1 工程概况

莫斯科中国贸易中心多功能综合体 (华铭园) 项目是集商务办公、公寓式酒店、休闲娱乐、高档宾馆于一体的综合性建筑 (见图1) 。地下2层, 地上分别为12, 21, 22层。项目最高楼总高度94.3m, 裙楼的地上建筑部分第1～4层与宾馆及公寓建筑相连接, 形成统一的大型综合体。地下室层高4.15～6.15m, 地上层高2.25～6.0m;地下防水采用Sikaplan WT1200-20C, 二次结构内外围护材料采用加气块, 外幕墙采用玻璃幕墙和石材幕墙。办公楼为混凝土框架-核心筒结构, 酒店、公寓均为混凝土框架-剪力墙;办公楼、公寓、酒店楼盖结构形式为现浇混凝土楼板, 裙楼楼盖结构形式为压型钢板楼板。钢结构主要分布在裙楼、办公楼顶部、公寓楼楼顶部、酒店楼顶部。项目的机电工程实施专业划分为给排水专业工程、通风与空调专业工程、电气专业工程、专业设备供应商、独立承包商工程。

项目东部以威廉彼克大街为界, 西部以亚乌扎河河床和沿岸区为界, 北部以莫斯科环形铁路线和谢列布里亚科夫通道为界, 南部以通向孔子纪念碑的人行道为界。地块西部是俄罗斯国家植物园。北部距离工程基坑18～27m处有通行铁轨。

北部距离工程基坑18～27m处有通行铁轨, 超深基坑的开挖会对铁轨产生不利的影响, 而通行铁轨运行产生的扰动也会造成使用中的基坑安全风险增大。

深基坑施工分为中心岛区和逆作区 (见图2) , 两个区域独立施工, 在基坑支护体系上连接成整体, 保证基坑安全。由于靠近铁路一侧变形敏感, 采取逆作法板代撑的支护形式。为了兼顾经济性和安全性, 优先选取地下1层楼板作为起始施工标高。为保证支护体系成整体, 远离地铁一侧采取中心岛法, 可节省支护结构的施工时间, 尽快形成支撑体系, 有利于加快整体工程进度。为了兼顾经济性和安全性, 优先选取地下1层楼板标高作为逆作区的起始施工标高。

基坑围护结构和止水帷幕施工完成后, 中心岛区先行开挖中部土方至基底标高, 并在基坑周边留设反压土台, 自基础底板起顺作施工地下室结构, 待基坑中部主体结构施工至地下1层标高时, 在围护结构和中部主体结构间架设支撑, 将反压土挖去, 然后顺作施工基坑周圈主体结构, 完成换撑后, 将支撑拆除。

与此同时, 逆作区土方开挖至地下1层结构楼板位置标高, 而后施作地下1层楼板, 使之与中心岛区的地下1层楼板连接成整体, 共同作为基坑的支护结构;然后自地下1层楼板起向下逆作施工该区域地下室水平结构, 待基础底板完成后, 顺序施工底板至地下1层的竖向结构, 最终自地下1层楼板起向上顺作该区域地下1层竖向结构、正负零楼板以及地上结构。若工期要求较高, 可自地下1层楼板起, 向上向下同时进行结构施工。

紧邻铁路超深基坑中心岛结合逆作法施工工艺流程如图3所示。

1) 中心岛设计方案在较长一段时间内是依靠反压土护坡, 反压土放坡宽度及坡度设计对于控制围护体变形至关重要, 一般宽高比不宜小于1.2。

2) 土坡坡体含水量多少对于其整体稳定性影响很大, 施工时须注意控制坡体含水量, 进行反压土的持续降水。

3) 雨季施工时, 需要在基坑边设置挡水台, 并对反压土采取降水排水措施, 避免雨水进入坡体引起土体强度降低而造成滑坡。坡体局部出现裂缝时, 应立即采用水泥浆进行封堵, 防止雨水进入坡体导致裂缝扩展。

4) 反压土台作为坑外土压力的平衡体, 其上部堆载对于保持反压土的稳定性是非常不利的, 因此施工过程中反压土台上需严格控制, 严禁作为堆场使用。同时, 基坑周边堆载需严格按照设计条件执行。

1) 逆作区地下1层楼板施工阶段, 基坑围护结构处于悬臂工况, 应在施工前对该工况进行复核验算, 保证楼板支撑形成之前的悬臂最不利工况下, 基坑的安全稳定。

2) 施工结构楼板时, 柱、梁以及墙、梁等节点部位的施工一般与水平结构施工同步完成。施工前应会同设计方确定各类临时开口 (出土口、各种施工预留口和降水井口) , 临时开口的大小应考虑设备作业需求确定, 并由设计方进行受力复核。结构楼板临时洞口施工时, 可采取预留刚接接头等形式并应对预留钢筋采取必要的保护措施, 避免挖土作业造成预留钢筋的损坏。

