浅谈复杂地段超深地下工程施工方案的编制

'浅谈复杂地段超深地下工程施工方案的编制易兴中周继业南通市建筑安装工程总公司邮编：226006〔摘要〕：本文简要介绍了廖创兴金融大厦地下工程施工方案的主要内容，对施工方案中较有探讨意义的几个问题作了重点阐述，介绍了施工方案的编制体会。〔关键词〕：浅谈地下工程施工方案编制1工程概况上海廖创兴金融大厦位于上海市繁华闹市区，南京西路、新昌路交汇口。地下五层，地上四十一层，地下室采用钢筋混凝土结构，地上结构采用钢筋混凝土剪力墙芯筒+钢混结构外框架。地下工程占地面积约4000㎡，总地下建筑面积约20000㎡，施工场地狭小，地下室外墙内侧边距建筑红线仅5m，地下室筏板底标高为-22.67m，基底存在22T/㎡承压水压力，临近工程周边存在较多的重要市政设施及建筑物，工程平面布置及其周边环境如下图1示意。显然地下工程施工的技术复杂性及其矛盾相当突出，地下室工程的施工是整个工程成功实施的关键。地下工程施工方案不仅是保证施工质量、确保施工安全的指导性、规划性、组织性文件，同时又是确定合理投标报价的重要基础。2编制施工方案的指导思想本工程的施工技术难度与复杂深度相当大，常规经验式的施工方法对于本工程已相当肤浅，任何施工上过失，均会带来难以想象的后果。因而在施工方案中突出了三个方面的指导思想，贯穿于整个施工方案各章节中。第一个指导思想是：明确科学技术是第一生产力，突出以科技进步为先导，实现质量、安全、工期等施工目标的指导思想，施工方法的选择以技术先进性、经济合理性为前提。科技进步项目主要包括：地下室逆作法施工综合技术、高压旋喷桩抗承压水技术、压密注浆基坑加固技术、预应力控制长板裂缝技术、混凝土配制与施工综合技术、钢筋接驳与连接技术、施工监测与监护系统、交通运输信息指挥系统、污水循环处理系统、通风系统、先进新型机械设备的使用等十一个方面。第二个指导思想是：明确影响本工程实施的主要因素。这些因素是技术资料、专家多次方案讨论结果的综合，专辟章节重点提出，并充分体现在施工方案各章节中，目的是自始至终在施工方案编制过程中重视这些因素，对施工方案的选择做出正确合理、科学的决策。浅谈复杂地段超深地下工程施工方案的编制第8页 第三个指导思想是：施工网络控制计划。以招标要求工期编制的计划网络图中明显以地下逆作工序构成整个网络图的关键线路，与一般工程网络计划不同是次要工作、辅助工作对关键工序工作的实施与工期目标的实现构成相当大的影响，因而在各章节中亦突出了各工序工作在时间与空间上的要求。图1工程平面布置及其周边环境3施工方案的编制步骤与施工方案的选择根据本工程的施工难度及复杂性，确定如下图2所示的施工方案编制步骤，确定了施工方案编制深度及其侧重点。施工方案的选择主要根据施工场地情况及地下工程施工对周边环境变形的要求、技术经济的合理性而定，同时亦考虑到地下工程施工作业安全因素。采用“同济启明星”软件对基坑支护结构进行受力变形位移计算，确定只有采用地下逆作法施工技术，方可满足变形位移的要求，相应亦提高了施工速度，降低了对施工场地要求，提高施工作业安全度；地下室外墙采用1m厚地下连续墙，同时兼作地下逆作施工阶段支护结构的一部分，水平支撑主要借用结构地下室结构梁板，支撑立柱桩尽量布置在工程桩上。（连续墙及工程桩、立柱桩由业主另行安排施工）。考虑到基础筏板厚度达3m，基底至上一层结构梁板的高度较大，变形与位移较大，在-18.9m标高段布置了一道临时支撑。