某文化广场复杂结构工程施工技术探讨

 

关键词：降水 护坡桩 后浇带 单侧支模 混凝土

 

 1 工程概况

 

 某文化广场位于城市中心区西北角，是该市重点工程之一，是为改善城市环境、丰富城市景观，集文化、休闲、娱乐、购物、 交通 集散于一体的公共建筑。总建筑面积39190m2，占地15259m2，地上1层，建筑面积2960m2，地势由中心向北、向东起坡，坡度为30°，北侧平台相对标高为5.900m，与华南大厦平台相通，东侧平台标高为5.600m。自±0.000向下依次为下沉广场层（建筑面积6955 m2层高2.700m）→地下一层（建筑面积9970m2，层高4.500m）→地下夹层（建筑面积6379m2，层高3.600m）→地下二层（建筑面积11128 m2，层高3.600m），地下二层底部有一条预留地铁连通道，建筑面积1798m2。

 

 本工程地处繁华商业区，施工场地狭窄，材料、设备运输因困难，施工干扰多，结构工程施工大部分处在雨季，结构复杂无标准层，施工难度大，工期紧。工程开工日期为1998年3月2日，主体结构竣工日期为同年11月25日。

 

 2 施工主要特点

 

 2.1 土方工程 该文化广场需挖运土石约21万m3地下旧有建筑基础多，各种管线纵横交错，经常有不明水源涌入基坑。特别是过去遗留的人防隧道，规模大曾开过旅店且积满泥水，走向不定，多处与基槽开挖线平行或斜交，造成此部分的护坡桩和锚杆无法施工。由于地处闹市土方运输困难，只能夜间使用特种通行证运输。与基槽东侧相邻马路下的市政管线多，其中一条84孔重要电信管沟埋深3~4m距红线最近处仅1.6m需采取特殊防护措施，不能有丝毫影响。

 

 本工程地质情况也很复杂，建筑场地位于水永定河冲积扇中部地段，自上而下分别为人工堆积房渣土层（层厚4.500~5.300m）→粘（砂）质粉土层（层厚3.300~5.600m）→粘质粘土层（层厚0.600~1.900m）→粉细砂层（层厚1.500~3.200m）→粘质粉土层（层厚0.500m）→砂砾层（层厚1.900~5.200m）→粉质粘土层（层厚1.300m）→中细砂层（层厚3.500~4.500m）。

 

 地下水位情况为：上层滞水，水位埋深6.250m（绝对标高41.250m）；潜水层，水位埋深16.400m（绝对标高31.100m），含水量厚度0.700m左右（大部分基底标高为31.000m）；承压水，静止水位18.800m（绝对标高28.700m）。地下水量丰富，游泳池和地铁连接通道部分就坐落在承压水层中（基底标高为28.450m）。

 

 2.2 结构工程 本工程占地面积大，结构几何（轴线）尺寸为110m×112m，施工场地狭小（东侧和北侧结构已贴近建筑红线），材料水平运输困难，结构复杂，体形曲折，开间、层高变化较多。梁柱节点钢筋密集（局部有6根梁连接在同一柱层节点上，钢筋呈束状）。有34根大型钢筋混凝土梁=鱼腹式斜梁和鱼腹式预应力梁（梁体结构最大断面尺寸为1000mm×2500mm），结构净空最高在m。一般结构工程难点在地下，地下的难点在雨季，而本程95%为地下结构，且85%的结构施工量处在雨季，施工难度很大。

 

 3 主要施工技术难点

 

 3.1 由于结构深度变化较多（分别为2.5m、7.5m、16.5m、18.85m、19.05m），基槽须采取不同护坡形式。为保证基槽边坡的稳定和周围市政管线的安全，护坡最在位移量不宜超过10mm，降水需采取综合措施。

 

 3.2 由于结构底板深度在16.50~19.05m，占地近12000m2，采用长筏板式基础，厚1000~1500mm，且体最大。按原设计方案及规范要求，需将底板用后浇带形式分为9块施工，这对深基槽的雨季施工十分不利，故需采取特殊措施，以减小后浇带施工量。

 

