杭州西湖國際飯店地下工程逆作法設(shè)計(jì)

1、杭州西湖國際飯店地下工程逆作法設(shè)計(jì) 提要本文介紹了杭州西湖國際飯店地下工程逆作法的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程已有的監(jiān)測資料，對(duì)逆作法施工過程中地下墻的側(cè)向位移、墻后的水土壓力、基坑周圍地表沉降等進(jìn)行了分析研究和總結(jié)。 1.工程概況及地質(zhì)條件杭州凱悅大酒店工程位于杭州六公園附近。其西部約30m處便是著名的杭州西湖，基坑四周道路繁華，地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜。 本工程上部為89層框架結(jié)構(gòu)，分賓館和公寓兩部分，建筑面積約10萬方，詳見圖1。賓館部分設(shè)三層地下室，基坑開挖深度約14.3m，地下一層的樓面標(biāo)高為-4.100或-5.100，地下二層摟面標(biāo)高為-8.000；公寓部分設(shè)兩層地下室，基坑開挖深度約12.6m

2、，地下一層的樓面標(biāo)高為-6.000。地下室平面尺寸很大，其形狀接近梯形，最大邊長約162m，最小邊長也達(dá)98m，基坑平面面積約17700m2?；铀闹芫ㄓ卸优R時(shí)施工用房及店面。 圖1. 工程平面圖 本工程開挖影響范圍的土層以粉土和淤泥質(zhì)土為主，詳細(xì)地質(zhì)情況見表1。 表1 各層土的主要物理力學(xué)指標(biāo) 注：、C為固結(jié)快剪峰值 2.圍護(hù)設(shè)計(jì)方案及實(shí)施針對(duì)本工程基坑平面尺寸大、開挖深度深、地質(zhì)條件差、周圍環(huán)境復(fù)雜這一特點(diǎn)，經(jīng)多方案比較，最后確定采用的圍護(hù)方案是，0.8m厚地下連續(xù)墻作為臨時(shí)擋土結(jié)構(gòu)兼永久結(jié)構(gòu)地下室外墻（“二墻合一”），并結(jié)合逆作法施工，以地下室各樓層作為主要支撐并輔以各種臨時(shí)支撐。方

3、案的具體實(shí)施主要分如下幾個(gè)步驟： （1）地下連續(xù)墻、豎向臨時(shí)支撐及降水井施工。 本工程填土層下面存在著厚薄不均的粉土層。為防止地下墻成槽施工時(shí)發(fā)生槽壁坍塌現(xiàn)象，在地下墻施工前，整個(gè)場地周邊一圈均進(jìn)行了淺層地基注漿加固處理。本工程地下墻墻肢形式均為一字型，地下墻墻幅接頭采用了具有一定剛性的十字鋼板接頭。地下墻深度為25m32m，全部地下墻均已穿透號(hào)淤泥質(zhì)粘土層，墻端進(jìn)入號(hào)粘土層或更下面的土層。 豎向臨時(shí)支撐采用井形鋼構(gòu)架形式，其下端插入結(jié)構(gòu)工程樁內(nèi)2.5m；在逆作法施工過程中，由于地下結(jié)構(gòu)豎向傳力構(gòu)件（如結(jié)構(gòu)柱、剪力墻等等）尚未形成，因而上部結(jié)構(gòu)的所有荷載必須通過豎向臨時(shí)支撐傳至結(jié)構(gòu)工程樁，豎向

4、臨時(shí)支撐的數(shù)量及位置的設(shè)計(jì)必須滿足這一功能要求。本工程要求豎向臨時(shí)支撐能夠承擔(dān)地上六層結(jié)構(gòu)的自重及施工荷載。 本工程地基存在著厚度較大、滲透系數(shù)較大的號(hào)粉土層，且緊臨西湖，水源很豐富；另外基坑面積大，開挖深度深，因而基坑降水難度大。設(shè)計(jì)采用了真空深井降水，坑內(nèi)共布置了57口深井。 （2）地下墻頂部壓頂梁施工。 地下墻頂部設(shè)置一定剛度的壓頂梁對(duì)減小地下墻的側(cè)向變形、協(xié)調(diào)各幅墻的沉降及錯(cuò)位等均很有利。特別是對(duì)本工程而言，地下墻邊存在一排結(jié)構(gòu)柱，壓頂梁、結(jié)構(gòu)柱以及地下各樓層結(jié)構(gòu)邊梁共同形成一壁式框架，該壁式框架大大提高了地下墻的整體性，從而更能夠保證“二墻合一”的質(zhì)量。本工程壓頂梁高度1.5m，寬度

