上海陸家嘴中心區(qū)Z4-2地塊工程地下結(jié)構(gòu)逆作法施工

俞沈星

上海新光工程咨詢有限公司 上海 200081

1 工程概況

上海陸家嘴中心區(qū)Z4-2地塊公共綠地改造工程總建筑面積約37 063.5 m2，其中地下建筑面積為36 235.4 m2，地上建筑面積828.1 m2。工程為地下2層，局部為地下3層；地上2層，局部為3層，并有相應(yīng)的配套設(shè)施，主要建設(shè)內(nèi)容為Z4-2地塊公共綠地及綠地下的商業(yè)配套用房，主樓結(jié)構(gòu)最高為11.6 m；主樓最北面為鋼亭，鋼亭結(jié)構(gòu)最高為25 m，鋼亭外圍設(shè)置大型LED屏。

根據(jù)本工程的巖土工程勘察報(bào)告，擬建區(qū)域地層從上到下依次為：①填土、②1灰黃色粉質(zhì)黏土、②3灰色黏質(zhì)粉土、③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑤1-1灰色黏土、⑤1-2灰色黏質(zhì)粉土夾粉土、⑥暗綠-草黃色粉質(zhì)黏土、⑦1草黃色砂質(zhì)粉土。

擬建場區(qū)地下水根據(jù)埋藏條件可劃分為潛水及承壓水。潛水穩(wěn)定水位埋深在0.80～1.70 m之間，相應(yīng)標(biāo)高2.20～3.02 m。承壓水主要有第⑦層承壓含水層，最淺層面埋深為29.00 m，承壓水水頭埋深一般為地面以下3～11 m，隨季節(jié)呈周期性變化。

2 地下結(jié)構(gòu)施工工法的選擇

本工程地下部分建筑面積為36 235.4 m2，占總建筑面積的97.8%，所以，地下結(jié)構(gòu)施工工法選擇是否合理，將直接影響到本工程的建設(shè)工期、成本。為此，在本工程初步設(shè)計(jì)階段就對地下結(jié)構(gòu)采取何種施工工法，分別從以下幾點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)論證。

2.1 周邊環(huán)境復(fù)雜，環(huán)境保護(hù)要求高

本工程所在地塊的北面緊鄰世紀(jì)大道，在世紀(jì)大道下有通車運(yùn)營的軌道交通2號線；東、南緊靠陸家嘴環(huán)路，在陸家嘴環(huán)路中間有陸家嘴環(huán)路車行地道，距離本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)20.5 m；西面緊臨上海環(huán)球金融中心和東泰路，與上海環(huán)球金融中心僅一墻之隔（圖1）。

圖1 陸家嘴中心區(qū)Z4-2地塊公共綠地改造工程平面

在地塊四周的世紀(jì)大道、陸家嘴環(huán)路、東泰路和環(huán)球金融中心內(nèi)部道路下，有給水、燃?xì)?、電力、通信等各類管線，需要保護(hù)。

2.2 地下工程的面積大、深度深

本工程所在地塊呈L形，其每條邊的長度均超過100 m，最長的一邊達(dá)180 m，支撐長度將超過其適用界限。

另外，本工程地下2層的開挖深度在13.7～15.0 m之間，地下3層的開挖深度為18.9 m，控制基坑回彈比較困難。

2.3 地下工程的平面形狀復(fù)雜

由于受地塊形狀的限制，本工程地下室的平面呈L形，且在東側(cè)的南北兩端又呈圓弧形，平面形狀的不規(guī)則導(dǎo)致支撐受力的復(fù)雜和不穩(wěn)定。

2.4 施工作業(yè)場地狹小

本工程地下連續(xù)墻外邊線與地塊的規(guī)劃紅線基本重合，無施工臨時(shí)用地，導(dǎo)致現(xiàn)場施工作業(yè)、材料堆放困難。在綜合考慮后，經(jīng)過詳細(xì)論證，本工程的地下結(jié)構(gòu)采用逆作法施工工法應(yīng)該說是比較合適的，同時(shí)考慮到施工作業(yè)場地因素，最后決定采用了全逆作法施工工法。

3 地下結(jié)構(gòu)逆作法施工

Z4-2工程地下結(jié)構(gòu)總建筑面積36 235.4 m2，考慮到整個(gè)場地的不規(guī)則形狀，為了保證工程進(jìn)度，將整個(gè)場地分成2個(gè)獨(dú)立的施工區(qū)域。靠場地東側(cè)的區(qū)域，即由 EX1～EX21軸和 EY1～ EY7軸圍成的區(qū)域?yàn)棰駞^(qū)；靠場地南側(cè)的區(qū)域，即由 SX1～ SX4軸和 SY1～SY15軸圍成的區(qū)域?yàn)棰騾^(qū)。在Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)交界處打設(shè)排樁作為臨時(shí)圍護(hù)，以便于2個(gè)區(qū)域分別挖土施工（圖2）。

