陳加才

(福建省九龍建設(shè)集團(tuán)有限公司 福建廈門 361008)

0 引言

1 工程概況

某超高層建筑(圖1～圖2)地處福州市區(qū)中心地帶，西面毗鄰古田路并與地鐵水部出口連接，東南面臨近老舊建筑物，為1幢28層框架-支撐芯筒結(jié)構(gòu)辦公樓、1幢24層框架-支撐芯筒結(jié)構(gòu)酒店，2幢高層由5層商業(yè)裙樓相連接，滿堂布置四層地下室。單層地下室面積達(dá)9936，實(shí)際開挖深度約18.50 m。

圖2 閩投營(yíng)運(yùn)中心俯視圖

該工程與地鐵二號(hào)線相鄰，場(chǎng)地周邊地下管線密布。根據(jù)福州市地鐵保護(hù)管理有關(guān)規(guī)定和地方技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)緊鄰地鐵側(cè)周邊50 m為保護(hù)區(qū)，臨近建筑基坑變形要求不得大于30 mm；場(chǎng)地周邊工程環(huán)境條件復(fù)雜，且地下工程施工工期要求短。

場(chǎng)地分布有厚度1.00 m～4.60 m的雜填土、厚度3.90 m～22.80 m淤泥、淤泥夾砂5.80 m～18.90 m ,(含泥)粗砂1.90 m～22.40 m粉質(zhì)粘土強(qiáng)透水的砂礫卵石層5.8 m，場(chǎng)地巖土工程條件復(fù)雜，如圖3所示。

圖3 地質(zhì)剖面圖

針對(duì)場(chǎng)地周邊工程環(huán)境條件、巖土工程條件、施工和施工期等條件，本項(xiàng)目深基坑工程從保證施工質(zhì)量、安全和工期等方面考慮，4層地下室基坑支護(hù)采用“兩墻合一”地下連續(xù)墻，蓋挖逆作法施工方案，減少了基坑支撐工序和保證施工作業(yè)面，既可以與地鐵同步施工，又可以縮短工期和增加施工作業(yè)面，將基坑變形對(duì)地鐵的影響減少到允許值范圍內(nèi)，直接經(jīng)濟(jì)效益明顯。

該工程兩座塔樓采用框架-支撐芯筒結(jié)構(gòu)體系[2]，外框架由鋼管混凝土柱和鋼筋(型鋼)混凝土梁組成，內(nèi)核心筒由矩形鋼管混凝土柱和型鋼支撐組成。有別于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土剪力墻核心筒，采用支撐芯筒可以減輕核心筒的自身荷載，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)主體芯筒的鋼管混凝土柱可以同時(shí)作為逆作法支撐體系的一部分，避免了傳統(tǒng)剪力墻需要設(shè)置托梁的工序，充分利用主體結(jié)構(gòu)，上下同步逆作法施工，減少了工期。該工程樁基設(shè)計(jì)采用旋挖擴(kuò)底灌注樁，實(shí)現(xiàn)了“一樁一柱”，滿足施工階段和使用階段兩種工況下，最大抗壓力和最大抗拔力[3]。

2 逆作法關(guān)鍵技術(shù)分析和對(duì)策

2.1 界面層的選擇及其取土口設(shè)置

界面層一般可選擇地下室頂板或地下一層樓板。根據(jù)與現(xiàn)有場(chǎng)地標(biāo)高的關(guān)系，考慮土方外運(yùn)方便，且充分利用已完成的界面層作為材料堆置場(chǎng)或施工作業(yè)場(chǎng)；避免了采用臨時(shí)支撐的浪費(fèi)現(xiàn)象。經(jīng)與設(shè)計(jì)溝通，最后確定地下室頂板作為界面層。并同時(shí)考慮大型長(zhǎng)臂鉤機(jī)及大型土方車輛進(jìn)出的施工荷載，通過對(duì)土方開挖路線上的頂板進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)加固(塔樓部位結(jié)構(gòu)樓板厚度300 mm，其余頂板厚度均為400 mm)以滿足受力要求。