通过计算，采用深井降承压水措施，会使临近地铁或设施产生较大位移与变曲，因而选择高压旋喷桩抗承压水措施，而压密注浆或水泥搅拌桩均不能达到抗承压水效果。其它施工方法则根据上述原则及确定的施工方法而选择。浅谈复杂地段超深地下工程施工方案的编制第8页 熟悉工程图纸、地质资料、招标文件现场调查，环境调查，技术调研分析影响工程实施的主要因素，提出可供选择的主要施工方案，计算分析，编制方案写作提纲讨论工程量计算确定科技进步项目，主要施工方法的确定经济分析编制施工方案影响本工程实施的主要因素科技进步项目网络计划施工部署施工准备工作机具材料计划平面布置图分部项工程施工方案安全、监测等施工方案方案编制成稿图2施工方案编制的步骤示意框图4施工方案的主要内容概述《廖创兴金融大厦地下工程施工方案》共分为12个章。有关科技进步项目、施工部署、施工准备工作计划、地下逆作施工阶段施工平面布置图、环境保护、交通运输信息化系统、质量保证措施等内容划归到了整体施工组织设计的有关章节中。第一章为“地下工程施工概述”。主要概述了地下工程设计概况、周边环境及地质概况、施工条件、招标质量与工期及安全要求，分析了工程特点，对影响地下工程实施的关键因素作了重点阐述。第二章为基坑支护结构体系。主要对地下逆作过程中各阶段的支护结构及其节点进行了施工设计，论述支撑结构的施工要点。第三章为地下逆作施工顺序。对地下逆作阶段各工序流程作了重点阐述。第四章为基坑加固与承压水控制措施。分析基坑加固的原因，阐述抗承压水施工措施。第五章为施工测量定位放线。规定了测量定位放线的原则，轴线与标高控制方法，并对测量放线精度、仪器设备要求作了规定。第六章为土方开挖与运输。内容包括土方开挖方法机械设备的选择、土方开挖与运输量的控制及所需时间、土方开挖时的质量与安全保证措施、土方开挖时的环境保护措施。第七章为施工结构模板。主要内容包括梁板模板、车道模板、墙柱模板、模板的拆除等。浅谈复杂地段超深地下工程施工方案的编制第8页 第八章为地下室钢筋工程。主要内容包括钢筋的制作与吊装、绑扎安排，墙柱钢筋的预插，上部结构钢柱的预插，梁板钢筋的接驳及连接处理，筏板钢筋的加立支架施工设计，及其它钢筋施工注意事项。第九章为地下室混凝土工程。其内容包括商品混凝土的品质控制及其施工，筏板后浇带的处理，结构板抗裂缝措施等。第十章为地下室施工监护与监测。主要内容包括地下室施工监测的目的、意义、方法、要求与内容，主要设施的监测布置方案与监测方法、监测报警值的设定，监测的主要仪器设备及精度要求，数据分析整理与成果的提交等。第十一章为临时支撑结构的拆除。主要阐述临时支撑结构的拆除与车道结构施工、墙柱混凝土结构施工间的关系，以及拆除方法、拆除注意事项。第十二章为逆作施工安全。主要内容包括地下室逆作施工作业安全，施工机械作业安全，临时支撑拆除安全，临时用电与照明安全，通风换气要求等。5施工方案中关键几个问题5.1地下室基坑支护体系及施工顺序支撑结构的局大部分立柱桩的布置在工程桩上，根据设计计算局部增设立柱桩，立柱桩采用20厚钢板制作的400×400㎜钢板格构式立柱桩及厚10㎜、直径400的无缝钢管立柱桩。支撑结构主要利用地下连续墙及结构梁板；在交通运输预留洞口处及地下车道处（地下车道上下标高不一），以及-18.90m标高处布置临时水平支撑。考虑到钢筋混凝土临时支撑结构刚度大，但施工周期长工，拆除困难；而临时钢结构支撑施工较简便，施工速度快，能很快对基坑形成支护结构，对施工安全有利，但钢结构支撑布置时需施加预应力，结构刚度较小；因而临时支撑结构尽量采用钢构件，而在车道部位则布置钢筋混凝土临时支撑，有利于减少立柱桩的布置数量，便于地下室结构施工最后阶段车道结构的施工。