圖2 工程平面及施工示意

3.1 地下結(jié)構(gòu)逆作法構(gòu)造措施

1）地下連續(xù)墻兼作地下室外墻。本工程采用地下室外墻與基坑圍護(hù)墻兩墻合一的形式，一方面省去了單獨(dú)設(shè)立的圍護(hù)墻，另一方面可最大限度地?cái)U(kuò)大地下室面積，增加有效使用面積。但是由于采用兩墻合一的形式，因此對地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量提出了較高要求。

2）采用永久性的鋼管立柱作為中間支承柱。中間支承柱在逆作法施工期間，在地下室底板未澆筑之前與地下連續(xù)墻一起承受地下和地上各層的結(jié)構(gòu)自重和施工荷載；在地下室底板澆筑之后，與底板連接成整體，作為地下室結(jié)構(gòu)的一部分，將上部結(jié)構(gòu)及承受的荷載傳遞給地基。本工程的中間支承柱采用了一樁一柱的鋼管立柱，由于鋼管立柱在地下結(jié)構(gòu)挖土期間只是承受梁板的自重和施工荷載，對于定位和垂直度沒有嚴(yán)格要求。而在地下結(jié)構(gòu)施工時(shí)，鋼管柱作為地下室框架結(jié)構(gòu)的立柱，對于定位和垂直度的控制要求較高，這是本工程的難點(diǎn)和控制重點(diǎn)。

3）大量采用勁性混凝土結(jié)構(gòu)。勁性混凝土（又稱型鋼混凝土或勁鋼混凝土）組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件由混凝土、型鋼、縱向鋼筋和箍筋組成，基本構(gòu)件為梁和柱。勁性混凝土具有強(qiáng)度高、構(gòu)件截面尺寸小、與混凝土握裹力強(qiáng)、節(jié)約混凝土、增加使用空間、降低工程造價(jià)、提高工程質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)有全部構(gòu)件采用型鋼混凝土的結(jié)構(gòu)和部分構(gòu)件采用型鋼混凝土的結(jié)構(gòu)兩種，本工程采用了后一種。H型鋼的高度為400～1 700 mm，采用實(shí)腹式寬翼緣的焊接型鋼。一樁一柱的鋼管柱與型鋼混凝土鋼梁連接時(shí)，采用剛性連接，且梁內(nèi)型鋼翼緣與柱內(nèi)型鋼翼緣采用全熔透焊接連接；梁腹板與柱采用摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接。

4）圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)采用槽壁加固和墻底注漿。限于本工程所處區(qū)域土質(zhì)較軟，因此設(shè)計(jì)采用了內(nèi)外側(cè)槽壁加固的方法，以確保地下連續(xù)墻成槽的質(zhì)量。另外，為了提高地下連續(xù)墻墻底承載力，有效防止地下連續(xù)墻的不均勻沉降，采取了在地下連續(xù)墻墻底注漿方式，就是以一定壓力將適當(dāng)水灰比的水泥漿液注入注漿管，水泥漿液向周圍土體滲透擴(kuò)散，與墻底及墻底四周土體發(fā)生物化反應(yīng)后固結(jié)，形成密實(shí)的水泥土，從而提高強(qiáng)度。

5）地下室梁板設(shè)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藝，各層梁板大部分封閉，給地下室挖土施工帶來很多困難，因此本工程在各層梁板上設(shè)置了多個(gè)大小不一的出土口，以便于地下室挖土施工中能及時(shí)出土[1-3]。

3.2 地下結(jié)構(gòu)逆作法施工工況

地下結(jié)構(gòu)逆作法的施工工況為（以Ⅰ區(qū)地下3層結(jié)構(gòu)逆作為例，圖3）[4-7]：

1）工況1：地下連續(xù)墻槽壁加固，施工地下連續(xù)墻、立柱樁。

2）工況2：坑內(nèi)地基加固。

3）工況3：基坑疏干井降水，淺層卸土，施工B0層樓板。

4）工況4：開挖至B1層樓板底，施工B1層樓板。

5）工況5：開挖至第1道支撐底，施工第1道臨時(shí)支撐。

6）工況6：開挖至第2道支撐底，施工第2道臨時(shí)支撐。

7）工況7：開挖至坑底，施工B3層底板。

8）工況8：拆除第2道臨時(shí)支撐。

9）工況9：施工B2層樓板。

10）工況10：拆除第1道臨時(shí)支撐。

3.3 地下結(jié)構(gòu)施工對周邊環(huán)境的影響

本工程Ⅰ區(qū)從基坑槽壁加固開始到拆除第2道臨時(shí)支撐，基坑變形基本都在可控范圍內(nèi)，只有少數(shù)幾個(gè)監(jiān)測點(diǎn)超過報(bào)警值，但遠(yuǎn)小于明挖順作法施工的基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)。