原設(shè)計(jì)界面層上的土方開挖預(yù)留的臨時(shí)取土口只有3個(gè)(具體預(yù)留位置如圖4黃色部位)。根據(jù)地勘資料，基坑開挖深度范圍內(nèi)地層巖性主要土為高靈敏度、高壓縮性、強(qiáng)度低的淤泥質(zhì)土，小型鉤機(jī)盤土最長(zhǎng)距離不能超過10 m。因?yàn)楸P土次數(shù)最多兩次，如果盤土超過兩次，淤泥質(zhì)土受擾動(dòng)結(jié)構(gòu)易被破壞，造成強(qiáng)度降低使小型鉤機(jī)無法在其上面行走。經(jīng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)商定，最后增加到6個(gè)土方開挖預(yù)留臨時(shí)取土口，且加大了洞口尺寸(如圖4綠色部位為新增加的3個(gè)取土口)。

圖4 取土口布置圖

取土口1原為消防水池和人防口部，土方開挖階段因?yàn)榭缍燃皦w位移等因素，設(shè)置槽鋼抱撐，坡道位置設(shè)置槽鋼抱撐，如圖5所示。

2)安全性：五防服務(wù)器本身融合操作權(quán)限管理等設(shè)備防誤閉鎖方面的所有功能，可完整獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)設(shè)備防誤功能。

圖5 取土口臨時(shí)支撐圖

取土口2原設(shè)計(jì)為裙樓及聯(lián)通地下室的自動(dòng)扶梯，土方開挖階段采用在鋼管柱上預(yù)留設(shè)置牛腿，增大開挖洞口尺寸。

取土口3原設(shè)計(jì)為是風(fēng)井、電梯井以及樓梯，在開挖階段先設(shè)置臨時(shí)鋼管支撐，待主體封頂后拆除支撐后再施工電梯井及樓梯。

2.2 地下室底板完成前界面層以上主體結(jié)構(gòu)施工層數(shù)

逆作法可以通過界面層上下同步施工，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)和豎向結(jié)構(gòu)施工完成后，界面層就是逆作法的首層水平結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

圖6 逆作法施工BIM模擬圖

但是上下同步也有條件，在地下室主體結(jié)構(gòu)尚未全部施工完成(即地下室底板施工完成)之前，由于缺少基礎(chǔ)的協(xié)同作用，結(jié)構(gòu)在逆作階段對(duì)豎向支承樁不均勻沉降尤其敏感。地上主體結(jié)構(gòu)施工層數(shù)受到樁基受力和變形要求限制[4]。

經(jīng)類比分析(施工階段樁基承受的豎向力不超過永久使用階段樁基承受的豎向力)?；诎踩紤]，福州閩投營(yíng)運(yùn)中心地下室底板結(jié)構(gòu)(地下四層底板結(jié)構(gòu))尚未完成之前上部結(jié)構(gòu)(界面層以上主體結(jié)構(gòu))施工控制至10層以下。

2.3 “兩墻合一”的地下室外墻防水技術(shù)質(zhì)量控制

逆作法的地下室外墻大多采用“兩墻合一”的地下連續(xù)墻，既作為地下室基坑土方開挖的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)作為地下室的永久外墻，又與豎向支承樁柱同時(shí)作為支承逆作法的豎向受力結(jié)構(gòu)[5]。

“兩墻合一”的地下連續(xù)墻由若干個(gè)單元槽段組成，地連墻的單元槽段接縫處容易出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。為避免滲水，在地下連續(xù)墻的單元槽段接縫處采用內(nèi)外兩側(cè)設(shè)置兩層防水措施。內(nèi)側(cè)設(shè)置結(jié)構(gòu)壁柱作為內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，即地連墻每幅槽段接頭處均設(shè)置止水壁柱，結(jié)構(gòu)梁位置設(shè)置結(jié)構(gòu)壁柱。壁柱尺寸為400 mm(厚)×1200 mm(寬)，且在壁柱之間澆筑400 mm厚鋼筋混凝土；且內(nèi)外側(cè)均設(shè)置隔水加固措施，即三軸水泥土攪拌樁。

