逆作法具有工期短、基坑变形小、对周围环境影响小、节省地下室外墙及工程桩费用、减少支护结构支撑、节省挖土方费用、最大限度利用城市规划红线有效面积等优点。本文结合昆明地区首个逆作法基坑, 以主体结构顺作, 其余逆作, 地下连续墙、地下室外墙、止水帷幕墙“三合一”方式, 克服了复杂岩溶地质及承压裂隙水的干扰, 避免施工对周边建筑及地铁的影响, 介绍了基坑关键施工节点中降水措施、岩溶裂隙水控制措施、土方开挖措施等逆作法施工中特殊过程的处理方法。

　　 昆明某拟建广场基坑项目地处昆明市中心繁华地区, 拟建项目场地呈不规则多边形, 其边界线南北向长度约为170.0m, 东西向宽度约为113.0m, 开挖面积约为1 500m²。拟建建筑物在平面上呈南北向条状分布, 其中北侧塔楼共53层, 高260m, 南侧塔楼共49层, 高170m。裙楼位于场地中部, 连接南、北塔楼, 共5层, 建筑总高度30m。工程设4层地下室, 地下室埋深为16.5～17.1m。工程采用“2栋塔楼顺作, 其余部分逆作”的半逆作法施工, 基坑位置及现场平面布置如图1所示。基坑周边具有密集既有建筑物、道路、地下管线等, 而且基坑紧邻昆明市地铁2号线车站, 施工中对于既有地铁隧道的保护尤其重要。

　　 本工程2栋塔楼采用顺作法施工, 围护结构采用800mm厚地下连续墙, 既为围护结构又兼作主体结构外墙。竖向支撑采用一柱一桩 (钢管立柱桩) , 桩径为800, 1 000, 1 200mm钻孔灌注桩, 钢管采用ϕ500, ϕ600钢管, 桩身混凝土等级为水下C40, 管内混凝土等级为水下C60。

　　 工程场地区域近场区无全新世活动断裂, 在场地周围300m内无断裂通过。本工程地基土分为7大层:①人工填土层 埋深0.5～4.2m, 厚约2m;②淤泥、粉质黏土层 埋深2.6～4.6m, 厚约1.1m;③圆粒、粉土层 埋深2～6.2m, 厚约2.6m;④粉质黏土、粉土、有机质土层 埋深5.5～34m, 其中上部粉质黏土厚8m左右, 下部粉土厚8m左右;⑤粉质黏土层 埋深3.1～20m, 层厚3m左右;⑥残积层 (粉质黏土、粉土) 埋深8.3～27.4m, 厚约12m;⑦石灰系灰岩 (强、中等风化灰岩;溶洞裂隙、溶洞) 埋深16.5～61.5m, 在场地内变化范围较大。拟建场地上部存在厚1m左右高度流塑状态的②₁淤泥土层以及厚8.5m左右黏性极差的④₂粉土层, 底部存在岩溶、裂隙经机械破碎后, 厚度变化较大、风化程度及破碎程度不一的中、强等风化破碎灰岩层, 并伴随局部溶洞埋藏其中, 工程地质条件复杂。

　　 场区地层较复杂, 上部存在孔隙潜水 (具有微承压性) , 基岩中存在岩溶水, 这些地层中的地下水都会对基坑开挖产生影响。孔隙潜水给基坑开挖带来很大不便, 需及时疏干以保证基坑的干开挖条件;具有微承压性的含水层易使基坑底板或结构变形、隆起, 甚至形成流砂、管涌等, 影响基坑开挖安全;岩溶水有可能导致涌水事故。因此, 在基坑开挖前需综合考虑各个地层对基坑安全的影响因素, 对基坑做降水处理。针对场区地层特征及工程特点, 本工程若完全采用管井降水, 则存在众多难点:①在灰岩中施工降水井, 成井钻进难度大, 影响其施工进度;②灰岩中裂隙、溶洞发育, 其分布的不确定性致使管井降水效果具有不确定性, 较难保证含水层的水位可降至开挖面以下。针对以上特点, 本工程采用管井和集水明排结合的方式进行降水。针对基坑开挖范围内易钻进、含水量及厚度较大的松散土层采用管井降水;对于灰岩地层采用集水明排的方式降水。根据以上分析, 本工程降水总体施工部署如下。

　　 1) 基坑开挖深度范围内土层主要为填土、淤泥、粉质黏土、圆砾、粉土、泥炭质土、有机质土, 围护结构将该范围内土层隔断, 需考虑将开挖范围内的土层疏干, 理论上含水层的水位控制在基坑当前开挖面以下1m, 针对该部分松散土层采用疏干管井进行疏干降水, 降水井深度至灰岩顶部。

　　 2) 对于灰岩中的裂隙、岩溶水及灰岩中或管井不能影响到的凹陷沉积区域采用集水明排的方式降水。

　　 3) 灰岩埋深较大, 开挖面下部分布有粉土层, 根据验算, 需要对其进行减压降水。针对该部分地层, 因其分布不均, 且部分呈透镜体状分布, 将部分疏干井加深至下部含水层, 同时进行疏干和减压降水, 总体施工工艺如图2所示。

　　 1) 桩基础施工时的控制方法 在桩基础施工时通过合理确定桩基作业面, 保持桩孔与地下水位平衡, 保持在静水状态下成孔, 并通过对成孔泥浆比重控制、孔底沉渣清理、水下混凝土浇筑、桩底注浆改进等方面进行控制地下水对桩基础施工质量的影响。

