城市復雜環境下逆作法工程施工技術

上海建工二建集團有限公司 上海 200080

1 工程概況

本工程位于南京市秦淮區夫子廟內，貢院街以北、貢院西街以東。工程建筑主要為中國科舉博物館配套辦公用房等組成。博物館平面呈矩形，為全地下結構，中間為博物館本體，主要布置展廳，博物館本體與周邊結構脫開，中間為回字形天井和坡道（圖1）。

圖1 工程概況

博物館基坑面積約7 270 m2，周長約358 m，基坑挖深20.5 m。圍護采用厚1 000 mm地下連續墻（深40 m），基坑北側地下連續墻鄰近歷史保護建筑明遠樓，采用T形地下連續墻兩側設置槽壁加固。西北角及西側區域地下連續墻兩側設置槽壁加固。槽壁加固采用Φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁。博物館本體與周邊結構脫開，故博物館本體采用順作法施工，設置4 道鋼筋混凝土環撐和5 塊板，除博物館本體外的其他建筑采用逆作法施工，以5 塊板代水平支撐確保基坑豎向穩定。本工程水文地質條件復雜，場地范圍有2 層承壓水。第1層承壓水主要賦存于③3層中；第2層承壓水主要賦存于③6層含卵礫石粉土、粉砂層中。另外場地內有不良地質土如填土、軟弱土等。

2 工程施工中存在的風險

2.1 周邊環境風險

（a）本工程位于南京市夫子廟地區，南側為貢院街。夫子廟周邊游人較多，施工中需處理好周邊安全。

（b）工程北側明遠樓兩側各有2 棵歷史悠久的法國梧桐需要保護，距離地下連續墻T形槽段最近為8.4 m，在整個施工過程中需要對其特別的保護。此類樹對堿性物質比較敏感，而攪拌樁施工中有大量的堿性物質如水泥等，在施工前必須制定對應的保護措施。

（c）本場地內部及北側存在上世紀80年代初的人防結構，局部位置地下室外墻與人防設施的平面位置相沖突（圖2），需在本工程基坑圍護體施工前進行清障處理。現有人防設施埋深約5.5 m，人防底板厚約400 mm。

圖2 老人防設施與地下室外墻示意

（d）樁基地下連續墻嵌巖地下連續墻底部進入④2層泥質砂巖（中風化）至少2 m，成槽設備須滿足入巖要求。

（e）本工程基坑挖深為20.5 m，經計算，③3層第1層承壓對本工程有影響，需降承壓水。

2.2 逆作法施工難點

（a）由于采用一柱一樁的方法，先期施工的鋼立柱將作為以后永久柱結構，鋼立柱的垂直度得不到保證，將會對以后柱子的施工帶來影響，且會對樓板產生較大的應力重分布，因此鋼立柱的垂直度須達到1／500精度以上。

（b）采用“兩墻合一”的單墻形式，因此接頭防水問題、地下連續墻垂直度、泥漿配置三大因素是決定地下連續墻、基坑、結構質量的關鍵。

（c）逆作法施工挖土與結構的協同施工：遵循“分層、分塊、限時”的原則。

3 施工中所采取的措施[1-4]

3.1 周邊環境保護措施

（a）工程地下連續墻施工離古樹較近，為防止水泥土攪拌樁施工時的水泥漿侵入古樹周邊土體內，根據地質情況在古樹與T形槽段地下連續墻之間（T形槽段之外2 m處）采用打設一排深9 m拉森鋼板樁方法來防止水泥漿侵入古樹周邊土體內（圖3）。

圖3 明遠樓古樹保護示意

（b）地下連續墻區域清障寬度為3 m，采用RT-260H全套管鉆機Φ1 500 mm套管進行清障處理，每孔搭接500 mm，以保證清障無死角，約需鉆138 孔。立柱樁及抗壓樁處采用Φ1 200 mm套管進行清障處理，約需鉆34 孔。清障深度為地面以下6 m。待清除回填密實后，施工攪拌樁槽壁加固和新建的地下連續墻，局部土體進行槽壁加固。

（c）本工程地下連續墻深度40 m，已嵌入④2層泥質砂巖（中風化）2 m，施工帶來較大難度，在未進入④1層泥質砂巖（強風化）時采用金泰SG60成槽機進行成槽挖土，待三抓全部挖至接近③6層底且發現施工進度變緩后使用銑槽機進行成槽作業，待整幅槽段均達到設計入巖標準后，直接使用BC40銑槽機進行清底置換。

3.2 逆作法關鍵措施

（a）為了提高地下連續墻與底板之間的施工縫抗滲要求，挖土后，清理地下連續墻面的施工縫表面的泥巴，并鑿掉地下連續墻保護層，用鋼絲板刷刷清浮灰，再用清水沖洗干凈，使后澆底板與地下連續墻面有良好的接觸，確保抗滲要求。

（b）地下連續墻成槽過程中利用成槽機自配顯示儀表和自動糾偏儀，進行垂直度跟蹤觀測，嚴格做到隨挖隨測隨糾，達到1/400的垂直度要求，選用優質泥漿，配制合適的泥漿配合比進行試成槽，并根據實驗情況及時調整。

