某大型综合体建筑地下室结构与基坑水平支撑逆作一体化研究

某大型综合体建筑地下室结构与基坑水平支撑逆作一体化研究

吕理元

南京世茂房地产开发有限公司，江苏 南京 210000

【摘要】某大型商业综合体共四层地下室，临近地铁2号线，基坑开发周期长，对地铁安全影响大，基坑变形控制要求高。为加强开发过程中基坑安全性，同时加快项目进度，采用地下室结构楼板逆作法兼作基坑水平撑的方案。本文结合项目具体情况，针对结构支撑逆作一体化相关设计与施工，阐述设计要点及施工难点，为此类设计提供参考。

【关键词】基坑变形；逆作；一体化

1.项目概况

某大型公建项目地块位于南京市建邺区，集大型高层商业综合体、300m超高层办公、250m超高层公寓、150m超高层住宅等多种业态为一体，地下室四层，基础埋深22m。项目地块西侧紧邻南京地铁2号线，西北角为2号线集庆门大街地铁站，项目基坑与地铁站点净距最近处17.4m，坑边距地铁隧道最近处20.3m。

2.逆作实施背景

因项目地质土层力学性质较差，基坑深度较深，为控制基坑变形对地铁的影响，根据相关主管部门要求并经评审，项目基坑分为大小共8个基坑分区，基坑开发须按分区依次施工，目前Ⅰ-1、Ⅰ-2两个住宅分区及Ⅱ-1超高层公寓、Ⅳ超高层办公塔楼分区主体已施工至地面，其余4个分区需待前一分区地下室顶板施工完成后方可进行下一分区土方开挖及水平支撑的施工，对项目进度制约较大。而对于地铁沿线的三个较大分区Ⅱ-2、Ⅲ-2、Ⅴ区，依次开发需要约三年时间，基坑暴露时间长，地铁安全隐患大。

为加快项目进度，减少施工过程中的基坑变形，提出了对Ⅲ-2分区采用部分梁板结构代替水平支撑支护结构的设想，采用“半逆作”工法，地下室各层梁板结构中部开大洞口，自地下室顶板起，逐层向下逆作施工，开洞后的各层结构梁板代替基坑水平支撑，用以承担基坑开挖、地下室施工期间的周围土压力。地下结构逆作阶段，逆作桩基仅承担地下室逆作区荷载，地上结构不同步向上施工，需待逆作至桩顶标高后，底板、承台浇筑完成并达到强度，再由下而上各层顺作施工。

实施半逆作法后，初步预估整体工期可减少六个月。

3.地质概况及基础形式

场地属长江漫滩地貌单元，区域地质构造较稳定，较为事宜本项目建设。底板下主要土层为粉砂、粉细砂及强风化、中风化粉砂质泥岩。Ⅲ-2分区所在区域无超高层塔楼，均为商业裙房，考虑到商业柱网跨度、荷载均较大，地下室层数多，基坑深度较深且临近地铁，本工程采用钻孔灌注桩的基础形式，可避免挤土效应，并可提供较大的抗压、抗拔承载力。

经方案对比及试桩，本工程用于商业裙房区域的桩径主要为1200、800、700，有效桩长的单桩承载力特征值分别为17000kN、6250kN/3000kN（抗拔）、2150kN（抗拔）。

4.逆作一体化方案优劣分析

4.1逆作方案优点

项目前期施工过程中，对应段地铁收敛变形值已达地铁要求临界值，一旦突破临界值，需采用钢环加固，投入成本较大，并面临停工风险及地铁停运造成的社会影响。采用逆作法施工，地下室结构楼板可提供远大于原基坑水平支撑的刚度，同时减少了基坑拆换撑的工序，对控制基坑变形较为有利。

地下室逆作施工至底板后，逆作区已施工的结构梁板不再拆除，节约了原基坑方案拆除内支撑的工期。另外，无需再施工原水平支撑立柱桩，结构主体桩基经逆作调整后，桩总数减少，也可缩短工期。