為達(dá)到防水效果，后續(xù)槽段開挖后，必須對(duì)前槽豎向接頭進(jìn)行清刷，清除附著泥漿雜物。在施工壁柱前，地連墻與內(nèi)襯結(jié)構(gòu)連接處應(yīng)鑿毛并清洗干凈，找出原先預(yù)埋在地連墻里的連接鋼筋或鋼筋接駁器，并與壁柱鋼筋焊接。必要時(shí)，還應(yīng)做特別防水處理。

為解決地連墻的單元槽段接縫處滲水現(xiàn)象，另一種做法就是采用引流方式。除了在單元槽段接縫處設(shè)置止水壁柱，作為內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)梁位置設(shè)置結(jié)構(gòu)壁柱外，改為在地連墻內(nèi)側(cè)200 mm處設(shè)計(jì)500 mm高砼反口，與地連墻形成導(dǎo)流溝，利用導(dǎo)流溝將地連墻滲漏出的水同層排至相應(yīng)收集口，并在壁柱內(nèi)襯墻壁柱底部埋設(shè)100 mm直徑的PVC排水管引水，如圖7所示。

圖7 導(dǎo)流溝詳圖

本工程最后采用引流方式，即采取宜疏不宜堵的防水措施有效解決“兩墻合一”地下室外墻的滲水問題。

3 核心筒采用矩形鋼管混凝土柱和型鋼支撐組合而成的支撐芯筒抗側(cè)力體系

圖8 鋼管柱核心筒

本工程逆作法的核心筒，采用矩形鋼管混凝土柱和型鋼支撐組合而成的支撐芯筒抗側(cè)力體系(圖8)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋混凝土剪力墻核心筒，減輕了核心筒的自重，同時(shí)也減輕了地基與基礎(chǔ)的荷載。從結(jié)構(gòu)受力計(jì)算考慮又可以方便地調(diào)整支撐布置和剛度。即通過調(diào)整支撐的截面、支撐的布置來實(shí)現(xiàn)剛度的調(diào)整，達(dá)到調(diào)整整個(gè)核心筒抗側(cè)剛度的目的。如果按照傳統(tǒng)的鋼筋混凝土剪力墻核心筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本工程核心筒剪力墻厚度至少400 mm～500 mm，特別針對(duì)層高突變的避難層、設(shè)備層，剛度的調(diào)整難度更大；從施工角度來說，主體芯筒的矩形鋼管混凝土柱，可以同時(shí)作為逆作法豎向結(jié)構(gòu)支撐體系的一部分，不用像傳統(tǒng)做法那樣需要設(shè)置托梁，加快施工進(jìn)度，節(jié)省工期，有效減少施工成本。

4 結(jié)論

通過某超高層建筑的逆作法實(shí)際施工實(shí)踐，對(duì)軟土地區(qū)深基坑工程逆作法施工過程存在的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行研究和分析，提出了安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行的對(duì)策和措施。

逆作法施工過程中，對(duì)于界面層的選定及其取土口的設(shè)置，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及其地質(zhì)條件適當(dāng)增加或修改取土口位置和數(shù)量，以便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際取土和運(yùn)輸；地下室底板完成前界面層以上主體結(jié)構(gòu)施工層數(shù)的確定，一般為設(shè)計(jì)單位經(jīng)過結(jié)構(gòu)計(jì)算，根據(jù)豎向結(jié)構(gòu)受力及其圍護(hù)結(jié)構(gòu)分析確定上部結(jié)構(gòu)施工層數(shù)；采用“兩墻合一”的地下連續(xù)墻地下室外墻防水問題，也是逆作法比較難以解決的通病。本工程施工還存在一定不足，希望以后在此技術(shù)方面能有更深入的研究，而采用矩形鋼管混凝土柱和型鋼支撐組合而成的支撐芯筒抗側(cè)力體系作為核心筒則，是逆作法中目前較為完美結(jié)構(gòu)體系，非常值得推廣應(yīng)用。

以上逆作法關(guān)鍵施工技術(shù)的研究分析和應(yīng)用，可為軟土地區(qū)地下工程逆作法設(shè)計(jì)施工過程提供借鑒。