进出口料口布置在车道部位、芯筒电梯井等部位。水平支撑结构共分为各层地下室结构梁板、-18.90m标高一道临时支撑共六道，图3、图4为首层支撑结构平面布置示意及-18.90m标高临时支撑结构平面布置示意。其它四层的支撑结构布置示意类同首层支撑结构布置，仅是临时支撑构件的刚度及截面形式有所增大。地下室逆作法施工工艺流程如图5所示。浅谈复杂地段超深地下工程施工方案的编制第8页 图3首层支撑结构平面示意图图4-18.90m标高段临时支撑结构平面布置示意图浅谈复杂地段超深地下工程施工方案的编制第8页 图5地下室逆作法施工工艺流程示意图5.2基底承压水的处理与基坑加固根据地质报告，在标高-30m处⑦层土中存在承压水，承压水对设计基底的压力达22T/㎡，如果采用深井降承压水措施，将对地铁隧道的位移与变曲以及周边设施的变形产生较大影响，因而需采用抗承压水措施，参考有关技术资料，通过计算，设计基底下4m厚度土层采用高压旋喷桩进行抗承压水处理，可达到抗承压水目的。但是，高压旋喷桩的施工将带来较多的泥浆处理，涉及的环境保护措施将不可避免。地下逆作法施工固然能减少基坑变形、减少周边设施的位移与变曲，但是由于地下结构梁板与临时支撑的形成均需有一段时间，时空效应仍对地铁隧道变形造成较大影响。同时根据地质报告，基坑开挖深度范围内大部分土层属于高压缩性饱和软粘土，土的含水率高，孔隙比大，压缩系数高，其强度低，土质层的内聚力和内摩擦角均较小，易产生侧向位移。因而在地下结构施工前，基坑外周边距地铁50m直径基坑深度范围内的土体采用两排宽1m浅谈复杂地段超深地下工程施工方案的编制第8页 的压密注浆加固土体提高土体的被动土压力，提高土体的抗剪强度，同时减少土层含水沿连续墙缝隙向基坑的渗透；而在基坑内，则在高压旋喷桩施工时，对于设计基底以上的土体，减少旋喷注浆压力，类似压密注浆加固基坑内土体，以提高基坑内土体的主动土压力。通过地基加固，地基土质参数改变，在一定程度上减少了基坑变形及对周边环境的影响。5.3逆作法施工模板首层地下室梁板结构待土方挖至-2.4m标高进行，一般采用胶合板模板，钢管扣件支撑，并注意做好立杆支撑点的处理。而与连续墙相接部位则采用素混凝土垫层模板及砖砌胎模。其它地下逆作施工阶段的梁板模板，挖土至标高后，采用50厚的级配砂石平整，其上浇筑一层50厚的C10素混凝土至设计梁板梁标高，然后刷隔离剂，作为梁板底模板。梁侧模板则采用砖砌胎模，内粉10厚水泥砂浆，面刷隔离剂。车道结构模板采用胶合板模，钢管扣件支撑，待基础筏板施工结束后，由下而上顺作施工。地下室墙柱模板由下而上顺作施工，采用胶合板模板，钢管扣件支撑，配合采用对拉螺栓。为确保墙柱混凝土施工质量，墙柱结构施工控制如下图6所示：图6地下室墙柱顺作施工质量控制示意图5.4钢筋混凝土工程及结构梁板抗裂缝措施钢筋工程：场外进行钢筋制作，现场绑扎安装。梁板钢筋与地下连续墙的连接采用预埋在连续墙上的接驳器锥螺纹连接；水平纵向钢筋，考虑到钢筋的运输及减少地下作业时间，采用锥螺纹连接，这样可安排在场外预先进行接头加工；墙柱纵向主筋，大于φ25的钢筋接头采用套筒挤压接头，其它采用电渣压为焊连接；特殊情况，钢筋接头采用双面搭接焊连接。墙柱钢筋的预插则采用挖坑埋砂预插的方法，保证钢筋的搭接长度及接头位置的正确。