原设计中基坑周边竖向支护形式即为“两墙合一”的地下连续墙，竖向结构构件形式在实施逆作一体化方案上具备较好的条件。

4.2逆作方案缺点

首先，实际节约工期可能达不到预期值。改为逆作法后，施工工期主要受到出土速度制约，项目地处南京市建邺区核心地段，出土效率可控性差。

其次，逆作法的实施一般均会导致工程造价有所增加。虽然逆作实施可减少一部分桩基、基坑水平支撑的造价，但原地下室结构楼板并未考虑中部开大洞工况下水平力的验算，需作相应计算、补强、后期改造；原地下室结构柱为部分型钢柱、部分混凝土柱，现为便于向下逆作施工，需在逆作区将其改为钢管混凝土柱，梁柱节点需作调整；中部顺作区的地下各层结构板在逆作阶段为洞口，洞口周边需采取板厚加厚、加大配筋、增加边梁及暗梁等加强措施；另外，首层结构板（地下室顶板）兼作栈桥使用，需考虑较大的施工荷载，结构构件截面、配筋均需相应加大。

5.设计、施工难点及解决方案

5.1首层楼板不规则

因建筑功能要求，在首层地下室顶板设置有下沉广场、汽车坡道等，首层楼板在逆作区有较多洞口，并有较大的楼板高差，不利于有效传递水平力。

对于逆作区楼板的大开洞，可在洞口补做临时楼板，后期顺作区楼板施工完成后再行拆除；对较小洞口、后浇带部位，可设置临时钢支撑。楼板高差处，采用斜坡粗砂回填后，在其上再做一层硬化层钢筋混凝土斜板，保证水平力的传递及施工行车的便利性。

5.2地下二、三层无梁楼盖的处理

地下二层、三层楼板为无梁楼盖体系，逆作阶段在中部大开洞后，楼板刚度有较大削弱，水平压力作用下易发生翘曲变形。

对于大开洞角部，斜向增加临时上翻梁，对于大开洞四周，增设临时上翻边梁，保证水平力有效传递的同时，提高楼面刚度，控制楼板变形。临时上翻边梁需后期拆除，设置上翻梁区域的无梁楼盖按有梁、无梁工况包络计算。同时对无梁楼盖配筋作相应加强。其它各层在楼板薄弱处也有所加强。

开洞后，对Ⅲ-2分区地下室结构采用ANSYS进行有限元分析，结构变形、应力计算结果均满足控制要求。

5.3地下室混凝土墙的处理

对于逆作范围内人防区的混凝土内隔墙，因混凝土墙在逆作精度、墙与各层主体梁板结构的连接等在施工技术上尚不成熟，如在混凝土墙部分采用钢管柱形式进行逆作，会大幅增加工程造价，且混凝土墙在各层与水平梁板接缝浇筑质量及整体性的施工质量难以保证，故对该部分混凝土墙采用预留插筋、后续顺作的施工方法。

5.4顺作区与逆作区二次浇筑的连接处理

顺作阶段，与逆作区已施工结构存在接缝位置的止水问题。现阶段二次浇筑接缝问题已有较成熟的处理经验，可先对接缝面进行凿毛处理、涂刷界面剂后，嵌固一条通长设置的遇水膨胀止水条。当建筑使用功能对防水要求较高时，也可在接缝处预埋注浆管，待二次浇筑完成且梁板结构达到强度后，通过压力注浆封闭构件内的微细缝隙。

5.5桩基施工图的调整

原桩基施工图未按逆作法设计，需作一定调整。逆作工况下根据竖向承载力在逆作区域布置一柱一桩，再结合整体荷载及抗浮要求，布置其余承压桩、抗拔桩。顺作区域桩基无需调整。

5.6模板体系

一般情况下支护水平支撑均为临时结构，施工允许误差较大。逆作阶段兼作水平支撑的地下室梁板，对施工精度要求较高，应按永久结构控制施工精度。而由于逆作法施工条件限制较大，采用土胎模时，因项目场地的土层力学性质较差，土胎模难以达到精度要求。采用架立模板可更好的控制模板变形，但会导致向下开挖面较深，需复核周边地下连续墙、分坑支护排桩的计算。

6.结语

本项目在基坑Ⅲ-2分区中，采用部分地下室梁板代替水平支撑，设计过程中对相关难点作了充分论证，为加快项目工程进度提供了保障。同时，采用逆作施工更有利于基坑变形量，降低了对周边环境的不利影响。随着大城市中越来越高的环境保护要求及施工场地的限制，基坑支护水平支撑与主体梁板结构相结合的支护方式将得到越来越广泛的应用。

参考文献

[1]建筑工程逆作法技术标准（JGJ 432-2018）[M].中国建筑工业出版社,2018.

[2]王卫东，王建华.深基坑支护结构与主体结构相结合的设计、分析与实例[M].中国建筑工业出版社，2007.