大型廣場地下空間全逆作法綜合施工技術(shù)分析

摘 要：廣州新電視塔綜合配套工程（南廣場）是國內(nèi)采取全逆作法施工的面積超大、層數(shù)較多的廣場地下空間之一。本文結(jié)合作者的工作實踐，在詳細闡述工程概況、復(fù)雜地質(zhì)條件與脆弱周圍環(huán)境的基礎(chǔ)上，深入分析了該逆作法工程的特點及難點。針對該逆作法工程所需解決的各項難點技術(shù)問題，闡述了施工中技術(shù)攻關(guān)后所采取的各項關(guān)鍵施工技術(shù)，包括穿軟土嵌硬巖地下連續(xù)墻、高精度深基坑逆作法支撐樁柱一體化施工、獨特的逆作法結(jié)構(gòu)內(nèi)防水施工以及監(jiān)測主導(dǎo)的立體信息化施工等。

關(guān)鍵詞：逆作法；支撐樁柱一體；鋼結(jié)構(gòu)；施工技術(shù)

中圖分類號：TU745 文獻標識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）07-0170-03

前言

全逆作法作為新興的深基坑支護綜合施工技術(shù)，能在城市建筑稠密區(qū)及軟弱土層區(qū)建造多層超深地下結(jié)構(gòu)，能解決深基坑開挖中的基坑變形、地面沉降及地下結(jié)構(gòu)施工工期長等問題。

全逆作法是利用地下建筑結(jié)構(gòu)的樓蓋（梁、板、柱）及外墻作為基坑圍護結(jié)構(gòu)的水平支撐體系及外圍護體系，通過“基準層”同步向上施工上部結(jié)構(gòu)及向下施工地下建筑結(jié)構(gòu)的新型施工技術(shù)。

由于樓蓋的巨大水平剛度，其對圍護樁（墻）的作用可視作水平不動鉸支座，通過產(chǎn)生“土拱效應(yīng)”，使基坑外不同方向的土壓力（被動土壓力）的自相平衡來抵消對坑壁圍護結(jié)構(gòu)的不利影響，能避免深基坑周邊土體的滑移破壞及抗底隆土等現(xiàn)象。全逆作法具有以下優(yōu)點：地上地下同時施工，工期短；樓蓋支撐剛度大，基坑變形少，相鄰建筑物沉降少；支護結(jié)構(gòu)擋土截水、承重三合一，節(jié)省支護結(jié)構(gòu)外墻工程費用；采用樓蓋結(jié)構(gòu)支撐，節(jié)省支護結(jié)構(gòu)支撐工程費用；簡化基坑施工工序，具有經(jīng)濟效益。實踐表明，采用全逆作法施工的深基坑支護在基坑安全系數(shù)、工程質(zhì)量及安全文明施工等方面均比其他基坑支護形式優(yōu)勝，是所有基坑支護形式中效果最好的一種。

1 工程概況

廣州新電視塔綜合配套工程（南廣場）是廣州市21世紀“休閑商務(wù)區(qū)”（RBD）開發(fā)建設(shè)的重點配套工程，是廣州標志性建筑-廣州新電視塔的配套廣場及地下空間。占地面積175457.7m2，總建筑面積115079m2，主體為局部地上1層及地下兩層，其中地上1層為與新電視塔北廣場相連的園林及平臺層；地面部分為市民廣場，地下1層為商店及下沉廣場，地下2層為車庫及超市。結(jié)構(gòu)頂板上設(shè)覆土綠化、人造水面，并設(shè)地面裝飾性構(gòu)筑物及鋼結(jié)構(gòu)天橋連廊，局部設(shè)置下沉式廣場，本工程同時作為地下人防工程，符合戰(zhàn)時及平時的功能的要求，建成后將成為構(gòu)筑新城市中軸線上的中心景觀及標志性建筑（圖1）。

新電視塔南廣場為全埋式地下空間結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)采用全逆作法施工。鋼結(jié)構(gòu)包括底板至平臺層的鋼管混凝土柱、地面層的全鋼結(jié)構(gòu)天橋連廊、平臺層的勁性鋼梁。

