緊鄰歷史古跡的地下博物館工程逆作法施工管理

1.上海建工二建集團有限公司 上海 200080; 2.上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心 上海 200080

1 工程概況

工程位于南京市秦淮區(qū)夫子廟內(nèi)。博物館平面呈矩形，為全地下結(jié)構(gòu)，中間為博物館本體，博物館本體與周邊結(jié)構(gòu)脫開，中間為“回”字形天井和坡道（圖1）。博物館基坑面積約7 270 m2，周長約358 m，基坑挖深20.50 m，地下4層。圍護采用厚1 000 mm地下連續(xù)墻（深40 m）。

圖1 工程概況

2 工程難點

本工程屬于緊鄰歷史古跡的深基坑施工，且位于旅游景區(qū)內(nèi)，文明施工要求高，結(jié)合工程難、特點決定采取周邊逆作法施工，工程的具體難點主要有以下幾點[1,2]：

1）工程北側(cè)基坑距離著名歷史保護建筑明遠樓最近處僅8 m，明遠樓兩側(cè)各有2棵古樹需要保護，古樹樹冠高大并且根系發(fā)達，容易受到施工影響。

2）工程4層地下室采用順作法施工，地下室周邊采用開放式逆作法施工，地下室部分在逆作法階段用大開孔的圓環(huán)支撐，圓環(huán)直徑達到46 m，正常使用階段將圓環(huán)支撐拆除，周邊逆作區(qū)域與本體順作區(qū)域之間完全脫開，形成一個開放式的結(jié)構(gòu)形式。

3）工程深基坑挖深為20.50 m，計算發(fā)現(xiàn)③3層第1層承壓水對工程有影響，需要降承壓水。

3 施工技術(shù)管理

3.1 地下連續(xù)墻施工的技術(shù)管理

在施工前，做好施工區(qū)域的勘察工作，掌握水文地質(zhì)條件、地下管線及相鄰建筑物位置、施工條件等情況。在挖掘之前，要清除地面和地下的障礙物。

根據(jù)工程地質(zhì)資料，本工程地下連續(xù)墻槽段需進入④2層泥質(zhì)砂巖2 m（中風化），普通抓斗難以啃得動。采用“抓鉆結(jié)合”的施工工藝，同時對成槽機進行改造，調(diào)整SG60成槽機的抓斗質(zhì)量提升力、咬合力等技術(shù)參數(shù)，確保地下連續(xù)墻嵌入巖層2 m。單元槽段均采用“兩鉆一抓”的形式成槽。旋挖鉆機采用等寬鉆頭，專門針對④1及④2層采用鉆進取土的方式成槽，留2 m左右的導(dǎo)入段，保證成孔垂直度。抓斗采用短齒磨啃方式，提高工作效率。

3.2 基坑降水施工技術(shù)管理

本工程的基坑土層一定深度內(nèi)含有潛水及承壓水，按照200 m2布置1口疏干井，共36口。設(shè)置井點時，控制井點避開立柱樁及坑底加固區(qū)。

基坑開挖過程中，需要降坑內(nèi)淺層潛水及第③3層承壓水，在坑外適當布置第③6層應(yīng)急回灌井兼水位觀測井，共8口。在坑外共布置淺層潛水及第③3層水位觀測井2口。監(jiān)測水位，在水位變化出現(xiàn)異常時，及時查找原因，采取堵漏等應(yīng)急措施。

降壓井根據(jù)水頭高度決定管口位置，盡量設(shè)在工作平臺層以下，并進行標識和保護。

3.3 “一柱一樁”施工的技術(shù)管理

本工程豎向支承柱（俗稱“一柱一樁”）采用臨時鋼立柱及柱下鉆孔灌注樁形式，其垂直度偏差應(yīng)不大于1/500，以保證其成為結(jié)構(gòu)永久柱對樓板不會產(chǎn)生較大的應(yīng)力重分布。

鋼立柱為焊接鋼管柱，鋼管采用成品材料，對鋼管的拼接、焊接均按管理與技術(shù)要求進行，并對焊縫進行嚴格翻修檢查處理。

工程鋼管樁上部為φ1 200 mm、下部為φ900 mm，為減少提鉆次數(shù)，鉆孔時首先采用φ1 200 mm鉆頭鉆至設(shè)計位置，提鉆后再采用φ900 mm鉆頭鉆至終孔。采取樁孔垂直度保證措施，小鉆頭開始鉆進時，注意輕壓慢轉(zhuǎn)，待鉆進1～2 m后再以正常參數(shù)施工。

由于基坑較深，因此對立柱樁的定位、垂直度控制非常高，格構(gòu)柱數(shù)量多，要求調(diào)垂技術(shù)必須快捷高效。經(jīng)過實踐與實際情況綜合分析，選用激光傾斜儀實時測量+調(diào)垂盤法、先插法施工。

立柱樁均進行樁端后注漿，通過預(yù)設(shè)在樁身內(nèi)的注漿導(dǎo)管和樁端注漿器壓密注漿。注漿管隨鋼筋籠同時下放，并做注水試驗嚴防漏水。

3.4 土方開挖施工的技術(shù)管理

本工程挖土階段按照工作量對基坑劃分為4個區(qū)域（圖2），按照1→3→4→2的順序進行跳倉施工。首層土方采用大開挖的形式進行開挖。第2、第3層土采用長臂挖機利用3個取土口及中心圓環(huán)支撐進行取土。第4、第5層土采用電吊及長臂挖機結(jié)合在B0板進行取土。