1) 反压土护坡阶段属于被动支护过程, 围护结构产生大变形阶段并不是发生在中心岛和保留土体开挖过程中, 而是发生在这两个工序之间的时间段, 这个时间段越长, 围护结构顶向坑内的位移也越大。因此, 中部主体结构施工阶段, 应合理安排工序, 尽量缩短主体施工时间, 尽快形成支撑, 将反压土挖去。

2) 根据已有类似工程案例, 合理布置施工工序, 缩短反压土护坡时间对于控制围护体变形尤为有利, 因此应尽快施工中心岛区域地下室结构, 并与围护结构形成可靠支撑。

1) 基坑围护结构与中部主体结构之间的短撑起到了临时支撑的作用, 可以采用钢筋混凝土支撑或钢支撑的形式。考虑到支撑安装和拆除的便利, 也可以选用钢支撑, 同时还具有可周转使用的优点。

2) 在同一工程中, 支撑截面通常一致, 而反压土宽度已决定了支撑长度, 因此对于基坑不同位置的支撑刚度要求, 可以通过调整局部支撑间距的方式来实现不同的支撑刚度。

3) 合理设计支撑与主体结构连接节点, 使土压力合理分配到主体结构非常重要。

1) 反压土挖除且基坑周圈主体结构施工完成, 即完成换撑后, 方可将支撑拆除。根据支撑的种类、长度、间距、场地条件等选择适合的支撑拆除方法。

2) 中心岛施工方法的基坑变形控制是难点, 在基坑施工中应做好全过程监测, 及时整理监测成果, 若监测指标达到预警值, 须立即采取相应措施。

1) 待预留反压土区域的结构施工完成后, 基坑支护结构形成了连续的整体, 继续向下开挖逆作区土方, 并逆作施工地下室结构。

2) 地下1层以下的土方开挖一般采用暗挖法施工, 暗挖施工取土口的布置应遵循以下几个原则: (1) 取土口的大小应满足结构受力要求, 保证土压力的有效传递; (2) 取土口的水平距离应便于挖土施工, 一般满足结构楼板下挖土机最多二次翻土的要求, 避免多次翻土引起土体扰动; (3) 取土口在地下各层楼板与顶板的洞口位置应相对应。

3) 对于开挖面积大的深基坑, 无论是基坑开挖还是结构施工形成支撑体系相应工期均较长, 因此会增大基坑的风险。为有效控制基坑变形并对周边敏感建 (构) 筑物造成的影响尽量小, 可利用“时空效应”, 将基坑土方开挖和主体结构划分施工段并采取分块开挖的方法, 施工原则为: (1) 按照“时空效应”, 遵循“分层、分块、平衡对称、限时支撑”的原则; (2) 利用后浇带, 综合考率基坑立体施工和交叉流水的要求; (3) 必要时合理地增设结构施工缝。

4) 逆作结构施工, 一般将地下室结构分为先行施工结构和后行施工结构两部分, 先行施工结构主要为水平构件, 后行施工结构主要为竖向构件。水平结构在每层土方开挖后开始施工, 待水平结构达到设计强度后再进行下一层的土方开挖, 最后施工竖向结构。

1) 适用范围广

这种施工工艺结合了中心岛法与逆作法两者的优势, 适用于各类靠近以高速铁路、城市轨道为代表的变形敏感建 (构) 筑物的超深基坑工程。

2) 安全系数高

本技术利用结构楼板与临时短撑形成整体, 作为基坑支护体系, 比常规的混凝土内支撑刚度大, 对周边敏感建 (构) 筑物的变形控制极为有利, 同时也可以最大限度保证基坑自身的安全。

3) 施工速度快

本技术采用中心岛和逆作相结合的施工工艺, 可保证基坑中部主体结构先行施工, 用结构楼板代替支撑, 减少了常规内支撑施工和拆除的施工工序, 可节省大量的施工时间。

4) 施工成本低

本技术与常规基坑的区别在于, 以板代撑、以围护墙代替结构墙, 省去了临时结构的施工费用, 节约了大量的材料和人力, 可降低工程造价。

本技术适用于开挖面积较大、靠近高速铁路或城市轨道交通等变形敏感建 (构) 筑物的深基坑工程, 尤其对于这类工程中工期要求较高的情况, 具备非常明显的优势。

本施工技术采用中心岛法和逆作法相结合的施工工艺, 以板代撑, 仅需要在反压土区域设置少量的临时钢管支撑, 与采用传统的混凝土支撑相比, 可节省支撑材料及施工措施费用约80%;此外, 钢支撑还可周转使用, 更有利于成本控制。同时本施工技术的两种工艺均具备节省工期的特点, 一方面, 支撑工程量的减少, 可大大减少支撑的安拆时间, 另一方面, 逆作施工可保证地上地下同时施工, 大大缩短项目的整体建设工期, 采用本技术可节省总工期约4个月。并且本技术对于紧邻敏感构筑物的超深基坑具备非常明显的适用性, 在控制基坑周边敏感建 (构) 筑物变形方面具备十分显著的效果。经应用工程实践证明, 基坑开挖对其临近铁路、城市轨道的影响不大, 保证了线路的安全运营, 取得了良好的社会效益。