圖3Ⅰ區(qū)地下3層結(jié)構(gòu)逆作施工工況

4 對地下結(jié)構(gòu)逆作法施工的幾點(diǎn)思考

從本工程Ⅰ區(qū)地下結(jié)構(gòu)逆作法施工的情況來看，選擇全逆作法施工工藝是非常正確的，目前工程本體質(zhì)量基本上達(dá)到了要求，周邊環(huán)境保護(hù)也較理想。但在逆作法施工過程中也產(chǎn)生了一些問題，值得認(rèn)真地總結(jié)和思考。

4.1 勁性混凝土結(jié)構(gòu)對梁板施工影響

本工程在梁設(shè)計(jì)上采用了大量勁性混凝土結(jié)構(gòu)，小的H型鋼高度在400 mm，梁高700 mm，最大的H型鋼高度為1 700 mm，梁高度為2 000 mm。采用勁性混凝土結(jié)構(gòu)可以提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，但大量采用勁性混凝土結(jié)構(gòu)，增加了勁性梁安裝時(shí)間，無法較快地形成水平支撐體系，會(huì)使基坑變形暫時(shí)有增大趨勢。另外，由于本工程采用“一樁一柱”的鋼管混凝土柱與勁性混凝土梁結(jié)合結(jié)構(gòu)，為滿足施工荷載和結(jié)構(gòu)受力荷載要求，梁柱節(jié)點(diǎn)處的鋼筋布置得非常密集，使鋼筋安裝非常困難。對于這些問題建議在今后類似工程設(shè)計(jì)中要引起重視。

4.2 中間支承柱的定位精度和垂直度影響結(jié)構(gòu)尺寸問題

本工程的中間支承柱采用了永久性的一樁一柱的鋼管混凝土柱，在基坑逆作階段作為梁板的中間支承柱，在結(jié)構(gòu)施工階段，再采用外包厚15 cm的鋼筋混凝土作為框架結(jié)構(gòu)的組成部分。由于逆作法施工要求中間支承柱須在樁基施工時(shí)一起完成，這中間可能會(huì)造成中間支承柱的軸線定位產(chǎn)生偏差，給結(jié)構(gòu)施工帶來一定的困難。

解決的辦法除了通過采用精度高的定位儀器和垂直度調(diào)整儀器進(jìn)行更精確的微調(diào)外，能否在結(jié)構(gòu)形式上予以優(yōu)化需要進(jìn)一步研究。

4.3 臨時(shí)支撐對挖土和結(jié)構(gòu)施工的影響

本工程在Ⅰ區(qū)設(shè)計(jì)有2道混凝土臨時(shí)支撐，標(biāo)高分別為－6.40 m、－11.60 m，其中－6.40 m的臨時(shí)支撐與B1層梁板的距離一般在2.40 m，最小距離只有1 m，與B2層底板的距離為2.70～4.00 m，這個(gè)距離對挖土而言，顯然太小。建議在圍護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，挖土面距離上層結(jié)構(gòu)樓板的高度能控制在3.8 m以上，以保證挖機(jī)的通行和快速作業(yè)。

4.4 樁基間距對挖土施工的影響

本工程的樁基采用鉆孔灌注樁，根據(jù)設(shè)計(jì)，鉆孔灌注樁的中心間距為3 m，2根樁之間的凈距只有2 m左右，如此密集的樁群對挖土施工帶來不少困難，使得挖機(jī)無法施展開，影響了挖土的效率。

4.5 取土口對挖土施工效率的影響

逆作法工程挖土采取暗挖的形式，取土點(diǎn)相對于順作法設(shè)置而言，數(shù)量較少，且取土點(diǎn)間距較遠(yuǎn)也造成坑內(nèi)土方水平駁運(yùn)距離過大，加上樓層與樓層之間的層高限制，使挖機(jī)挖土效率大大降低。

根據(jù)本工程逆作法的經(jīng)驗(yàn)：建議在結(jié)構(gòu)樓板上增設(shè)取土口數(shù)量，原則上一般按2～3跨軸線（15～20 m）間距設(shè)置1個(gè)取土口，以增加取土點(diǎn)的數(shù)量并減小坑內(nèi)水平駁運(yùn)距離。以往在暗挖設(shè)計(jì)時(shí)，挖土面與上層結(jié)構(gòu)樓板的最小距離設(shè)計(jì)一般控制在2.7～3.0 m之間，故建議今后圍護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮將挖土面距離上層結(jié)構(gòu)樓板的高度控制在3.8 m以上，以保證PC-100型挖機(jī)暢行，提高挖土效率。