大型广场地下空间全逆作法综合施工技术分析

摘 要：广州新电视塔综合配套工程（南广场）是国内采取全逆作法施工的面积超大、层数较多的广场地下空间之一。本文结合作者的工作实践，在详细阐述工程概况、复杂地质条件与脆弱周围环境的基础上，深入分析了该逆作法工程的特点及难点。针对该逆作法工程所需解决的各项难点技术问题，阐述了施工中技术攻关后所采取的各项关键施工技术，包括穿软土嵌硬岩地下连续墙、高精度深基坑逆作法支撑桩柱一体化施工、独特的逆作法结构内防水施工以及监测主导的立体信息化施工等。

关键词：逆作法；支撑桩柱一体；钢结构；施工技术

中图分类号：TU745 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）07-0170-03

前言

全逆作法作为新兴的深基坑支护综合施工技术，能在城市建筑稠密区及软弱土层区建造多层超深地下结构，能解决深基坑开挖中的基坑变形、地面沉降及地下结构施工工期长等问题。

全逆作法是利用地下建筑结构的楼盖（梁、板、柱）及外墙作为基坑围护结构的水平支撑体系及外围护体系，通过“基准层”同步向上施工上部结构及向下施工地下建筑结构的新型施工技术。

由于楼盖的巨大水平刚度，其对围护桩（墙）的作用可视作水平不动铰支座，通过产生“土拱效应”，使基坑外不同方向的土压力（被动土压力）的自相平衡来抵消对坑壁围护结构的不利影响，能避免深基坑周边土体的滑移破坏及抗底隆土等现象。全逆作法具有以下优点：地上地下同时施工，工期短；楼盖支撑刚度大，基坑变形少，相邻建筑物沉降少；支护结构挡土截水、承重三合一，节省支护结构外墙工程费用；采用楼盖结构支撑，节省支护结构支撑工程费用；简化基坑施工工序，具有经济效益。实践表明，采用全逆作法施工的深基坑支护在基坑安全系数、工程质量及安全文明施工等方面均比其他基坑支护形式优胜，是所有基坑支护形式中效果最好的一种。

1 工程概况

广州新电视塔综合配套工程（南广场）是广州市21世纪“休闲商务区”（RBD）开发建设的重点配套工程，是广州标志性建筑-广州新电视塔的配套广场及地下空间。占地面积175457.7m2，总建筑面积115079m2，主体为局部地上1层及地下两层，其中地上1层为与新电视塔北广场相连的园林及平台层；地面部分为市民广场，地下1层为商店及下沉广场，地下2层为车库及超市。结构顶板上设覆土绿化、人造水面，并设地面装饰性构筑物及钢结构天桥连廊，局部设置下沉式广场，本工程同时作为地下人防工程，符合战时及平时的功能的要求，建成后将成为构筑新城市中轴线上的中心景观及标志性建筑（图1）。

新电视塔南广场为全埋式地下空间结构，主体结构采用全逆作法施工。钢结构包括底板至平台层的钢管混凝土柱、地面层的全钢结构天桥连廊、平台层的劲性钢梁。

南广场地下空间以地面层为“基准层”。以永久承重的嵌岩地下连续墙+中间钢管混凝土支撑柱+楼盖梁板构成刚度巨大且安全度高的深基坑支撑体系。

2 工程难点与特点

作为国内面积超大、层数较多的全逆作法广场地下空间工程，广州新电视塔南广场施工的难点与特点主要包括以下几方面。

超大面积地下空间结构采用逆作法，地质条件差，软基、厚淤泥、流砂、地下水位高等情况严重，容易造成塌陷；周边建筑物及市政管线复杂、尤其是高610m的广州新电视塔地下室紧邻南广场北侧地下连续墙，施工中确保地下管线及新电视塔安全是重点；桩柱一体逆作法垂直度控制精度要求高，施工技术攻关难度大；超大面积的基坑降水将引起土体沉降，对逆作法结构施工不利应采取针对性技术措施；穿软土嵌岩地下连续墙施工技术及关键质量控制技术是地下连续墙施工的重点；须进行监测主导的全过程信息化施工，以确保逆作法施工安全。

