上海陆家嘴中心区Z4-2地块工程地下结构逆作法施工

俞沈星

上海新光工程咨询有限公司 上海 200081

1 工程概况

上海陆家嘴中心区Z4-2地块公共绿地改造工程总建筑面积约37 063.5 m2，其中地下建筑面积为36 235.4 m2，地上建筑面积828.1 m2。工程为地下2层，局部为地下3层；地上2层，局部为3层，并有相应的配套设施，主要建设内容为Z4-2地块公共绿地及绿地下的商业配套用房，主楼结构最高为11.6 m；主楼最北面为钢亭，钢亭结构最高为25 m，钢亭外围设置大型LED屏。

根据本工程的岩土工程勘察报告，拟建区域地层从上到下依次为：①填土、②1灰黄色粉质黏土、②3灰色黏质粉土、③灰色淤泥质粉质黏土、④灰色淤泥质粉质黏土、⑤1-1灰色黏土、⑤1-2灰色黏质粉土夹粉土、⑥暗绿-草黄色粉质黏土、⑦1草黄色砂质粉土。

拟建场区地下水根据埋藏条件可划分为潜水及承压水。潜水稳定水位埋深在0.80～1.70 m之间，相应标高2.20～3.02 m。承压水主要有第⑦层承压含水层，最浅层面埋深为29.00 m，承压水水头埋深一般为地面以下3～11 m，随季节呈周期性变化。

2 地下结构施工工法的选择

本工程地下部分建筑面积为36 235.4 m2，占总建筑面积的97.8%，所以，地下结构施工工法选择是否合理，将直接影响到本工程的建设工期、成本。为此，在本工程初步设计阶段就对地下结构采取何种施工工法，分别从以下几点进行了详细论证。

2.1 周边环境复杂，环境保护要求高

本工程所在地块的北面紧邻世纪大道，在世纪大道下有通车运营的轨道交通2号线；东、南紧靠陆家嘴环路，在陆家嘴环路中间有陆家嘴环路车行地道，距离本工程围护结构20.5 m；西面紧临上海环球金融中心和东泰路，与上海环球金融中心仅一墙之隔（图1）。

图1 陆家嘴中心区Z4-2地块公共绿地改造工程平面

在地块四周的世纪大道、陆家嘴环路、东泰路和环球金融中心内部道路下，有给水、燃气、电力、通信等各类管线，需要保护。

2.2 地下工程的面积大、深度深

本工程所在地块呈L形，其每条边的长度均超过100 m，最长的一边达180 m，支撑长度将超过其适用界限。

另外，本工程地下2层的开挖深度在13.7～15.0 m之间，地下3层的开挖深度为18.9 m，控制基坑回弹比较困难。

2.3 地下工程的平面形状复杂

由于受地块形状的限制，本工程地下室的平面呈L形，且在东侧的南北两端又呈圆弧形，平面形状的不规则导致支撑受力的复杂和不稳定。

2.4 施工作业场地狭小

本工程地下连续墙外边线与地块的规划红线基本重合，无施工临时用地，导致现场施工作业、材料堆放困难。在综合考虑后，经过详细论证，本工程的地下结构采用逆作法施工工法应该说是比较合适的，同时考虑到施工作业场地因素，最后决定采用了全逆作法施工工法。

3 地下结构逆作法施工

Z4-2工程地下结构总建筑面积36 235.4 m2，考虑到整个场地的不规则形状，为了保证工程进度，将整个场地分成2个独立的施工区域。靠场地东侧的区域，即由 EX1～EX21轴和 EY1～ EY7轴围成的区域为Ⅰ区；靠场地南侧的区域，即由 SX1～ SX4轴和 SY1～SY15轴围成的区域为Ⅱ区。在Ⅰ区和Ⅱ区交界处打设排桩作为临时围护，以便于2个区域分别挖土施工（图2）。

图2 工程平面及施工示意

3.1 地下结构逆作法构造措施

1）地下连续墙兼作地下室外墙。本工程采用地下室外墙与基坑围护墙两墙合一的形式，一方面省去了单独设立的围护墙，另一方面可最大限度地扩大地下室面积，增加有效使用面积。但是由于采用两墙合一的形式，因此对地下连续墙的施工质量提出了较高要求。

2）采用永久性的钢管立柱作为中间支承柱。中间支承柱在逆作法施工期间，在地下室底板未浇筑之前与地下连续墙一起承受地下和地上各层的结构自重和施工荷载；在地下室底板浇筑之后，与底板连接成整体，作为地下室结构的一部分，将上部结构及承受的荷载传递给地基。本工程的中间支承柱采用了一桩一柱的钢管立柱，由于钢管立柱在地下结构挖土期间只是承受梁板的自重和施工荷载，对于定位和垂直度没有严格要求。而在地下结构施工时，钢管柱作为地下室框架结构的立柱，对于定位和垂直度的控制要求较高，这是本工程的难点和控制重点。

3）大量采用劲性混凝土结构。劲性混凝土（又称型钢混凝土或劲钢混凝土）组合结构构件由混凝土、型钢、纵向钢筋和箍筋组成，基本构件为梁和柱。劲性混凝土具有强度高、构件截面尺寸小、与混凝土握裹力强、节约混凝土、增加使用空间、降低工程造价、提高工程质量等优点。型钢混凝土结构有全部构件采用型钢混凝土的结构和部分构件采用型钢混凝土的结构两种，本工程采用了后一种。H型钢的高度为400～1 700 mm，采用实腹式宽翼缘的焊接型钢。一桩一柱的钢管柱与型钢混凝土钢梁连接时，采用刚性连接，且梁内型钢翼缘与柱内型钢翼缘采用全熔透焊接连接；梁腹板与柱采用摩擦型高强度螺栓连接。