　　 由于桩基础施工在坑内进行, 遇到大量地下涌水, 为保证成桩质量, 采用桩底注浆控制沉渣厚度, 桩底注浆必须保证能充满整个基础底部。传统注浆器为单点注浆, 通过大量试验表明, 单点注浆有效注浆半径约为0.5m。如采用传统单点注浆器, 将不能满足要求。项目通过对柱底注浆器研究改进, 形成环形多点注浆器, 显著提高了底柱注浆质量, 如图3所示。

　　 2) 土方开挖控制方法 土方开挖阶段采取分层分区集水明排。

　　 3) 筏板施工控制方法 基础筏板施工时, 采用明沟转换为盲沟+穿越筏板式可封闭抗浮钢质集水井进行抽排的施工措施, 控制地下岩溶裂隙水对施工的影响, 保证工程顺利施工。

　　 逆作施工前提前进行降水, 每道土方开挖前须将地下水位降至开挖面以下2m。由于本工程地下逆作部分跨度较大, 东西向约100m, 南北向约150m, 且工程基坑以外几乎无施工用场地, 为保证施工现场必需的平面交通及施工机械设备及材料堆场, 结合流水施工需求, 将现场分为6个施工区并按区块次序进行施工, 加快了施工进度, 保障了施工效率。地下1层施工时, 顶板结构已分区块施工至第5施工区, 地面交通基本形成后, 为加快施工进度, 将第1, 3区块组成第1组进行平行施工, 将第2, 4区块组成第2组进行平行施工, 将第5, 6区块为第3组。地下2～4层施工时, 为加快施工进度, 将第1, 3, 4区块组成第1组进行平行施工, 将第2, 5, 6区块组成第2组进行平行施工。

　　 根据地下施工分区情况, 计划在B0板上设置13个取土口, 其中第1分区布置5, 7, 9, 10号取土口;第2分区布置2, 3号取土口;第3分区设4, 6, 8号取土口;第4分区设11, 12号取土口;第5分区设1号取土口, 如图4所示。

　　 由于本工程采用逆作法施工, 为满足施工技术要求, 前期开挖地下1, 2层时设置3～4台长臂挖掘机取土, 开挖地下3, 4层时采用抓斗挖土机从取土口取土装车, 也可采用料斗装土、履带式起重机吊运。对地下室顶板车辆行走处的楼板采取措施加强, 以满足运土车辆荷载要求。

　　 逆作施工每一层开挖前进行开挖条件验收、周边条件复核。挖土前检查降水情况是否符合挖土条件, 保证施工机械进出场道路通畅和场地排水系统贯通, 落实卸土点, 做好监测初始记录。下层土方开挖必须在上层楼板混凝土强度达到100%后, 经报审批准, 才可进行下层支架拆除及土方开挖。本工程挖土采用 “分层、分段”挖土的方法, 并在设计规定的时间内完成挖土, 及时浇筑混凝土垫层, 以达到控制土体位移的目的。

　　 项目地下室内地铁出入口先期施工并投入使用, 项目采用钢支撑支护施工技术, 有效、快捷地完成建设任务。

　　 逆作法施工过程尤其是从地下1层板到大底板阶段的施工过程中, 地下连续墙与钢管柱之间、钢管柱与钢管柱之间的不均匀沉降是客观存在的, 采取有效措施可防止不均匀沉降, 满足设计及规范要求, 本工程采取的主要措施有:①地下连续墙与钢管柱之间的沉降主要反映在地下连续墙下沉和格构柱回弹, 逆作法施工过程适当增加钢管柱荷载, 以减少格构柱回弹;②当格构柱之间的不均匀沉降较大时, 采用将钢管柱连成一个整体以增加格构柱之间的协调工作;③加强观察施工期间的柱沉降变化, 做到每柱每天观察一次, 并及时分析数据, 根据不同情况采取相应措施;④根据理论计算, 逆作区一柱一桩单桩需承载3 938kN, 由于挖土卸载后钢管柱可能出现回弹, 因此在挖土过程中要尽可能保持土体均匀, 避免过大堆载引起不均匀沉降;⑤对于地下连续墙, 由于周边土体的挖除, 地下连续墙与土体的摩擦力减小, 地下连续墙在重力作用下会下沉。在施工过程, 应根据每天的各种监测数据和发展变化趋势, 分析各种可能变化动态, 及时调整挖土布局, 减小沉降差。基坑垂直位移监测点布置如图5所示。

　　 利用不同施工工况的实测数据, 通过数值模拟进行反演各项土层参数, 从而进一步优化逆作法的设计和施工工序。所以, 进行逆作法施工, 要重视现场监测, 积累逆作法施工经验, 并从理论上加以提高。

　　 作为云南首个逆作法施工深基坑工程, 不仅需从安全角度进行施工监测, 而且要从设计及施工优化、学术研究的角度监测不同工况下不同区域的变形、内力及沉降, 为开展相关的理论分析提供宝贵数据。

　　 1) 对于岩溶发育区, 控水、排水是保证安全及顺利施工的关键节点, 贯穿了基础施工全过程, 应当高度重视, 详细研究可行的分区作业及排水方式, 充分调度设备。

　　 2) 严密监测周边环境及钢管立柱桩与地下连续墙之间的变形动态, 保证结构变形在安全可控范围内, 是整个基坑施工过程中保证安全的重要措施。

　　 此外, 在基坑施工过程中, 通过事先严密的施工组织设计及人员调度, 对特殊问题采用科学有效的办法, 按时按质地完成了工程施工, 缩短了工期, 在经济上取得了巨大效益, 也是对逆作法在云南地区的首次成功实践, 为以后类似工程提供了良好借鉴。