3 总体施工部署

根据广州新电视塔综合配套工程（南广场）的特点及场地条件，经反复论证，最终确定了全逆作法的总体施工部署：

先沿新电视塔南广场周边轴线施工地下连续墙，同时施工南广场地下室的钻孔灌注桩及中间支撑柱，作为底板封底前承受上部结构自重及施工荷载的支撑；然后进行基坑降水及地面层的土方明挖，再施工地面层的楼盖结构（梁、板），其作为刚度巨大的地下连续墙的横向支撑；随后向下逐层降水、土方暗挖并逆作地下各层结构，直至底板结构完成。同时，地上1层平台以地面层楼盖为“基准层”同步向上顺作施工，如此地面上、下同时施工，直至工程结束。施工过程中对道路沉降变形、周围建筑变形、地下水位、基坑位移、支撑轴力等进行全过程信息化监测。

4全逆作法施工关键技术

4.1 穿软土嵌硬岩地下连续墙

广州新电视塔综合配套工程（南广场）地下连续墙采取“挡土、截水、承重”的三墙合一形式：在土方开挖阶段作挡土截水的支护结构，在使用阶段作地下主体结构的永久承重外墙。新电视塔南广场地下连续墙要穿越深多达20m的软土嵌硬岩的复杂地层一次成槽和成墙，且要确保地下连续墙的施工质量及垂直度要求。地下连续墙成槽采用“液压抓斗与冲击钻相结合”的方式，即选用利渤海尔/GB40/SG35 SG40全液压抓斗成槽机作为土体成槽设备、冲孔桩机作为岩层成槽设备分层成槽，并配合优质自配泥浆护壁工艺，以实现高质量成槽。采用刚性穿孔钢板接头，以确保槽段之间相互咬合。

以高精度超声波检测手段，对成槽全过程进行检测跟踪，在保证墙体垂直度的同时避免因成槽倾斜而返工，因而加快了施工进度。对护壁泥浆的配合比进行科学的设计，选用优质黏土等关键材料，监测泥浆的相对密度、对返浆沉淀、回收调整利用、废浆判断与净化处理等过程进行合理科学的设计。

另外，在高大钢筋笼双机整体抬吊、槽底沉渣控制与槽底水下混凝土浇筑等施工关键环节分别采取了针对性的技术措施，并进行了重点质量控制。

4.2全逆作法支撑桩柱一体化施工

广州新电视塔综合配套工程（南广场）地下空间支撑为钢管混凝土柱，桩基础为钻孔灌注桩，以一桩一柱的形式，共470根。钢管混凝土柱插入灌注桩内1.5m，柱内浇灌C40自密实混凝土，灌注桩径及对应钢管柱直径如表1所示。

新电视南广场采用了特殊的桩柱一体施工技术，由于不能按常规在柱脚位置直接控制吊装钢管的三维坐标及扭转度，只能通过对钢管柱顶的平面、高程定位及垂直度来间接控制钢管柱的吊装精度，在实际施工中往往产生较大误差。因此，逆作法桩柱一体施工的难点在于钢管柱吊装精度的控制。鉴于此，我们通过技术攻关，从钢管柱吊装的技术方案上对每个施工环节进行细化研究，使用了创新技术，使新电视塔综合配套工程（南广场）逆作法桩柱支撑吊装精度很好地达到规范要求。具体如下：

4.2.1 桩柱一体平面定位精度控制及高程控制技术

在钢管柱吊装前，先对灌注桩孔四周地面进行钢筋混凝土硬化处理，并在硬化平台上设置工字型钢支座，在桩柱吊装基本就位时，用4根支撑工字钢卡住钢支座并与钢管柱上的连接耳板用高强螺栓连接，以钢支座为支点，通过4个对称的千斤顶顶在支撑工字钢上，对桩柱进行平面、高程定位及垂直度的调整，同时采用高精度的全站仪通过多轴线进行定位测量，将钢柱平面、高程精确调整到位，然后将支撑工字钢与连 接耳板进行焊接加固（如图2）。

