城市复杂环境下逆作法工程施工技术

上海建工二建集团有限公司 上海 200080

1 工程概况

本工程位于南京市秦淮区夫子庙内，贡院街以北、贡院西街以东。工程建筑主要为中国科举博物馆配套办公用房等组成。博物馆平面呈矩形，为全地下结构，中间为博物馆本体，主要布置展厅，博物馆本体与周边结构脱开，中间为回字形天井和坡道（图1）。

图1 工程概况

博物馆基坑面积约7 270 m2，周长约358 m，基坑挖深20.5 m。围护采用厚1 000 mm地下连续墙（深40 m），基坑北侧地下连续墙邻近历史保护建筑明远楼，采用T形地下连续墙两侧设置槽壁加固。西北角及西侧区域地下连续墙两侧设置槽壁加固。槽壁加固采用Φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩。博物馆本体与周边结构脱开，故博物馆本体采用顺作法施工，设置4 道钢筋混凝土环撑和5 块板，除博物馆本体外的其他建筑采用逆作法施工，以5 块板代水平支撑确保基坑竖向稳定。本工程水文地质条件复杂，场地范围有2 层承压水。第1层承压水主要赋存于③3层中；第2层承压水主要赋存于③6层含卵砾石粉土、粉砂层中。另外场地内有不良地质土如填土、软弱土等。

2 工程施工中存在的风险

2.1 周边环境风险

（a）本工程位于南京市夫子庙地区，南侧为贡院街。夫子庙周边游人较多，施工中需处理好周边安全。

（b）工程北侧明远楼两侧各有2 棵历史悠久的法国梧桐需要保护，距离地下连续墙T形槽段最近为8.4 m，在整个施工过程中需要对其特别的保护。此类树对碱性物质比较敏感，而搅拌桩施工中有大量的碱性物质如水泥等，在施工前必须制定对应的保护措施。

（c）本场地内部及北侧存在上世纪80年代初的人防结构，局部位置地下室外墙与人防设施的平面位置相冲突（图2），需在本工程基坑围护体施工前进行清障处理。现有人防设施埋深约5.5 m，人防底板厚约400 mm。

图2 老人防设施与地下室外墙示意

（d）桩基地下连续墙嵌岩地下连续墙底部进入④2层泥质砂岩（中风化）至少2 m，成槽设备须满足入岩要求。

（e）本工程基坑挖深为20.5 m，经计算，③3层第1层承压对本工程有影响，需降承压水。

2.2 逆作法施工难点

（a）由于采用一柱一桩的方法，先期施工的钢立柱将作为以后永久柱结构，钢立柱的垂直度得不到保证，将会对以后柱子的施工带来影响，且会对楼板产生较大的应力重分布，因此钢立柱的垂直度须达到1／500精度以上。

（b）采用“两墙合一”的单墙形式，因此接头防水问题、地下连续墙垂直度、泥浆配置三大因素是决定地下连续墙、基坑、结构质量的关键。

（c）逆作法施工挖土与结构的协同施工：遵循“分层、分块、限时”的原则。

3 施工中所采取的措施[1-4]

3.1 周边环境保护措施

（a）工程地下连续墙施工离古树较近，为防止水泥土搅拌桩施工时的水泥浆侵入古树周边土体内，根据地质情况在古树与T形槽段地下连续墙之间（T形槽段之外2 m处）采用打设一排深9 m拉森钢板桩方法来防止水泥浆侵入古树周边土体内（图3）。

图3 明远楼古树保护示意

（b）地下连续墙区域清障宽度为3 m，采用RT-260H全套管钻机Φ1 500 mm套管进行清障处理，每孔搭接500 mm，以保证清障无死角，约需钻138 孔。立柱桩及抗压桩处采用Φ1 200 mm套管进行清障处理，约需钻34 孔。清障深度为地面以下6 m。待清除回填密实后，施工搅拌桩槽壁加固和新建的地下连续墙，局部土体进行槽壁加固。

（c）本工程地下连续墙深度40 m，已嵌入④2层泥质砂岩（中风化）2 m，施工带来较大难度，在未进入④1层泥质砂岩（强风化）时采用金泰SG60成槽机进行成槽挖土，待三抓全部挖至接近③6层底且发现施工进度变缓后使用铣槽机进行成槽作业，待整幅槽段均达到设计入岩标准后，直接使用BC40铣槽机进行清底置换。

3.2 逆作法关键措施

（a）为了提高地下连续墙与底板之间的施工缝抗渗要求，挖土后，清理地下连续墙面的施工缝表面的泥巴，并凿掉地下连续墙保护层，用钢丝板刷刷清浮灰，再用清水冲洗干净，使后浇底板与地下连续墙面有良好的接触，确保抗渗要求。

（b）地下连续墙成槽过程中利用成槽机自配显示仪表和自动纠偏仪，进行垂直度跟踪观测，严格做到随挖随测随纠，达到1/400的垂直度要求，选用优质泥浆，配制合适的泥浆配合比进行试成槽，并根据实验情况及时调整。

