南国中心二期2标段工程为武汉市重大项目, 位于武汉市江汉北路与解放大道交汇处核心区, 北邻武汉市二十八中学, 东邻江汉北路, 南距运营中地铁2号线仅12.2m, 西为规划路。工程包括R2住宅楼和T1、T2办公楼, 总建筑面积约15万m², 最大高度146.4m。地下室建筑面积27 859.71m², 地下3层, 为车库+人防+设备用房, 最大深度19.95m, B0板地下1层层高5.0m, B1板地下2层层高3.8m, B2板地下3层层高5.05m。工程占地面积9 286m², 近似于三角形, 南北宽95m, 东西长170m, 底边因地铁向内收呈圆弧形 (见图1) ;基坑工程重要性等级为一级, 裙房底板厚度1m, 主楼底板厚度2.8m。

场地地下水主要为上层滞水和承压水。上层滞水赋存于杂填土中, 主要由地表水源、大气降水和生活用水补给, 无统一自由水面。承压水主要赋存于下部砂类土层中, 与长江有一定的水力联系, 水量丰富。二者之间通过不透水层 (黏土) 及弱透水层 (粉砂夹粉土) 阻隔。场区混合水水位在地面以下3.9～12.2m。

场地地貌单元属长江Ⅰ级阶地, 为第四系全新统长江冲洪积层, 地形较为平坦, 覆盖层厚43.5～51.0m。场地除表层分布有厚度不一的杂填土和淤泥质土外, 其下均为第四系全新统冲积成因的黏性土和砂土层。下伏基岩为志留系中统坟头组砂岩、砂质泥岩。

该工程为深基坑, 体量大、周边环境复杂, 且距离运营的地铁较近, 逆作法施工组织难度大;承压水处理复杂, 施工降水难度大;对基坑变形及水位沉降要求严格;出土条件恶劣;节点处理难度大, 柱、墙等竖向构件施工方法不同。

地下室采用“半逆作法”施工, 即裙房地下室逆作, 主楼地下室顺作, 支撑体系如表1所示。

逆作阶段先行施工裙房区域B0板, 依次进行B1板、B2板及底板施工, 主楼区域施工钢筋混凝土临时内支撑并形成整体, 待3层内支撑及整体底板施工完成后进入顺作阶段, 自下向上拆除临时内支撑并同步施工主楼区域结构。其中逆作阶段梁板施工流程为:土方开挖—浇筑混凝土垫层—测量放线—搭设满堂脚手架、梁板底模板安装—混凝土施工缝处理—梁板钢筋绑扎—梁板混凝土浇筑—混凝土养护—模板及脚手架拆除—进入下层施工。

主楼区域分5个阶段均采用明挖, 为大开孔;裙房区域分4个阶段, 第1阶段为明挖, 其余3阶段采用暗挖 (见图2) 。采用由主楼区域大开孔向裙房区域分层退挖, 按照“时空效应”和“先撑后挖”指导挖土支撑, 做到“分层、分块、对称、平衡、限时”开挖。

土方暗挖在已完成的梁板结构下部进行, 分为“开挖、倒运、提升”3个关键步骤, 出土效率较高;土方水平运输以小挖机为主, 通过挖机“三挖三倒”将土方拨运至取土口下方;土方垂直运输主要通过取土口, 最终由轮式抓斗吊将土吊运至地面, 再由渣土车转运至临时堆土场, 夜间装车外运。

在基坑开挖时做好基坑变形监测工作, 保证基坑开挖安全;严格控制降水深度, 保证地铁2号线的正常运营, 降水深度能够满足土方开挖需要即可;做好对灌注桩、格构柱、钢管桩的成品保护工作, 邻近桩基的土体采用人工开挖。

地下室逆作法采用钻孔灌注桩+型钢格构柱+H型钢承台组合式塔式起重机基础。钢格构柱之间焊接水平支撑和对角斜撑, 提高了稳定性, 解决了现有塔式起重机基础钢格构柱在施工过程中存在倾斜的问题。钢格钩柱穿越地下室顶板和底板中部预埋止水钢板, 钢格构柱与地下室结构板整体浇筑, 止水效果好, 无渗水隐患。钢承台拆除方便, 只需拆卸螺栓进行吊运;拆除的钢承台可回收多次重复利用, 节省了施工成本 (见图3) 。