图2 桩柱一体平面定位精度控制及高程控制

4.2.2 桩柱一体垂直度控制关键技术

4.2.2.1 逆作法支撑桩柱垂直度控制精度

全逆作法桩柱一体施工中，在柱顶平面及高程定位的前提下，钢管柱的垂直度控制是钢柱安装精度控制的关键所在，但目前规范对逆作法桩柱一体施工的钢管柱的垂直度精度没有明确规定，根据《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205—2001）：“钢管柱吊装的垂直度允许偏差≤H/1000，且不大于10mm（H为钢管柱高度）”；《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202—2002）：“泥浆护壁钻孔桩中，对于1 ～3根、单排桩基垂直于中心线方向和群桩基础的边桩，当D>1000mm时，允许偏差为100mm+0.01H（D为设计桩径，H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离）。”根据上述原则，我们验算发现规范对钻孔桩及钢管柱的垂直度允许偏差值相距较大（钻孔桩远大于钢管柱）。为此，我们召开专家论证会，考虑到钢管混凝土柱的较高承载能力，在对钢管混凝土柱的附加偏差进行承载力的影响验算后，把广州新电视塔南广场钢管柱吊装垂直度偏差允许值定为H/600 ～ H/500，且不大于30mm。

4.2.2.2 桩柱一体施工垂直度现场监测技术

首先把垂直度角钢焊接在钢管柱上，并钢管柱两边分别向外量取一定距离定为A、B两点，根据A、B在槽钢顶端弹线定出点C，由于B、C 连线平行于钢管柱轴线，现场施工时将其视为钢管柱垂直度的监测基准线。（如图3）。

图3 桩柱一体垂直度控制角钢

钢管柱实际垂直度偏差M实满足下式：

式中：M实为钢管柱实际垂直度偏差；M测为控制槽钢实测垂直度偏差；LAC、LBC分别为A、C点和B、C点间的长度（如图4）。

由于钢管柱实际长度是槽钢长度的7倍左右，计算误差也将放大7倍，因此垂直度的测量精度要求相当高，如槽钢实测垂直度误差>3mm时，认为钢管柱垂直度达不到要求，必须对钢管柱纠偏。

4.3 全逆作法结构内防水施工

与顺作法结构相比，逆作法结构不能在地下结构外墙（地下连续墙）、底板施工防水卷材作外防水，只能通过结构处理进行内防水。

广州新电视塔综合配套工程（南广场）的地下结构外墙嵌入不透水岩层，通过连续墙底后压浆、墙段接头封堵等方法杜绝了地下水外墙渗漏及墙底绕流等现象。另外，在相邻地下连续墙槽段的竖向接缝内侧，加设了厚度为400mm的C30 P6钢筋混凝土内衬墙防水，基础底板部分的防水采用C40 P6的混凝土刚性防水措施，底板顶面以1.2mm厚水泥基渗透结晶型防水涂料涂刷加强防水，地下连续墙与基础底板的接缝用止水钢板封堵，地下连续墙与止水钢板之间缝隙以环氧树脂砂浆灌填密实。

3.4 监测主导的信息化施工

广州新电视塔综合配套工程（南广场）针对地质条件差、周边环境脆弱、、工况复杂等情况建立了立体信息监测系统。

信息监测系统分地下水位观测、基坑围护体系监测、道路与周围建筑沉降与位移观测、支撑轴力监测、混凝土应变计与钢筋应力计量测等方面进行全过程施工监测。在新电视塔南广场施工过程中，各项监测指标均处于预警值以下。

4 结语

广州新电视塔综合配套工程（南广场）是国内采取全逆作法施工的面积超大、层数较多的广场地下空间结构。由于整个项目采用了优化的逆作法集成技术，包括穿软土嵌硬岩地下连续墙、高精度超深逆作法支撑桩柱一体化施工、独特的逆作法结构内防水施工以及监测主导的立体信息化施工等，确保了工程质量及安全。目前，本工程的地下连续墙及地下结构桩柱一体施工已基本完成，经检验质量达到规范要求，受到各方好评，为本工程争创鲁班提供了前提条件。

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作者简介：汤海涛（1982-），男，广州，土木工程，工程师。