南廣場地下空間以地面層為“基準層”。以永久承重的嵌巖地下連續(xù)墻+中間鋼管混凝土支撐柱+樓蓋梁板構(gòu)成剛度巨大且安全度高的深基坑支撐體系。

2 工程難點與特點

作為國內(nèi)面積超大、層數(shù)較多的全逆作法廣場地下空間工程，廣州新電視塔南廣場施工的難點與特點主要包括以下幾方面。

超大面積地下空間結(jié)構(gòu)采用逆作法，地質(zhì)條件差，軟基、厚淤泥、流砂、地下水位高等情況嚴重，容易造成塌陷；周邊建筑物及市政管線復(fù)雜、尤其是高610m的廣州新電視塔地下室緊鄰南廣場北側(cè)地下連續(xù)墻，施工中確保地下管線及新電視塔安全是重點；樁柱一體逆作法垂直度控制精度要求高，施工技術(shù)攻關(guān)難度大；超大面積的基坑降水將引起土體沉降，對逆作法結(jié)構(gòu)施工不利應(yīng)采取針對性技術(shù)措施；穿軟土嵌巖地下連續(xù)墻施工技術(shù)及關(guān)鍵質(zhì)量控制技術(shù)是地下連續(xù)墻施工的重點；須進行監(jiān)測主導(dǎo)的全過程信息化施工，以確保逆作法施工安全。

3 總體施工部署

根據(jù)廣州新電視塔綜合配套工程（南廣場）的特點及場地條件，經(jīng)反復(fù)論證，最終確定了全逆作法的總體施工部署：

先沿新電視塔南廣場周邊軸線施工地下連續(xù)墻，同時施工南廣場地下室的鉆孔灌注樁及中間支撐柱，作為底板封底前承受上部結(jié)構(gòu)自重及施工荷載的支撐；然后進行基坑降水及地面層的土方明挖，再施工地面層的樓蓋結(jié)構(gòu)（梁、板），其作為剛度巨大的地下連續(xù)墻的橫向支撐；隨后向下逐層降水、土方暗挖并逆作地下各層結(jié)構(gòu)，直至底板結(jié)構(gòu)完成。同時，地上1層平臺以地面層樓蓋為“基準層”同步向上順作施工，如此地面上、下同時施工，直至工程結(jié)束。施工過程中對道路沉降變形、周圍建筑變形、地下水位、基坑位移、支撐軸力等進行全過程信息化監(jiān)測。

4全逆作法施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 穿軟土嵌硬巖地下連續(xù)墻

廣州新電視塔綜合配套工程（南廣場）地下連續(xù)墻采取“擋土、截水、承重”的三墻合一形式：在土方開挖階段作擋土截水的支護結(jié)構(gòu)，在使用階段作地下主體結(jié)構(gòu)的永久承重外墻。新電視塔南廣場地下連續(xù)墻要穿越深多達20m的軟土嵌硬巖的復(fù)雜地層一次成槽和成墻，且要確保地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量及垂直度要求。地下連續(xù)墻成槽采用“液壓抓斗與沖擊鉆相結(jié)合”的方式，即選用利渤海爾/GB40/SG35 SG40全液壓抓斗成槽機作為土體成槽設(shè)備、沖孔樁機作為巖層成槽設(shè)備分層成槽，并配合優(yōu)質(zhì)自配泥漿護壁工藝，以實現(xiàn)高質(zhì)量成槽。采用剛性穿孔鋼板接頭，以確保槽段之間相互咬合。

以高精度超聲波檢測手段，對成槽全過程進行檢測跟蹤，在保證墻體垂直度的同時避免因成槽傾斜而返工，因而加快了施工進度。對護壁泥漿的配合比進行科學(xué)的設(shè)計，選用優(yōu)質(zhì)黏土等關(guān)鍵材料，監(jiān)測泥漿的相對密度、對返漿沉淀、回收調(diào)整利用、廢漿判斷與凈化處理等過程進行合理科學(xué)的設(shè)計。

另外，在高大鋼筋籠雙機整體抬吊、槽底沉渣控制與槽底水下混凝土澆筑等施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)分別采取了針對性的技術(shù)措施，并進行了重點質(zhì)量控制。

4.2全逆作法支撐樁柱一體化施工

廣州新電視塔綜合配套工程（南廣場）地下空間支撐為鋼管混凝土柱，樁基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，以一樁一柱的形式，共470根。鋼管混凝土柱插入灌注樁內(nèi)1.5m，柱內(nèi)澆灌C40自密實混凝土，灌注樁徑及對應(yīng)鋼管柱直徑如表1所示。