 3.3 受用地限制，结构墙外侧无法留置工作面，故外墙采用外防内巾卷材防水，单侧支模。因地下二层结构的东西两侧外墙层高最大达8m，外墙厚0.50m，混凝土浇筑时侧压力大，模板支立采取无拉接（穿墙螺栓）单侧支模方案，技术难度和施工风险很大。

 

 3.4 ⑧轴以东的下沉广场层至地下一层共20根鱼腹斜梁，最大断面尺寸1000mm×2300，两端高差2.900m，浇筑混凝土时分层较难控制，模板及支撑的水平推力较大。

 

 3.5 由于需满足多种功能、娱乐、休闲、商业、餐饮业、 交通 、文化、景观）要求和设施标准的先进性，本工程结构施工技术复杂。如溜冰场从基础垫层到冰面，就有11道不同施工序。一些由国外引进的技术及设备，对结构标准要求更高。

 

 4 关键施工技术的研究及应用效果

 

 4.1 渗、降立体降水体系 根据地质勘察及设计部门对干槽施工、护坡及抗浮提出的建议和要求，筏基底板位于稳定地下水位以下，施工中及施工完成后，均需控制地下水位标高。在下沉广场结构施工完成前，地铁通道及游泳池部分地下水位标高不得高于绝对标高30.500m；其余部分地下水位标高不得高于绝对标高33.000mm；在完成全部主体结构顶板覆土工程前，地铁及游泳池部分的地下水位标高不得高于32.500m。所以基坑的关键工序是对地下水的降水处理。

 

 基槽内的上层滞水量虽不大，但分布不均且有稳定的补给源，稳定水位绝对标高位于41.850m。基槽的潜水层位于绝对标高31.600~30.300m，其下为粘土层，距承压水层顶较近（2.5~3.5m）渗透系数小。施工中每隔8~16m梅花形布置）打一口砂井，滞水和潜水渗入承压水层中。在地铁连接通道和游泳池部位，承压水水位标高高于该部位基底，故在基槽外侧打8口管井。在基槽内打设23口管井（留置在结构底板上），作为减压水井，以控制承压地下水水位，这样就形成了一个立体降水系统。即在上方开挖成槽期间，管井起降水作用（降承压水的同时，亦起到降滞水和潜水的作用）；在结构施工期间，起减压抗浮的作用。随结构施工的进展，按不同阶段的抗浮要求，逐渐撤除水管井，对结构底板上管井的留置和搞撤除降水管井，对结构底板上管井的置和撤除，采取了结构特殊防水措施和封井措施。降水效果证实，基坑成槽后基底干燥，降水十分成功。随施工进展逐渐撤除管井，也满足了设计要求。

 

 4.2 长短护坡桩和预应力土钉结合的护坡体系 根据结构各部分标高的变化情况，采取了不同的护坡设计形式，首先在电信管外侧做深4.5m的φ400＠800mm混凝土防护桩，然后在距结构外皮400mm处从地面向下做φ800＠1600mm灌注桩，桩长20.9m（锚固深度4.5m），设2层锚杆拉锚。其他部分护坡桩施工时，先将土方挖至3.200~-4.300m，基槽以土钉墙护坡，然后向下做灌注桩。在游泳池外侧及地铁连接通道部分的护坡桩，采用φ800＠1400mm灌注桩，桩长21.4m。其余部位桩选取φ600＠1200mm，桩长17.1~17.6m，锚固深度4.5m，均设2层锚杆接锚。

 

 基槽北侧（ΟP轴），由于受槽外原有人防隧道影响，锚杆不能施工，故采用预应力土钉方案。

 

 从基坑成槽至结构施工到地上（±0.000），边坡观测最在位移量仅5mm，满足了施工要求。

 

 4.3 采用UEA-M混凝土减少后浇带原设计底板按规范标准要求将整个底板分成大小不一的9块，这样对整个结构工期、质量的防水效果都很不利。经向 中国 建筑材料 科学 研究院水泥与新型建材研究所等单位咨询和研究，制定了UEA-M抗裂防水超长混凝土施工方案，并取得设计、业主及监理单位的认可。该方案基础筏板后浇带设置近似于十字形，将筏板由原设计的9块减成4块，其中最大块为67m×51m，最小块为52m×43m。混凝土中掺入UEA-M复合微膨胀剂。这样做可使各分块的结构形状更加规整，便于施工组织和流水段的划分。通过掺加不同外加剂的配合比设计、混凝土加强后期养护，实现了确保工程质量和加快施工进度的目的。