地下室永久结构与塔式起重机基础结合成一个整体, 解决了逆作法条件下地下室结构需要预留孔洞、洞口安全隐患及洞口结构二次施工的问题, 在保证地下室永久结构本身安全的前提下, 同时保证塔式起重机安全正常使用。可在基坑开挖前及时安装使用塔式起重机, 其受力明确, 施工方便;保证了基坑土方开挖时, 地下室钢筋混凝土结构施工等大宗材料的水平、垂直运输, 极大地提高劳动生产率, 减轻工人劳动强度, 加快施工进度。该方法可适用于大部分地下室逆作法施工中塔式起重机基础施工及需设置于地下室基坑范围内的塔式起重机基础施工。

在逆作阶段做好结构的预留预埋, 逆作区竖向结构施工的各楼层柱、墙的纵筋均需在柱底或梁底插预埋钢筋, 同时在上层楼板对应位置预留二次浇筑混凝土下料口;将竖向结构顶浇筑成“喇叭口”形式, 可使混凝土浇筑完成面高出竖向结构顶面, 能有效保证新浇竖向结构顶部与原有结构结合紧密。如图4所示, 在框架柱位置设置钢管叠合柱, 在下层楼板或底板结构施工完毕后, 在钢管柱外侧另外浇筑混凝土形成永久的框架柱。

基坑围护采用800mm厚“两墙合一”地下连续墙, 兼作地下室外墙, 在地下连续墙内侧设置400mm厚现浇钢筋混凝土内衬墙。内衬墙在顺作阶段施工, 在地下连续墙内壁安装止水螺杆, 止水螺杆的一端与地下连续墙钢筋焊接, 另一端通过螺母对内衬墙厚度进行定位, 同时用于内衬墙单面支模加固 (见图5) , 完善了内衬墙模板支撑体系的施工方法, 使内衬墙模板支撑更加简单、实用、稳固;同时节约支撑、安拆及人工材料费用, 提高工效。

浇筑口设置在内衬墙模板支撑体系的顶部, 通过浇筑口进行浇筑形成内衬墙;浇筑口兼做混凝土的振捣口。混凝土浇捣为混凝土经泵管输送到卸料斗, 通过浇筑孔、浇筑口向内衬墙进行下料;逆作施工时楼板在靠近内衬墙的一侧预埋有浇筑孔, 方便浇捣施工操作, 使混凝土能直接从地下室上层楼板输送到下层内衬墙, 在输送的同时直接开始浇捣作业, 大大提高内衬墙浇捣施工速度, 避免先将混凝土向下运送到内衬墙所在楼层, 再由人工抬升到浇筑口浇捣的缺点。

针对逆作法的施工特点, 结合顺作对逆作法进行调整, 提高地下室施工效率。地下室T1办公楼非机动车坡道的顶板位于逆作与顺作交界位置, 设计单位未明确此处板中梁是在逆作还是顺作阶段施工, 在BIM施工模拟时提前发现此问题, 在不改变使用功能的前提下, 在逆作阶段提前施工板中梁, 避免了后期拆除临时板时增加满堂支架 (见图6) 。

在地下室顺作拆除梁板支撑时, 借助BIM模拟效果后, 确定从北向南、从东向西、先板后梁的拆撑思路, 结合施工工艺制作拆撑动画, 对现场人员进行可视化交底, 从而保证了基坑的稳定安全, 提高了沟通效率 (见图7) 。

地下室逆作B1、B2板各有77个环梁节点, 环梁宽400mm, 高1 050mm, 结构梁板和环梁一起浇筑混凝土, 形成完整的地下室结构。由于环梁节点钢筋规格多, 钢筋密集且定位要求高, 箍筋难以整箍绑扎, 相互穿插施工难度大 (见图8) ;节点断面小, 中心区域又有钢立柱。

逆作施工土方开挖后, 将钢管柱表面清理干净, 梁板底模铺设完毕后, 以钢管柱为中心在楼板底模上部搭设临时矩形托架, 克服了常规施工存在的环梁绑扎操作空间小的施工难题。环梁主筋由2个等长大半圆组成, 加工方便;大直径钢筋采用直螺纹套筒连接, 增强了钢筋接头强度, 降低工人劳动强度。建立环梁BIM模型, 为更准确查看环梁节点模型, 分辨模型中各构件的类型和位置, 对钢筋进行分类着色, 并编制构件着色规范;优化钢筋绑扎顺序, 环梁钢筋布设及绑扎更为有序方便, 并通过可视化技术交底, 降低操作难度, 施工指导性更强, 保证环梁钢筋绑扎质量, 取得良好效益 (见图9) 。

随着城市地下空间的开发利用, 基坑工程还将向大面积、超深度方向发展, 逆作法十分适合市区建筑密度大, 邻近建筑物、地铁、地下管线及周围环境对沉降变形敏感的情况, 逆作法将在城市综合地下空间施工中发挥更大作用。