新電視南廣場采用了特殊的樁柱一體施工技術(shù)，由于不能按常規(guī)在柱腳位置直接控制吊裝鋼管的三維坐標及扭轉(zhuǎn)度，只能通過對鋼管柱頂?shù)钠矫?、高程定位及垂直度來間接控制鋼管柱的吊裝精度，在實際施工中往往產(chǎn)生較大誤差。因此，逆作法樁柱一體施工的難點在于鋼管柱吊裝精度的控制。鑒于此，我們通過技術(shù)攻關(guān)，從鋼管柱吊裝的技術(shù)方案上對每個施工環(huán)節(jié)進行細化研究，使用了創(chuàng)新技術(shù)，使新電視塔綜合配套工程（南廣場）逆作法樁柱支撐吊裝精度很好地達到規(guī)范要求。具體如下：

4.2.1 樁柱一體平面定位精度控制及高程控制技術(shù)

在鋼管柱吊裝前，先對灌注樁孔四周地面進行鋼筋混凝土硬化處理，并在硬化平臺上設(shè)置工字型鋼支座，在樁柱吊裝基本就位時，用4根支撐工字鋼卡住鋼支座并與鋼管柱上的連接耳板用高強螺栓連接，以鋼支座為支點，通過4個對稱的千斤頂頂在支撐工字鋼上，對樁柱進行平面、高程定位及垂直度的調(diào)整，同時采用高精度的全站儀通過多軸線進行定位測量，將鋼柱平面、高程精確調(diào)整到位，然后將支撐工字鋼與連 接耳板進行焊接加固（如圖2）。

圖2 樁柱一體平面定位精度控制及高程控制

4.2.2 樁柱一體垂直度控制關(guān)鍵技術(shù)

4.2.2.1 逆作法支撐樁柱垂直度控制精度

全逆作法樁柱一體施工中，在柱頂平面及高程定位的前提下，鋼管柱的垂直度控制是鋼柱安裝精度控制的關(guān)鍵所在，但目前規(guī)范對逆作法樁柱一體施工的鋼管柱的垂直度精度沒有明確規(guī)定，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205—2001）：“鋼管柱吊裝的垂直度允許偏差≤H/1000，且不大于10mm（H為鋼管柱高度）”；《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50202—2002）：“泥漿護壁鉆孔樁中，對于1 ～3根、單排樁基垂直于中心線方向和群樁基礎(chǔ)的邊樁，當(dāng)D>1000mm時，允許偏差為100mm+0.01H（D為設(shè)計樁徑，H為施工現(xiàn)場地面標高與樁頂設(shè)計標高的距離）。”根據(jù)上述原則，我們驗算發(fā)現(xiàn)規(guī)范對鉆孔樁及鋼管柱的垂直度允許偏差值相距較大（鉆孔樁遠大于鋼管柱）。為此，我們召開專家論證會，考慮到鋼管混凝土柱的較高承載能力，在對鋼管混凝土柱的附加偏差進行承載力的影響驗算后，把廣州新電視塔南廣場鋼管柱吊裝垂直度偏差允許值定為H/600 ～ H/500，且不大于30mm。

4.2.2.2 樁柱一體施工垂直度現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)

首先把垂直度角鋼焊接在鋼管柱上，并鋼管柱兩邊分別向外量取一定距離定為A、B兩點，根據(jù)A、B在槽鋼頂端彈線定出點C，由于B、C 連線平行于鋼管柱軸線，現(xiàn)場施工時將其視為鋼管柱垂直度的監(jiān)測基準線。（如圖3）。

圖3 樁柱一體垂直度控制角鋼

鋼管柱實際垂直度偏差M實滿足下式：

式中：M實為鋼管柱實際垂直度偏差；M測為控制槽鋼實測垂直度偏差；LAC、LBC分別為A、C點和B、C點間的長度（如圖4）。

由于鋼管柱實際長度是槽鋼長度的7倍左右，計算誤差也將放大7倍，因此垂直度的測量精度要求相當(dāng)高，如槽鋼實測垂直度誤差>3mm時，認為鋼管柱垂直度達不到要求，必須對鋼管柱糾偏。

