施工，依次類推。整個(gè)區(qū)域的基礎(chǔ)施工完成后（此時(shí)反壓固體堆載也施加完成），再進(jìn)行首層樓面的施工，進(jìn)而進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工。隨著上部結(jié)構(gòu)的施工，重量增加，在地鐵頂部土壓力保持平衡的狀態(tài)下，可以逐漸按比列撤除基底上的固體堆載。當(dāng)上部建筑物全部施工結(jié)束后，方可撤除基礎(chǔ)底板上的全部固體堆載。然后進(jìn)行機(jī)電安裝及裝修工程。

配重重量計(jì)算：挖土卸載總重為：

I段 ：4.95×18=89.10KN/m2；

II段 ：5.10×18=91.80KN/m2；

在施工完成后，需反壓總重量至少為實(shí)際卸載的70%：

I段 ：89.1×70%=62.37KN/m2；

II段 ：91.8×70%=64.26KN/m2。

基礎(chǔ)底板施工完畢后在底板上施加的反壓荷載為：

I段：62.37-0.6×25-0.1×24=44.97KN/m2，即最后取值：45KN/m2

II段：64.26-0.5×25-0.1×24=49.36KN/m2，即最后取值：50KN/m2

由計(jì)算可知，每平米需配重量最大為5噸，在施工現(xiàn)場(chǎng)較容易實(shí)現(xiàn)?？啥演d混凝土塊（折合混凝土塊2m）。固體配重法雖避免了逆作法的缺點(diǎn)，但仍然有其自身不足，如后期壓重的撤離無(wú)法吊裝，也無(wú)法人工搬運(yùn)；同時(shí)隨著上部結(jié)構(gòu)施工，固體配重?zé)o法較準(zhǔn)確卸載等等。

其次考慮液體配重，為了更精確保持地鐵頂面荷載平衡，盡量準(zhǔn)確逐步協(xié)調(diào)撤掉配重，提出液體配重的施工方案。

液體配重方案的思路與固體配重基本一致，仍為分段開(kāi)挖，但開(kāi)挖完成后，施工外墻及基礎(chǔ)底板時(shí)需預(yù)留埋件以焊接擋水鋼板。由擋水鋼板，基礎(chǔ)底板，以及地下室外墻形成液體池，用來(lái)注入液體進(jìn)行配重。隨著上部結(jié)構(gòu)的施工，相應(yīng)比例的排出液體，使之始終處于平衡狀態(tài)。待上部結(jié)構(gòu)施工結(jié)束，液體配重全部撤除后，可拆除擋水鋼板，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)施工。

圖3

圖4

采用液體配重方案的優(yōu)點(diǎn)在于加載和撤離方便；可精確控制卸載量。液體的卸載可配置管道釋放液體，并且通過(guò)釋放液體的體積來(lái)精確控制卸載量，從而更好的控制地鐵頂面壓力。

但此方案會(huì)使得混凝土長(zhǎng)時(shí)間在水中浸泡，需在混凝土中添加外加劑來(lái)防止液體對(duì)混凝土的腐蝕。同時(shí)要時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防止液體滲漏對(duì)地鐵安全運(yùn)行的影響及地基基礎(chǔ)的不均勻沉降。如果發(fā)生嚴(yán)重滲漏，會(huì)對(duì)地鐵的營(yíng)運(yùn)安全造成影響。

（3）錨拉桿+反壓式網(wǎng)架地梁

逆作法和配重法采用的是“防”的方法，即設(shè)法通過(guò)荷載平衡來(lái)防止地鐵頂面足以引起鐵地地基豎向位移變化超過(guò)限值的壓力變化。而錨拉桿+反壓式網(wǎng)架地梁是采用“抗”的方法，即當(dāng)卸荷產(chǎn)生上浮力時(shí)，通過(guò)梁→錨桿→土體將上浮力傳至深層土，從而限制地鐵地基上浮。

本工程拉錨樁在基礎(chǔ)墊層以下設(shè)置，樁徑600mm，樁長(zhǎng)27.0m，樁端位于地鐵隧道結(jié)構(gòu)底不小于10.0m；采用鋼筋混凝土灌注樁，需在基坑開(kāi)挖前作業(yè)完成，剖面圖如圖3。樁頂設(shè)置反壓式網(wǎng)架地梁，梁標(biāo)高位于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)墊層底以下；錨拉樁位于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)部位，如圖4。開(kāi)挖方式為由北向南（由左至右）遞進(jìn)式開(kāi)挖。每條開(kāi)挖寬度約20m左右，以保證開(kāi)挖過(guò)程中地基回彈在允許限值內(nèi)，每段開(kāi)挖至基底后進(jìn)行網(wǎng)架地梁作業(yè)施工，地梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到20MPa后可進(jìn)行相鄰段開(kāi)挖。

這種開(kāi)挖方式很好的避免了之前逆作法及配重法的缺點(diǎn)，雖然工期并不占優(yōu)，施工要求精度高，但所有施工作業(yè)均在墊層以下完成，不影響主體結(jié)構(gòu)。而且開(kāi)挖完畢后可不用保持荷載平衡，結(jié)構(gòu)主體正常施工，也沒(méi)有卸載的多余工作量及漏水等擔(dān)憂。目前此方法已通過(guò)專家論證，正在積極施工準(zhǔn)備中。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著城市的發(fā)展，上跨地鐵的建筑物會(huì)越來(lái)越多。如何在施工過(guò)程中保證地鐵安全運(yùn)行，同時(shí)又不嚴(yán)重影響施工進(jìn)度及建筑物的安全，將會(huì)成為每一位設(shè)計(jì)師及施工人員需要思考的問(wèn)題。文中所提施工方案各有特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)因地制宜，選擇合適的方案或聯(lián)合實(shí)用。