圖2 基坑分區(qū)及取土口布置

土方開挖前將深井管、格構(gòu)柱及“一柱一樁”位置告知土方開挖單位。柱、井管處嚴禁單側(cè)開挖，兩側(cè)高差不超過1 m，避免柱、井管的側(cè)向變形。柱、井管四周50 cm范圍內(nèi)禁止用機械開挖。開挖過程中嚴禁挖土機械盲目施工，傷及柱、井管。

采取井點降水措施，并在地面及坑內(nèi)設(shè)明溝和集水井相結(jié)合的排水措施。挖土過程中，保證地下水位離挖土面1 m以上，為保證排水效果，應(yīng)配上足夠潛水泵進行明（暗）排水。挖土深度應(yīng)嚴格控制，不許超挖。

挖土過程中要注意對鋼筋的成品保護，并合理安排挖土路徑，減少翻土量，避免對土體的重復(fù)碾壓。根據(jù)進度要求，合理安排取土口的打開數(shù)量，提高出土效率。

3.5 大跨度梁早拆模技術(shù)管理

本工程地下室施工，采用九夾板作為模板。各層結(jié)構(gòu)施工搭設(shè)1.80 m支撐排架，支設(shè)模板，綁扎鋼筋并澆筑混凝土。

國家標準規(guī)定，拆除底模時，當板、梁、拱、殼類構(gòu)件跨度大于8 m時，要求構(gòu)件混凝土強度達到混凝土立方體的設(shè)計抗壓強度標準值的100%以上時才可進行拆模。

本工程通過合理安排流水，保證混凝土的拆模強度，特殊部位采用吊筋結(jié)構(gòu)，通過在框梁與框柱相交處設(shè)置吊筋單元，實現(xiàn)對框梁的支撐，在逆作法施工有限的操作空間內(nèi)，能夠讓跨度≥8 m的框梁只需達到設(shè)計強度的75%就能夠提前拆模，加快模板的周轉(zhuǎn)時間（圖3）。

圖3 主梁提前拆模示意

3.6 逆作法設(shè)計協(xié)調(diào)

通常逆作法項目存在主體結(jié)構(gòu)設(shè)計和圍護設(shè)計2家單位，由于逆作法的設(shè)計施工一體化的特點，必須從技術(shù)角度，把2家設(shè)計單位和施工單位統(tǒng)一協(xié)調(diào)起來。一般要求參建各方中的1家有比較強的技術(shù)和經(jīng)驗，當然也可以聘請專業(yè)的咨詢單位參與。對設(shè)計分工上，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計首先可以按常規(guī)設(shè)計，圍護和施工單位根據(jù)結(jié)構(gòu)圖提出逆作法的深化設(shè)計和要求，主體設(shè)計考慮圍護設(shè)計的意見做調(diào)整和修改，有矛盾的地方，各方進行協(xié)調(diào)。最終所有涉及主體的設(shè)計內(nèi)容都需要結(jié)構(gòu)設(shè)計人員確認。開設(shè)計協(xié)調(diào)會是非常關(guān)鍵也是非常有效的推進措施，尤其有經(jīng)驗豐富的單位參加，可以很快確定設(shè)計方案，達到最優(yōu)的效果。

在設(shè)計的過程中，必須充分考慮施工的工藝要求，采用合理的施工工藝[3-6]。

4 信息化監(jiān)測與安全控制

信息化監(jiān)測技術(shù)是逆作法施工的重要保障手段，通過每天對監(jiān)測數(shù)據(jù)的梳理和判斷，及時調(diào)整施工方案。監(jiān)測內(nèi)容要根據(jù)具體部位和保護等級要求設(shè)置。重點保護區(qū)域的布點要可靠、數(shù)量要足夠；對一般性區(qū)域，重點監(jiān)測標志性位置。在保障監(jiān)測效果的前提下盡可能節(jié)約成本。

本工程重點監(jiān)測地下管線沉降水平位移、圍護墻頂垂直水平位移、圍護墻和土體傾斜、鄰近建筑物沉降，部分監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示。在整個逆作法施工的過程中，周圍管線最大沉降為11.20 mm，周圍地表最大沉降6.30 mm，基坑最大位移7.13 mm。周邊管線、建筑及圍護的日變形量及累計變形量均在設(shè)計、監(jiān)測限度值的范圍內(nèi)[7]。

表1 監(jiān)測數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

通過采用針對逆作法技術(shù)管理控制措施，南京科舉博物館工程在僅僅12個月的時間內(nèi)，完成了包括樁基圍護、地下室主體結(jié)構(gòu)、地上3層裙房主體結(jié)構(gòu)、機電安裝以及裝飾裝修工程。在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上，工程也取得較高的經(jīng)濟效益，以“一柱一樁”技術(shù)管理為例，采取激光調(diào)垂比傳統(tǒng)立式調(diào)垂架節(jié)省16%左右的成本。

本文的逆作法施工技術(shù)管理控制措施對于基坑逆作法工程的順利進展具有重要借鑒意義。