5、同墻寬，即0.8m。 （3）第一階段盆式挖土及0.000結(jié)構(gòu)樓層施工，詳見圖2中工況1及工況2。 逆作法施工中，當(dāng)0.000樓層結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后，挖土施工即進(jìn)入“暗挖”階段，其難度較大，速度較慢。為盡量減少“暗挖”工作量，本工程在0.000樓層結(jié)構(gòu)施工之前先進(jìn)行盆式挖土，即先大面積挖土至標(biāo)高-2.000處，此時(shí)地下墻周邊一定范圍內(nèi)停止挖土，做好護(hù)坡；基坑中間則繼續(xù)挖土至地下一層樓面標(biāo)高。采用逆作法施工方法后，結(jié)構(gòu)樓層設(shè)計(jì)不僅要滿足建筑使用階段的功能要求，而且也要滿足逆作法的施工要求，對(duì)本工程而言，地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要增加了如下幾個(gè)內(nèi)容： （a）結(jié)構(gòu)樓板預(yù)留出土孔、調(diào)物孔等等孔洞之后的加固處理； （b

6、）施工機(jī)械（如挖土機(jī)、卡車等）將在樓層的一定區(qū)域內(nèi)行駛，相應(yīng)范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)梁板必須加強(qiáng)； （c）由于地下各樓層將作為地下連續(xù)墻在各施工工況的水平支撐系統(tǒng)，其承受的最不利水平推力將較使用工況大得多，并且由于車輛坡道、電梯井，結(jié)構(gòu)柱等等永久結(jié)構(gòu)構(gòu)件尚未施工，結(jié)構(gòu)體系很不完整，因而應(yīng)通過計(jì)算及分析對(duì)樓層結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行加固，合理地布置一些臨時(shí)支撐；（d）由于永久結(jié)構(gòu)一些豎向承重構(gòu)件（如地下混凝土墻、柱等）尚未形成，致使一些結(jié)構(gòu)梁板失去支點(diǎn)，因而需要設(shè)置一些臨時(shí)支托系統(tǒng)； （e）在本工程賓館及公寓主樓部位，一根結(jié)構(gòu)柱下設(shè)置了四根井形鋼構(gòu)架；在其它區(qū)域，基本上是一根結(jié)構(gòu)柱對(duì)應(yīng)兩根井形鋼構(gòu)架。井形鋼構(gòu)架頂

7、部的承臺(tái)必須滿足結(jié)構(gòu)柱的抗沖切要求。 （4）地下墻周邊土方開挖及地下一層樓板施工，同時(shí)開始施工地上一、二層結(jié)構(gòu)，詳見圖2中工況3。 為控制地下墻的側(cè)向變位發(fā)展，應(yīng)盡量減少基坑的暴露時(shí)間。為此，下一階段的施工順序是先施工已挖至標(biāo)高的地下一層樓板，待其混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，按照“分段、對(duì)稱、限時(shí)”的原則，充分利用基坑開挖的時(shí)空效應(yīng)，將地下墻周邊的土方分為若干小段，各段土方按一定的次序逐步挖去，并進(jìn)行相應(yīng)段的結(jié)構(gòu)樓板施工，待各段樓板具有一定強(qiáng)度后才能進(jìn)行鄰段的土方開挖。 （5）地下二層土方開挖、樓層施工，同時(shí)施工地上三、四層結(jié)構(gòu)，詳見圖2中工況4。 同樣先對(duì)地下二層土方進(jìn)行盆式暗挖，即先挖去中間區(qū)域

8、的土方，施工該處樓板；然后逐段施工周邊樓板，架設(shè)臨時(shí)支撐。 （6）最后一階段土方開挖及基礎(chǔ)底板施工，同時(shí)施工地上第五、六層結(jié)構(gòu)，詳見圖2中工況5。 該階段是施工全過程最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，該工況的變形發(fā)展最難控制。由于本工程基坑開挖深度較深，且地基淺層存在著厚度較大、密實(shí)度很高的粉土，根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，水泥攪拌樁穿透該層土的難度較大，因而沒有采用水泥攪拌樁對(duì)坑底被動(dòng)區(qū)淤泥質(zhì)粘土進(jìn)行加固。本工況采取的技術(shù)措施是： （a）分段施工，化大為小?；又虚g范圍首先挖土至相應(yīng)坑底標(biāo)高，地下墻周邊保留20m寬的土方，進(jìn)行中心范圍基礎(chǔ)底板施工； （b）中心范圍基礎(chǔ)底板混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，架設(shè)臨時(shí)斜支撐，一端支于已