（c）本工程主体结构柱长＞20 m，一柱一桩垂直度控制要求为1/500，采用液压全自动调垂盘法系统结合激光测斜仪垂直度监测进行格构柱垂直度调整。

（d）本工程采用顺逆结合的施工方法，除博物馆本体外的其他建筑物采用逆作法施工，博物馆本体采用顺作法施工。逆作法施工时中逆作法取土口的设置、梁柱受力节点的处理、混凝土浇筑节点处理、两墙合一同主体结构连接点处理、钢管柱梁节点是至关重要的。

4 工程施工技术

针对工程地处南京夫子庙内，周边环境复杂，施工工期紧，故对本工程桩基围护施工方案、逆作法挖土施工方案、博物馆本体施工方案、地下施工方案等与设计进行沟通，进行设计图纸的优化，使工程得以顺利进行。

4.1 土方开挖总流程

由于基坑周边环境复杂，基坑开挖为满足挖土要求，在顶板上设置4 个取土口（图4）。为解决地下施工期间材料的运输问题，利用该洞口作为吊物孔，在其周边楼板作加固处理，方便土方车辆装卸使用。

逆作区施工流程为：逆作区开挖至-2.55 m，施工B0板、顺作区第1道支撑→逆作区开挖至-6.95 m，施工B1板、顺作区第2道支撑→逆作区开挖至基坑底-20.70 m，B3板及顺作区第4道混凝土支撑施工完成。博物馆本体顺作施工流程为：底板完成，顺作区第4、3 道支撑拆除，B3、B2结构施工→逆作区上部结构施工，顺作区第2、1道支撑拆除，B1、B0结构施工

图4 取土口及行车路线示意

4.2 土方开挖施工

工程第1皮土方采用3台1 m3挖机进行大开挖，挖土至顶板底标高，随即浇捣混凝土垫层，待垫层具备一定的强度后，搭设排架施工B0板。

待±0.00 m楼板完工，其混凝土达到强度后立即在取土口处设置4台抓斗挖土机。根据B0板上运土车30 t/辆的轮压，对于车辆行走处的楼板将采取楼板内增加钢筋以加强，以满足运土车辆的荷载。

在每层楼板混凝土强度达到设计要求后分区开始挖下一皮土方（图5）。“盆边”土抽条开挖，随挖随捣混凝土垫层。挖土设备采用4 台液压反铲挖土机，确保每日出土2 500 m3，挖土时从中间向两边进行，先在取土孔部位局部人工放坡挖深，然后以1∶2放坡挖土推进，为集土需要，取土口处土比周边土可局部挖深1.5 ～2 m。

图5 挖土分区示意

待坑底盆边土全部挖完，垫层连成一个整体后，进行局部深坑的开挖，底板完成，移走取土设备。

挖土时不得单边掏空立柱。土方开挖在降水及坑内加固达到要求后进行，挖土操作分层分段，对个别一次挖土超过2 m的需阶梯式开挖，阶梯至少宽6 m。坑底应保留300 mm厚基人工挖除平整，防止坑底土扰动。垫层随挖随浇，垫层必须在见底后24 h内浇完。

逆作区挖土由于本工程挖深达20.5 m，需做好通风和照明的设施。地下照明采用水银灯，管线在浇捣上一层楼板的时候预埋。每隔8 m左右1 只灯，随着挖土方向灯具及时跟进安装。

在应急通道的照明需采用一路单独的线路，以便于施工人员在发生意外事故导致停电的时候从现场安全撤离，避免人员伤亡事故的产生。

4.3 基坑降水施工

（a）本工程的①、②1、②2、③1、③2、③3 及③4层中一定深度内含有潜水及承压水。按照200 m2布置一口疏干井，共36口。

（b）基坑开挖过程中，需要降坑内浅层潜水及第③3层承压水，在坑外适当布置第③6 层应急回灌井兼水位观测井，共8 口。在坑外共布置浅层潜水及第③3 层水位观测井2 口。主要用于水位监测，在水位变化出现异常时，及时查找原因，采取堵漏等应急措施。

（c）井点避开立柱桩及坑底加固区。

4.4 混凝土支撑拆除施工

本工程地处繁华的夫子庙地区，紧邻省级保护建筑明远楼和周边的2～3 层商铺，故科举博物馆本体处混凝土环撑拆除选用静力切割的方式进行。结合科举博物馆结构施工、施工工序，第1次拆除第4、第3道撑，第2次拆除第2、第1道撑。

支撑拆除方案采用支撑底部搭设钢管脚手架支撑柱作为承重支架，用金刚链式切割机搭配钻孔机进行切割分段，在栈桥上通过汽车吊将混凝土块件吊离，场外机械破碎解体。

根据工程要求，分段长度根据吊车性能及回转半径确定的起吊质量确定，为保证支撑梁吊运过程的绝对安全，每分段支撑梁的大小在4～5 t，局部栈桥下吊装困难区域支撑梁大小根据吊装半径分段更小。

5 实施效果分析

本工程周边环境复杂，采用顺逆结合的方法达到了预期的效果。至底板完成后测得的各累计变化量为：周边建筑、管线等沉降为11.2 mm；周边地表沉降为6.3 mm；坑外承压水水位为229 mm；地下连续墙顶沉降及立柱沉降为6.1 mm；结构梁及结构板内应力为：9.89 mm。基坑变形和周边建筑、管线等沉降、周边地表沉降、周边围墙位移等均在有效范围之内。