筏板钢筋架立支架利用立柱桩布置18#轻型槽钢钢梁支架。坐落在自行车夹层平面上（即4.5m标高）上部结构钢柱，须提前预插，在地下室首层梁板结构施工时，钢柱的稳定性主要由临时钢柱独立基础与上部钢柱钢梁控制，在自行车夹层结构梁板施工时，钢柱的稳定性主要由钢梁及首层结构梁板控制。方案中对混凝土的品质控制、浇筑施工及保温养护措施作了明确要求，每一层的地下室梁板混凝土均整体一次浇筑，3m厚基础筏板混凝土的保温养护，采用外覆内降措施，内降措施即为在筏板混凝土内部布置三层、水平间距为1m的冷却水管，通过循环水温调节与流量的控制，有效带走混凝土内部热量，降低混凝土内部温度，减少混凝土温差裂缝的产生。浅谈复杂地段超深地下工程施工方案的编制第8页 本工程地下工程长度约90m，设计仅在基础筏板上布置了一条1m宽的后浇带，后浇带待整个大厦主体结构封顶后采用微膨胀混凝土封闭，而裙房与主体结构间未布置后浇带或其它抗裂措施，当然地下室梁板上布置后浇带对地下逆作施工支撑的布置不利，因而在本施工方案中在地下室梁板内增加了无粘预应力筋，以增加结构梁板的抗裂缝能力。5.5施工监护与监测地下室逆作施工及其时空效应，均将对周边环境及支撑围护结构本身带来变形与应力的变化。通过施工监护与监测，获取施工对周围环境的影响信息（表部变形、沉降、位移、应力等），实施动态施工设计及信息化施工，以确保施工期间临近建筑物、地铁、地下管线等的安全使用和围护结构自身的安全稳定。监护与监测的范围与内容包括：基坑3H深度范围内地铁隧道的沉降、位移与变曲监测；周边道路沉降及路面跟踪监测；邻近建筑物的沉降、倾斜和裂缝发生时间及发展过程的监测；邻近地下管线的水平、垂直位移及变形监测；地下连续墙的沉降、位移、倾斜监测；支撑结构的支撑轴力监测；立柱桩的沉降或上浮监测；基坑周边地下水位变化监测等方面。各设施监测与监护方案中包括以下几个方面：监测范围与内容的确定，布点方案，监测频率与时间空间的要求，监测报警值的确定，监测仪器设备及精度要求，数据处理与反馈要求等。5.6施工安全地下逆作施工过程中安全技术措施，亦是本方案的重点内容，它主要内容包括：①周边环境的安全监护。②深基坑作业安全。每一项、每一层次的深基坑作业工作，支撑与围护结构均将产生应力与变形的变化，对周边环境造成影响，基坑内的每一项工作均较强的安全技术要求。③临时用电安全要求。④通风安全。地下室顶板封闭后，基坑内空气含氧气率低，湿度高，坑内需布置较好的通风换气设施来保证人员作业安全。⑤临时支撑作业安全。⑥机械使用安全及坑内运输作业安全。6体会通过本施工方案的编制，增长了知识，形成一些浅薄的认识，供同行们参考：一是：我国已加入WTO，建筑业将帅先面临国际市场的竞争，招投标市场将逐步推行最低合理报价的原则，技术先进、经济合理的最优施工组织设计或施工方案应成为实现最低合理投标报价重要的前提基础。二是：编制施工方案或施工组织设计均应明确的指导思想。这些指导思想贯穿于方案的各章节，始终清晰为实现质量、工期、安全施工目标，应注意的重点、应采取的措施、工序间时空逻辑关系，这样才能使所编制的施工组织设计或施工方案新颖、独特，才能使方案具有较强技术经济合理性。三是：施工组织设计或施工方案的编制前应有明确的编制程序，确定编写提纲，以较好地把握住方案的编制深度与侧重点，一环套一环，层层呼应。四是：施工方案应是公司优秀员工智慧的结晶，编写施工组织设计或施工方案应是集思广益、积累知识、增长才干的过程。浅谈复杂地段超深地下工程施工方案的编制第8页'