 

 4.4 外墙单侧支模及保持模板稳定的作法 外侧墙体层高分别为8.00m、4.55m、4.50m、4.40m、3.60m、3.05m、2.90m、2.70m。最高的8.00m墙体分布在建筑物东侧设备机房（地下二层、夹层）部位（墙段长60m）和西侧的保具龄球馆部位（墙段长50m）。由于混凝土墙体较高，且在高5.50m处有一层护坡桩锚杆的锚头及腰梁已侵入到墙体结构内，需在墙体混凝土浇筑前拆除。为保证墙体混凝土浇筑时单侧支模体系的稳定和拆除锚杆后的护坡桩安全，决定混凝土分两次浇筑，第一次浇筑高度为3.60m，第二次浇筑至墙顶标高。其余小于8.00m和不受锚杆、腰梁影响的墙体均一次支模并将混凝土浇筑到顶。

 

 采用外墙单侧模设计方案，既解决了施工中的关键性技术难题，结构质量优良，又节省了50%的外墙模板和30%的模板支撑，收到了良好的 经济 效益。

 

 4.5 大跨度鱼腹式斜梁施工时，采取在梁两端设泵（水平布料杆）的方案，顺序为由中间分为两段，由于向上分层浇筑，最后一层找平。对商品混凝土的出机（至灌筑）时间、初凝时间、坍落度、供应速度等均根据运输线路、气候环境、现场条件进行具体分析和设计。考虑到梁内钢筋密集，局部的梁柱节点改用细石混凝土浇潢。施工中采取了机械振捣相结俣等多种措施，避免了跑模、漏浆和漏振，取得了预期效果。

 

 5 施工体会

 

 本工程建筑功能多，结构变化特殊，在施工场地狭窄、周围干扰多、地质条件复杂、施工正值雨季、工期紧又为“三边”工程等诸多不利的条件下，针对施工难点和施工技术难点，进行专项研究，取得了良好效果。

 

 5.1 在土方工程施工中，由于对地下三层含水层进行了 科学 分析，采用了降、渗、排相结合的降水施工方法，形成了完整的渗、降立体降水体系，既满足了基础结构施工要求，又满足了结构设计的抗浮要求。在结构（底板）上的封井技术，解瘊了管井井管破坏结构防水层的问题和后期封井问题，避免了对结构卷材防水整体性的影响，并保证了井管内地下水的封团效果。

 

 5.2 基槽的边坡支护中，对槽外84孔重要通讯设施的防护（主要是防止护坡桩施工时对通讯的扰动），采用长4500mm的φ400mm护坡桩防护，保证了通讯管道万无一失。由于受原人防隧道限制，ΟP轴以北的护坡桩锚杆无法施工，采取了相对密集的预应力土钉，较好地解愉了护坡桩拉锚的问题。

 

 5.3 临基槽边的21（塔吊基础桩，由于人工挖孔桩挖到-15m左右出现地下水、潜水层）和流砂现象而无法施工（此时基桩浅于基槽最深处近4m）。为此重新设计了承台并采用拉桩技术，既缩短了原基础桩的施工工期，又确保了塔吊基础的稳定和安全，为临基槽塔吊基础施工积累了经验。

 

 5.4 采用了大体积超长混凝土施工技术，减少了原设计的施工后浇带50%的工作量，同时对混凝土的高性能、耐久性及原材料标准（砂、石料的产地、水泥和外加剂的碱含量）等都做了限定和控制。防止沸腾发后碱集料反应，保证了混凝土的耐久性。由于施工中注重 总结 和调整施工方法，在商品混凝土的供应速度、泵送设备的选择和现场布设、对坍落度的控制、浇筑方式和振捣方法等改进作法，均使关键部位和构件的混凝土取得了较满意的效果。