9、施工完成的基礎(chǔ)底板上，另一端支于地下墻一定標(biāo)高處。 （c）進(jìn)行地下墻周邊土方開挖，按“分段、對(duì)稱、限時(shí)”的原則，逐步進(jìn)行，并馬上進(jìn)行相應(yīng)段的基礎(chǔ)底板施工。 圖2 逆作法施工各典型工況圖 3.監(jiān)測結(jié)果分析本工程基坑規(guī)模很大，地質(zhì)情況及結(jié)構(gòu)樓層比較復(fù)雜，因而計(jì)算模型的確定及計(jì)算參數(shù)的選取方面均存在不少難度。為確保本工程土方開挖及地下室施工的順利進(jìn)行，確保周邊道路、管線及建筑物的安全和正常使用，本工程對(duì)地下墻沿深度的側(cè)向變形、墻頂沉降、地下墻前后的水土壓力、地下墻墻體內(nèi)力、基坑周圍環(huán)境、結(jié)構(gòu)樓板體系的內(nèi)力變形、結(jié)構(gòu)柱軸力、井形鋼構(gòu)架的變形及沉降等項(xiàng)目進(jìn)行了監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果以指導(dǎo)工程實(shí)踐。本工程全面

10、監(jiān)測工作于1998年4月18日開始，7月21日，0.000結(jié)構(gòu)樓層施工完畢；11月30日，地下一層結(jié)構(gòu)施工完畢；99年2月，地下二層結(jié)構(gòu)施工結(jié)束；7月，全部地下室基本施工完畢。限于文章篇幅，下面僅對(duì)部分監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析。 3.1地下墻側(cè)向位移 本工程地下室施工結(jié)束后，基坑各測點(diǎn)的最大側(cè)向變形約15cm ，最小變形也近10cm。圖3給出了測點(diǎn)CX2（該點(diǎn)平面位置詳見圖1）在各施工工況的側(cè)向位移發(fā)展圖。該圖表明，0.000樓層及地下一層樓層施工結(jié)束后（對(duì)應(yīng)圖中工況3），地下墻的最大側(cè)向變形約8cm，其位置在樁頂；地下二層樓層施工結(jié)束后（對(duì)應(yīng)圖中工況4），地下墻的最大側(cè)向變形約10.6cm，其位置在

11、地表以下12.5m；全部地下室施工結(jié)束后，地下墻的最大側(cè)向變形約15cm，其位置在地表以下12.5m。 從各個(gè)測點(diǎn)的墻頂位移數(shù)值來看，各工況的位移實(shí)測值均超過相應(yīng)設(shè)計(jì)控制值。主要原因有以下幾點(diǎn)： 圖3 CX3測點(diǎn)各工況地下墻沿深度側(cè)向位移發(fā)展曲線 （1）、基坑暴露時(shí)間過長。如第一階段盆式挖土結(jié)束后，由于種種原因，一個(gè)月后才進(jìn)行0.000樓層結(jié)構(gòu)的施工，基坑比預(yù)期目標(biāo)多暴露了近一個(gè)月，在這過程中，基坑變形每天都在以近1mm/d的速率增長。（2）、關(guān)鍵工況的土方超挖造成實(shí)際開挖深度與設(shè)計(jì)開挖深度有較大偏差，普遍偏差達(dá)12m。 （3）、某些工況坑內(nèi)水位沒有控制到位，部分區(qū)域降水過度，造成被動(dòng)區(qū)水壓力

12、減小。在監(jiān)測過程中，曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)在第二工況某一段時(shí)間內(nèi)，部分測斜孔測得的位移發(fā)展太快，難以查明原因，后來從剛安裝不久的水位管發(fā)現(xiàn)，該處的地下水位已被降至-10.500m標(biāo)高，立即停止降水后，圍護(hù)體位移馬上趨于穩(wěn)定。 （4）、樓板平面尺寸很大時(shí)，混凝土的收縮引起地下墻側(cè)向變形的增大。各測點(diǎn)在0.000樓層混凝土澆筑前后的變形增量最大值達(dá)9.8mm。 （5）、大基坑的“時(shí)空效應(yīng)”。 盡管地下墻的累計(jì)側(cè)向位移數(shù)值比較大，但從總體上看，變形發(fā)展 速率還是得到較好的控制。地下一層施工結(jié)束時(shí)，平均變形速率約0.36mm/d；地下二層施工結(jié)束時(shí)，平均變形速率約0.35mm/d；基礎(chǔ)底板施工結(jié)束時(shí)，平均變形速率約