4）围护结构内外侧采用槽壁加固和墙底注浆。限于本工程所处区域土质较软，因此设计采用了内外侧槽壁加固的方法，以确保地下连续墙成槽的质量。另外，为了提高地下连续墙墙底承载力，有效防止地下连续墙的不均匀沉降，采取了在地下连续墙墙底注浆方式，就是以一定压力将适当水灰比的水泥浆液注入注浆管，水泥浆液向周围土体渗透扩散，与墙底及墙底四周土体发生物化反应后固结，形成密实的水泥土，从而提高强度。

5）地下室梁板设置出土口以便于挖土施工。本工程由于采用了全逆作法施工工艺，各层梁板大部分封闭，给地下室挖土施工带来很多困难，因此本工程在各层梁板上设置了多个大小不一的出土口，以便于地下室挖土施工中能及时出土[1-3]。

3.2 地下结构逆作法施工工况

地下结构逆作法的施工工况为（以Ⅰ区地下3层结构逆作为例，图3）[4-7]：

1）工况1：地下连续墙槽壁加固，施工地下连续墙、立柱桩。

2）工况2：坑内地基加固。

3）工况3：基坑疏干井降水，浅层卸土，施工B0层楼板。

4）工况4：开挖至B1层楼板底，施工B1层楼板。

5）工况5：开挖至第1道支撑底，施工第1道临时支撑。

6）工况6：开挖至第2道支撑底，施工第2道临时支撑。

7）工况7：开挖至坑底，施工B3层底板。

8）工况8：拆除第2道临时支撑。

9）工况9：施工B2层楼板。

10）工况10：拆除第1道临时支撑。

3.3 地下结构施工对周边环境的影响

本工程Ⅰ区从基坑槽壁加固开始到拆除第2道临时支撑，基坑变形基本都在可控范围内，只有少数几个监测点超过报警值，但远小于明挖顺作法施工的基坑监测数据。

图3Ⅰ区地下3层结构逆作施工工况

4 对地下结构逆作法施工的几点思考

从本工程Ⅰ区地下结构逆作法施工的情况来看，选择全逆作法施工工艺是非常正确的，目前工程本体质量基本上达到了要求，周边环境保护也较理想。但在逆作法施工过程中也产生了一些问题，值得认真地总结和思考。

4.1 劲性混凝土结构对梁板施工影响

本工程在梁设计上采用了大量劲性混凝土结构，小的H型钢高度在400 mm，梁高700 mm，最大的H型钢高度为1 700 mm，梁高度为2 000 mm。采用劲性混凝土结构可以提高结构的强度，但大量采用劲性混凝土结构，增加了劲性梁安装时间，无法较快地形成水平支撑体系，会使基坑变形暂时有增大趋势。另外，由于本工程采用“一桩一柱”的钢管混凝土柱与劲性混凝土梁结合结构，为满足施工荷载和结构受力荷载要求，梁柱节点处的钢筋布置得非常密集，使钢筋安装非常困难。对于这些问题建议在今后类似工程设计中要引起重视。

4.2 中间支承柱的定位精度和垂直度影响结构尺寸问题

本工程的中间支承柱采用了永久性的一桩一柱的钢管混凝土柱，在基坑逆作阶段作为梁板的中间支承柱，在结构施工阶段，再采用外包厚15 cm的钢筋混凝土作为框架结构的组成部分。由于逆作法施工要求中间支承柱须在桩基施工时一起完成，这中间可能会造成中间支承柱的轴线定位产生偏差，给结构施工带来一定的困难。

解决的办法除了通过采用精度高的定位仪器和垂直度调整仪器进行更精确的微调外，能否在结构形式上予以优化需要进一步研究。

4.3 临时支撑对挖土和结构施工的影响

本工程在Ⅰ区设计有2道混凝土临时支撑，标高分别为－6.40 m、－11.60 m，其中－6.40 m的临时支撑与B1层梁板的距离一般在2.40 m，最小距离只有1 m，与B2层底板的距离为2.70～4.00 m，这个距离对挖土而言，显然太小。建议在围护设计时，挖土面距离上层结构楼板的高度能控制在3.8 m以上，以保证挖机的通行和快速作业。

4.4 桩基间距对挖土施工的影响

本工程的桩基采用钻孔灌注桩，根据设计，钻孔灌注桩的中心间距为3 m，2根桩之间的净距只有2 m左右，如此密集的桩群对挖土施工带来不少困难，使得挖机无法施展开，影响了挖土的效率。

4.5 取土口对挖土施工效率的影响

逆作法工程挖土采取暗挖的形式，取土点相对于顺作法设置而言，数量较少，且取土点间距较远也造成坑内土方水平驳运距离过大，加上楼层与楼层之间的层高限制，使挖机挖土效率大大降低。

根据本工程逆作法的经验：建议在结构楼板上增设取土口数量，原则上一般按2～3跨轴线（15～20 m）间距设置1个取土口，以增加取土点的数量并减小坑内水平驳运距离。以往在暗挖设计时，挖土面与上层结构楼板的最小距离设计一般控制在2.7～3.0 m之间，故建议今后围护设计时，考虑将挖土面距离上层结构楼板的高度控制在3.8 m以上，以保证PC-100型挖机畅行，提高挖土效率。