（c）本工程主體結構柱長＞20 m，一柱一樁垂直度控制要求為1/500，采用液壓全自動調垂盤法系統結合激光測斜儀垂直度監測進行格構柱垂直度調整。

（d）本工程采用順逆結合的施工方法，除博物館本體外的其他建筑物采用逆作法施工，博物館本體采用順作法施工。逆作法施工時中逆作法取土口的設置、梁柱受力節點的處理、混凝土澆筑節點處理、兩墻合一同主體結構連接點處理、鋼管柱梁節點是至關重要的。

4 工程施工技術

針對工程地處南京夫子廟內，周邊環境復雜，施工工期緊，故對本工程樁基圍護施工方案、逆作法挖土施工方案、博物館本體施工方案、地下施工方案等與設計進行溝通，進行設計圖紙的優化，使工程得以順利進行。

4.1 土方開挖總流程

由于基坑周邊環境復雜，基坑開挖為滿足挖土要求，在頂板上設置4 個取土口（圖4）。為解決地下施工期間材料的運輸問題，利用該洞口作為吊物孔，在其周邊樓板作加固處理，方便土方車輛裝卸使用。

逆作區施工流程為：逆作區開挖至-2.55 m，施工B0板、順作區第1道支撐→逆作區開挖至-6.95 m，施工B1板、順作區第2道支撐→逆作區開挖至基坑底-20.70 m，B3板及順作區第4道混凝土支撐施工完成。博物館本體順作施工流程為：底板完成，順作區第4、3 道支撐拆除，B3、B2結構施工→逆作區上部結構施工，順作區第2、1道支撐拆除，B1、B0結構施工

圖4 取土口及行車路線示意

4.2 土方開挖施工

工程第1皮土方采用3臺1 m3挖機進行大開挖，挖土至頂板底標高，隨即澆搗混凝土墊層，待墊層具備一定的強度后，搭設排架施工B0板。

待±0.00 m樓板完工，其混凝土達到強度后立即在取土口處設置4臺抓斗挖土機。根據B0板上運土車30 t/輛的輪壓，對于車輛行走處的樓板將采取樓板內增加鋼筋以加強，以滿足運土車輛的荷載。

在每層樓板混凝土強度達到設計要求后分區開始挖下一皮土方（圖5）。“盆邊”土抽條開挖，隨挖隨搗混凝土墊層。挖土設備采用4 臺液壓反鏟挖土機，確保每日出土2 500 m3，挖土時從中間向兩邊進行，先在取土孔部位局部人工放坡挖深，然后以1∶2放坡挖土推進，為集土需要，取土口處土比周邊土可局部挖深1.5 ～2 m。

圖5 挖土分區示意

待坑底盆邊土全部挖完，墊層連成一個整體后，進行局部深坑的開挖，底板完成，移走取土設備。

挖土時不得單邊掏空立柱。土方開挖在降水及坑內加固達到要求后進行，挖土操作分層分段，對個別一次挖土超過2 m的需階梯式開挖，階梯至少寬6 m。坑底應保留300 mm厚基人工挖除平整，防止坑底土擾動。墊層隨挖隨澆，墊層必須在見底后24 h內澆完。

逆作區挖土由于本工程挖深達20.5 m，需做好通風和照明的設施。地下照明采用水銀燈，管線在澆搗上一層樓板的時候預埋。每隔8 m左右1 只燈，隨著挖土方向燈具及時跟進安裝。

在應急通道的照明需采用一路單獨的線路，以便于施工人員在發生意外事故導致停電的時候從現場安全撤離，避免人員傷亡事故的產生。

4.3 基坑降水施工

（a）本工程的①、②1、②2、③1、③2、③3 及③4層中一定深度內含有潛水及承壓水。按照200 m2布置一口疏干井，共36口。

（b）基坑開挖過程中，需要降坑內淺層潛水及第③3層承壓水，在坑外適當布置第③6 層應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。主要用于水位監測，在水位變化出現異常時，及時查找原因，采取堵漏等應急措施。

（c）井點避開立柱樁及坑底加固區。

4.4 混凝土支撐拆除施工

本工程地處繁華的夫子廟地區，緊鄰省級保護建筑明遠樓和周邊的2～3 層商鋪，故科舉博物館本體處混凝土環撐拆除選用靜力切割的方式進行。結合科舉博物館結構施工、施工工序，第1次拆除第4、第3道撐，第2次拆除第2、第1道撐。

支撐拆除方案采用支撐底部搭設鋼管腳手架支撐柱作為承重支架，用金剛鏈式切割機搭配鉆孔機進行切割分段，在棧橋上通過汽車吊將混凝土塊件吊離，場外機械破碎解體。

根據工程要求，分段長度根據吊車性能及回轉半徑確定的起吊質量確定，為保證支撐梁吊運過程的絕對安全，每分段支撐梁的大小在4～5 t，局部棧橋下吊裝困難區域支撐梁大小根據吊裝半徑分段更小。

5 實施效果分析

本工程周邊環境復雜，采用順逆結合的方法達到了預期的效果。至底板完成后測得的各累計變化量為：周邊建筑、管線等沉降為11.2 mm；周邊地表沉降為6.3 mm；坑外承壓水水位為229 mm；地下連續墻頂沉降及立柱沉降為6.1 mm；結構梁及結構板內應力為：9.89 mm。基坑變形和周邊建筑、管線等沉降、周邊地表沉降、周邊圍墻位移等均在有效范圍之內。