上海陸家嘴中心區Z4-2地塊工程地下結構逆作法施工

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，并有相應的配套設施，主要建設內容為Z4-2地塊公共綠地及綠地下的商業配套用房，主樓結構最高為11.6 m；主樓最北面為鋼亭，鋼亭結構最高為25 m，鋼亭外圍設置大型LED屏。

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

擬建場區地下水根據埋藏條件可劃分為潛水及承壓水。潛水穩定水位埋深在0.80～1.70 m之間，相應標高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，隨季節呈周期性變化。

2 地下結構施工工法的選擇

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，地下結構施工工法選擇是否合理，將直接影響到本工程的建設工期、成本。為此，在本工程初步設計階段就對地下結構采取何種施工工法，分別從以下幾點進行了詳細論證。

2.1 周邊環境復雜，環境保護要求高

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

圖1 陸家嘴中心區Z4-2地塊公共綠地改造工程平面

在地塊四周的世紀大道、陸家嘴環路、東泰路和環球金融中心內部道路下，有給水、燃氣、電力、通信等各類管線，需要保護。

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，且在東側的南北兩端又呈圓弧形，平面形狀的不規則導致支撐受力的復雜和不穩定。

2.4 施工作業場地狹小

本工程地下連續墻外邊線與地塊的規劃紅線基本重合，無施工臨時用地，導致現場施工作業、材料堆放困難。在綜合考慮后，經過詳細論證，本工程的地下結構采用逆作法施工工法應該說是比較合適的，同時考慮到施工作業場地因素，最后決定采用了全逆作法施工工法。

3 地下結構逆作法施工

Z4-2工程地下結構總建筑面積36 235.4 m2，考慮到整個場地的不規則形狀，為了保證工程進度，將整個場地分成2個獨立的施工區域。靠場地東側的區域，即由 EX1～EX21軸和 EY1～ EY7軸圍成的區域為Ⅰ區；靠場地南側的區域，即由 SX1～ SX4軸和 SY1～SY15軸圍成的區域為Ⅱ區。在Ⅰ區和Ⅱ區交界處打設排樁作為臨時圍護，以便于2個區域分別挖土施工（圖2）。

圖2 工程平面及施工示意

3.1 地下結構逆作法構造措施

1）地下連續墻兼作地下室外墻。本工程采用地下室外墻與基坑圍護墻兩墻合一的形式，一方面省去了單獨設立的圍護墻，另一方面可最大限度地擴大地下室面積，增加有效使用面積。但是由于采用兩墻合一的形式，因此對地下連續墻的施工質量提出了較高要求。

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墻一起承受地下和地上各層的結構自重和施工荷載；在地下室底板澆筑之后，與底板連接成整體，作為地下室結構的一部分，將上部結構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構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格要求。而在地下結構施工時，鋼管柱作為地下室框架結構的立柱，對于定位和垂直度的控制要求較高，這是本工程的難點和控制重點。

3）大量采用勁性混凝土結構。勁性混凝土（又稱型鋼混凝土或勁鋼混凝土）組合結構構件由混凝土、型鋼、縱向鋼筋和箍筋組成，基本構件為梁和柱。勁性混凝土具有強度高、構件截面尺寸小、與混凝土握裹力強、節約混凝土、增加使用空間、降低工程造價、提高工程質量等優點。型鋼混凝土結構有全部構件采用型鋼混凝土的結構和部分構件采用型鋼混凝土的結構兩種，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，采用剛性連接，且梁內型鋼翼緣與柱內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度螺栓連接。

4）圍護結構內外側采用槽壁加固和墻底注漿。限于本工程所處區域土質較軟，因此設計采用了內外側槽壁加固的方法，以確保地下連續墻成槽的質量。另外，為了提高地下連續墻墻底承載力，有效防止地下連續墻的不均勻沉降，采取了在地下連續墻墻底注漿方式，就是以一定壓力將適當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散，與墻底及墻底四周土體發生物化反應后固結，形成密實的水泥土，從而提高強度。

5）地下室梁板設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置了多個大小不一的出土口，以便于地下室挖土施工中能及時出土[1-3]。

3.2 地下結構逆作法施工工況

地下結構逆作法的施工工況為（以Ⅰ區地下3層結構逆作為例，圖3）[4-7]：

1）工況1：地下連續墻槽壁加固，施工地下連續墻、立柱樁。

2）工況2：坑內地基加固。

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道臨時支撐。

6）工況6：開挖至第2道支撐底，施工第2道臨時支撐。

7）工況7：開挖至坑底，施工B3層底板。

8）工況8：拆除第2道臨時支撐。

9）工況9：施工B2層樓板。

10）工況10：拆除第1道臨時支撐。

3.3 地下結構施工對周邊環境的影響

本工程Ⅰ區從基坑槽壁加固開始到拆除第2道臨時支撐，基坑變形基本都在可控范圍內，只有少數幾個監測點超過報警值，但遠小于明挖順作法施工的基坑監測數據。

圖3Ⅰ區地下3層結構逆作施工工況

4 對地下結構逆作法施工的幾點思考

從本工程Ⅰ區地下結構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，目前工程本體質量基本上達到了要求，周邊環境保護也較理想。但在逆作法施工過程中也產生了一些問題，值得認真地總結和思考。

4.1 勁性混凝土結構對梁板施工影響

本工程在梁設計上采用了大量勁性混凝土結構，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。采用勁性混凝土結構可以提高結構的強度，但大量采用勁性混凝土結構，增加了勁性梁安裝時間，無法較快地形成水平支撐體系，會使基坑變形暫時有增大趨勢。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合結構，為滿足施工荷載和結構受力荷載要求，梁柱節點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計中要引起重視。

4.2 中間支承柱的定位精度和垂直度影響結構尺寸問題

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，在結構施工階段，再采用外包厚15 cm的鋼筋混凝土作為框架結構的組成部分。由于逆作法施工要求中間支承柱須在樁基施工時一起完成，這中間可能會造成中間支承柱的軸線定位產生偏差，給結構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整儀器進行更精確的微調外，能否在結構形式上予以優化需要進一步研究。

4.3 臨時支撐對挖土和結構施工的影響

本工程在Ⅰ區設計有2道混凝土臨時支撐，標高分別為－6.40 m、－11.60 m，其中－6.40 m的臨時支撐與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，這個距離對挖土而言，顯然太小。建議在圍護設計時，挖土面距離上層結構樓板的高度能控制在3.8 m以上，以保證挖機的通行和快速作業。

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，根據設計，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，取土點相對于順作法設置而言，數量較少，且取土點間距較遠也造成坑內土方水平駁運距離過大，加上樓層與樓層之間的層高限制，使挖機挖土效率大大降低。

根據本工程逆作法的經驗：建議在結構樓板上增設取土口數量，原則上一般按2～3跨軸線（15～20 m）間距設置1個取土口，以增加取土點的數量并減小坑內水平駁運距離。以往在暗挖設計時，挖土面與上層結構樓板的最小距離設計一般控制在2.7～3.0 m之間，故建議今后圍護設計時，考慮將挖土面距離上層結構樓板的高度控制在3.8 m以上，以保證PC-100型挖機暢行，提高挖土效率。