4.3 全逆作法結(jié)構(gòu)內(nèi)防水施工

與順作法結(jié)構(gòu)相比，逆作法結(jié)構(gòu)不能在地下結(jié)構(gòu)外墻（地下連續(xù)墻）、底板施工防水卷材作外防水，只能通過結(jié)構(gòu)處理進行內(nèi)防水。

廣州新電視塔綜合配套工程（南廣場）的地下結(jié)構(gòu)外墻嵌入不透水巖層，通過連續(xù)墻底后壓漿、墻段接頭封堵等方法杜絕了地下水外墻滲漏及墻底繞流等現(xiàn)象。另外，在相鄰地下連續(xù)墻槽段的豎向接縫內(nèi)側(cè)，加設(shè)了厚度為400mm的C30 P6鋼筋混凝土內(nèi)襯墻防水，基礎(chǔ)底板部分的防水采用C40 P6的混凝土剛性防水措施，底板頂面以1.2mm厚水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料涂刷加強防水，地下連續(xù)墻與基礎(chǔ)底板的接縫用止水鋼板封堵，地下連續(xù)墻與止水鋼板之間縫隙以環(huán)氧樹脂砂漿灌填密實。

3.4 監(jiān)測主導(dǎo)的信息化施工

廣州新電視塔綜合配套工程（南廣場）針對地質(zhì)條件差、周邊環(huán)境脆弱、、工況復(fù)雜等情況建立了立體信息監(jiān)測系統(tǒng)。

信息監(jiān)測系統(tǒng)分地下水位觀測、基坑圍護體系監(jiān)測、道路與周圍建筑沉降與位移觀測、支撐軸力監(jiān)測、混凝土應(yīng)變計與鋼筋應(yīng)力計量測等方面進行全過程施工監(jiān)測。在新電視塔南廣場施工過程中，各項監(jiān)測指標均處于預(yù)警值以下。

4 結(jié)語

廣州新電視塔綜合配套工程（南廣場）是國內(nèi)采取全逆作法施工的面積超大、層數(shù)較多的廣場地下空間結(jié)構(gòu)。由于整個項目采用了優(yōu)化的逆作法集成技術(shù)，包括穿軟土嵌硬巖地下連續(xù)墻、高精度超深逆作法支撐樁柱一體化施工、獨特的逆作法結(jié)構(gòu)內(nèi)防水施工以及監(jiān)測主導(dǎo)的立體信息化施工等，確保了工程質(zhì)量及安全。目前，本工程的地下連續(xù)墻及地下結(jié)構(gòu)樁柱一體施工已基本完成，經(jīng)檢驗質(zhì)量達到規(guī)范要求，受到各方好評，為本工程爭創(chuàng)魯班提供了前提條件。

參考文獻

[1] 上海市基礎(chǔ)工程公司.GB50202—2002建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2002.

[2] 冶金工業(yè)部建筑研究總院.GB50205—2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2001.

[3] 何耀光，李志國，杜海鵬.粧柱一體施工措施研究[N].西安科技大 學(xué)學(xué)報，2005（08）：98.

[4] 方俊霞，李飛.廣州新電視塔綜合配套工程相關(guān)問題研究[N].天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報，2008（08）：54.

[5] 戴標兵，范慶國，趙錫宏.深基坑工程逆作法的實測研究[J].工業(yè)建筑，2005（9） ：54-59.

[6] 龔維明，鄒小平.樁土共同作用設(shè)計與逆作法施工[J].工業(yè) 建筑，1995（3） ：12-14.

[7] 胡剛，孫小紅.論靜壓粧沉樁擠土效應(yīng)[N].浙江大學(xué)學(xué)報，2007（08）：65.

[8] 陳星，羅赤宇，向前，等.地下建筑逆作法與祝賀結(jié)構(gòu)新技術(shù)工程應(yīng)用[M].中國 建筑工業(yè)出版社，2007

[9] 劉建航，侯學(xué)淵.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出 版社，1999.

[10] 龔曉南，高有潮.深基坑工程設(shè)計施工手冊[M].北京：中國 建筑工業(yè)出版社，1998.

作者簡介：湯海濤（1982-），男，廣州，土木工程，工程師。