局部逆作法在紧邻地铁超深基坑中的应用

张 颖

(云南建投第一勘察设计有限公司，云南 昆明 650011)

1 工程概况

本项目位于昆明主城核心区域，建24层～37层高层住宅楼3幢，6层～11层商业5幢，18层和28层办公楼各1幢，28层酒店1幢，整体设置4层地下室。基坑平面呈矩形，东西长287.0 m，南北宽192.0 m，基坑面积50 157.0 m2，深18.2 m～21.2 m，周长928.0 m。

1.1 周边环境

场地东侧紧临科华路，南距昆明地铁2号线西苑站附属结构12.0 m，北侧和西侧分别与D区和E区地块相连，D区主体结构已封顶，E区正在进行地下室结构施工。人民西路、海源中路和科华路下均埋设有大量市政管线。

1.2 地质条件

表1 土层物理力学指标

场地位于滇池湖积盆地西北部，以厚度较大的第四系冲洪积地层为主，各土层物理力学指标见表1。

地下水类型为孔隙型潜水和承压水，潜水水位为0.80 m～4.90 m，主要接受大气降水入渗补给。承压水水头埋深为5.2 m～6.0 m，主要接受地下水越流补给。

2 基坑工程设计

本项目具有以下特点：

1)环境保护要求高。

基坑南侧紧邻地铁2号线西苑站和人民西路，东侧紧邻科华路。人民路和科华路下埋设有市政给排水(供水、雨水和污水管)、供电、供气管线，电信管线(移动、联通、电信)和交通信号线。

2)基坑面积大和支护深度大。

3)基坑北侧和西侧分别是D地块和E地块，中间有宽25.0 m的规划道路(现为施工便道)。

4)1号、2号塔楼位于南、东侧中部，紧邻地下室边缘，超高层结构的复杂性和重要性，决定了其必须采用顺作施工方案。

2.1 总体方案设计

参考文献[1][2]，根据基坑支护工程特点和场地条件，本项目采用分区施工，局部逆作方案。Ⅰ期工程位于场地西北侧，基坑北侧与D区相邻区域采用排桩+预应力锚索和放坡支护，基坑西侧与E区相邻区域采用放坡支护，Ⅰ期土方开挖至坑底后主体结构顺作。Ⅱ期工程采用塔楼顺作、裙房逆作施工。为节省成本，Ⅱ期区域围护结构选用厚度1 000 mm的钢筋混凝土地下连续墙，后期作为地下室结构外墙(两墙合一)，地下室楼板作为水平支撑构件，局部楼板缺失处设置临时混凝土支撑以满足结构水平传力要求，1号、2号塔楼地下室部分水平支撑为临时支撑梁。利用主体结构的一柱一桩作为竖向支承系统，基坑使用阶段以钢格构柱承受竖向荷载，逆作施工结束后，在立柱外包钢筋混凝土形成主体结构劲性柱。

2.2 围护结构设计

文献[3][4]，针对本工程基坑平面尺寸大、开挖深度深、地质条件和周围环境复杂这一特点，经计算采用厚1.0 m 的地下连续墙作为临时挡土结构兼永久结构地下室外墙，各幅墙接头采用十字钢板接头，地连墙深度34.0 m～38.0 m，地连墙顶部设置1.0 m×1.5 m(高)的压顶梁，典型剖面计算结果见表2。

表2 典型剖面计算结果

地下连续墙与地下室各层楼板采用铰接连接，与筏板采用刚性连接。为提高地下连续墙的成槽质量及抗渗能力，减少成槽施工对周边环境的影响，在地下连续墙外侧采用三轴水泥土搅拌桩进行槽壁加固。

为协调地下连续墙与工程桩之间的差异沉降，在每幅槽段内预留两根注浆管，进行桩底后注浆。

2.3 水平支撑体系设计

2.3.1裙房逆作区

Ⅱ期区域采用裙房区4层地下室梁板作为水平支撑体系，B1板兼作后期施工场地，施工堆载和土方运输走车范围内的板和立柱进行加固设计。裙房区逆作阶段，结构在平面上存在的高差对施工车辆的通行形成较大障碍，水平梁板在竖向存在高差对逆作阶段水平力的传递极为不利，设计对这类情况采取结构加腋的方案进行处理，附加腋角逆作施工结束后可根据建筑使用功能的要求确定是否保留。

在下沉广场、汽车坡道、电梯口、楼梯口和逆作法出土口等楼板大开口位置处，设置临时支撑和圈梁进行加固，使其与结构梁板共同形成平面支撑体系。各层楼板边开孔处设截面尺寸为500 mm×500 mm的对撑，间距为8.0 m，孔边设加强圈梁，截面尺寸为1 100 mm×800 mm，混凝土强度等级为C30。其余，楼板缺失区域在逆作施工阶段需采用板临时封闭，待逆作施工结束，并且地下室达到一定整体刚度后凿除。