13、0.25mm/d。整個(gè)施工過程中，最大變形速率均控制在0.6mm/d內(nèi)。 3.2地下墻墻背水土壓力 圖4給出了平海路一側(cè)的測點(diǎn)T2的實(shí)測主動(dòng)土壓力分布情況，并同時(shí)給出了用朗肯理論得到的主動(dòng)土壓力及按式1得到的靜止土壓力，土壓力采用水土分算，水壓力按照本文實(shí)測結(jié)果計(jì)算。圖5給出了實(shí)測水壓力的變化情況，并同時(shí)給出了靜水壓力。 （1） 分別為土的內(nèi)摩擦角及重度，K0為靜止土壓力系數(shù)。 從圖4可以看到，墻側(cè)實(shí)測土壓力比較接近主動(dòng)土壓力，而小于靜止土壓力。該圖同時(shí)給出了用水土合算法計(jì)算得到的主動(dòng)土壓力，其結(jié)果遠(yuǎn)小于實(shí)測值，可見對(duì)本工程而言，采用水土分算更為合理。 從圖5可以看到，隨著基坑開挖的不斷進(jìn)行和

14、降水深度的不斷加大，作用于地下墻全深度的水壓力不斷減小，且均小于靜止水壓力。由此可見，在按水土分算原則計(jì)算土壓力時(shí)，水壓力計(jì)算必須考慮基坑滲流作用的影響，如果在以上的主動(dòng)土壓力計(jì)算時(shí)不考慮滲流的作用而直接采用靜止水壓力，則計(jì)算結(jié)果將大大超過實(shí)測值。 總結(jié)以上，在實(shí)際工程中，土壓力計(jì)算宜采用水土分算，但水壓力計(jì)算時(shí)必須考慮基坑滲流作用的影響。圖4墻側(cè)土壓力實(shí)測與理論結(jié)果比較 圖5 基坑開挖過程中墻側(cè)水壓力變化情況 33 基坑周圍環(huán)境分析 本工程在基坑周圍地面、建筑物上設(shè)置了大量的沉降測點(diǎn)。從監(jiān)測結(jié)果來看，地表沉降分布規(guī)律基本是，基坑各側(cè)中間部位的沉降最大，角部最小。0.000樓層結(jié)構(gòu)施工結(jié)束時(shí)，

15、學(xué)士路最大沉降達(dá)23.2mm，平海路為16.7mm，湖濱路為12.3mm，東坡路最小，僅為6.3mm。 地下一層結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后，基坑各側(cè)的地面沉降均有了較大的發(fā)展，學(xué)士路、平海路、湖濱路、東坡路各側(cè)的最大沉降分別發(fā)展至43.2mm、29.5mm、15.2mm及15.1mm，沉降分布規(guī)律不變。 到地下室施工結(jié)束時(shí)，學(xué)士路、湖濱路、東坡路各側(cè)的最大沉降分別發(fā)展至189mm、126mm及128mm，沉降分布規(guī)律基本不變。 學(xué)士路及平海路一側(cè)設(shè)有施工機(jī)械及車輛出入的通道，這是該側(cè)地面沉降較大的一個(gè)重要原因。與地下墻側(cè)向位移的發(fā)展類似，在整個(gè)施工過程中，地表沉降累計(jì)數(shù)值雖然比較大，但由于沉降發(fā)展速率比較小，故基坑開挖對(duì)周圍環(huán)境沒有產(chǎn)生明顯的影響。4.結(jié)論 本工程從開始挖土到基礎(chǔ)底板施工完畢，歷時(shí)約450天。在全部施工過程中沒有產(chǎn)生大的險(xiǎn)情，也沒有對(duì)周圍環(huán)境造成明顯破壞，總體來說，該工程的基坑圍護(hù)是成功的，但同時(shí)還存在不少需要解決的問題，以下對(duì)本工程地下室施工的一些技術(shù)措施作一總結(jié)： 1、采用逆作法施工技術(shù)對(duì)控制深大基坑的穩(wěn)定和變形具有明顯的成效； 2、 基坑工程的每一施工工況必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，嚴(yán)禁超挖，盡量減小基坑無支撐暴露的時(shí)間；3、基坑降水應(yīng)控