2.3.2塔楼顺作区

1号、2号塔楼由于其结构复杂性和重要性，不宜采用剪力墙逆作方案。为确保塔楼区域水平传力体系的刚度和强度，支护方案设计时设置了四道临时钢筋混凝土支撑，支撑平面布置采用周边封闭设置的边桁架+角撑的布置形式，边桁架通过裙房梁板结构上设置的牛腿(如图1所示)与四层裙房地下室梁板相连，牛腿在塔楼顺作时换撑后逐层凿除。边桁架截面尺寸1 600 mm×1 000 mm，角撑截面尺寸800 mm×800 mm，系杆截面尺寸600 mm×600 mm，混凝土强度等级为C30。

2.4 逆作区土方施工

Ⅱ期区域逆作施工期间，除B1板以上的土方采用明挖法外，其余土方均采用暗挖法施工。设计方案中在地下室各层利用结构洞口和塔楼筒体等部位留设了5个出土口，取土口尺寸在满足结构受力要求的情况下，尽可能采用大开口，口边设加强圈梁，截面尺寸为1 100 mm×800 mm，混凝土强度等级为C30，出土口水平间距取30.0 m～35.0 m。

参考文献[1][2],土方开挖和结构施工时，可通过划分施工块，并采取分块开挖与施工的方法；各层土方采取盆式挖土，“盆底”筏板达到一定强度后，再按一定间距抽条开挖周边土方，并分块浇捣基础底板。

土方采用暗挖法施工期间，坑内采用小挖机进行作业，地面采用长臂挖机等设备进行作业。施工组织设计时应充分利用既有洞口，设置通风、照明措施确保施工安全。

2.5 竖向支承结构设计

参考文献[3],竖向承重结构在逆作法施工期间，地下室底板未浇筑之前，承受地下和地上各层的结构自重和施工荷载；在地下室底板浇筑后与底板连成整体，成为地下室结构的一部分。经设计计算，本项目逆作区竖向立柱采用强度等级为Q345B的φ650×20钢管混凝土柱(钢管内混凝土强度等级为C60)，一柱一桩，钢管立柱垂直度要求为1/500；逆作施工结束后，钢立柱外包钢筋混凝土，形成劲性混凝土柱。塔楼区临时立柱采用钢格构立柱，共73根，全部利用工程桩作立柱桩。

参考文献[1],与主体地下结构柱相结合的立柱和立柱桩分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态验算其竖向承载力和沉降量，并满足永久地下结构的受力、变形以及稳定性要求。为协调竖向构件不均匀变形，设计时在立柱桩底采用桩端后注浆控制差异沉降。

3 主要施工流程

Ⅱ期逆作区围护结构与Ⅰ期顺作区施工同步进行，逆作区首先进行三轴深搅槽壁加固、地连墙导墙、地连墙和逆作区立柱及立柱桩施工。待Ⅰ期主体结构出地面层(±0.0)后，Ⅱ期基坑进行土方开挖和水平梁板结构施工，施工顺序如下：

1)逆作区土方开挖至B1楼板底，设置底模，钢筋混凝土顶圈梁和B1梁板法施工，并与Ⅰ期B1楼板结构连接，梁板结构开口处设置圈梁和临时支撑。

2)逆作区土方开挖至B2楼板底，设置底模，B2梁板施工，并与Ⅰ期B2楼板结构连接，梁板结构开口处设置圈梁和临时支撑。

3)逆作区土方开挖至B3楼板底，设置底模，B3梁板施工，并与Ⅰ期B2楼板结构连接，梁板结构开口处设置圈梁和临时支撑。

4)土方开挖至筏板底，筏板和换撑板施工，并与Ⅰ期筏板结构连接，拆除塔楼区第四道钢筋混凝土临时支撑。

5)塔楼区-4层地下室结构和换撑板施工，养护强度达到设计要求后，拆除塔楼区第四道钢筋混凝土临时支撑。

6)重复程序五，依次拆除第三道～第一道钢筋混凝土临时支撑，完成塔楼顺作区施工。

4 环境影响评价

本项目采用PLAXIS有限元分析软件，选用平面应变模型和Hardening-Soil硬化—弹塑性模型。地下连续墙、工程桩及周边建筑均采用板单元进行模拟，有限元模型主要计算参数见表3。

表3 有限元模型主要计算参数表

工程设计中，选取了南侧靠地铁站的裙房和塔楼两个剖面进行了计算分析。模型计算宽度按基坑开挖水平影响范围取围护结构外3倍开挖深度，计算深度取60.0 m，对模型两侧边界施加水平向位移约束，底部边界施加水平及垂直位移约束。裙房剖面分工况一：Ⅰ期放坡顺作开挖，Ⅱ期场地作为施工平台；工况二：Ⅱ期裙房逆作，分析模型和结果见图2,图3；工况三：Ⅱ期主楼顺作，计算结果如表4所示。

表4 各工况计算结果汇总表

5 结语

本项目基坑支护设计过程中，全面分析了现场施工条件、既有建筑保护、工期和成本等因素，最终选定了“周边局部逆作”的支护方案。并采用数值分析的方法，对顺作和逆作过程进行数值模拟，周边环境变形和支撑体系内力符合设计要求。