紧邻古建筑四层地下室开放性大开孔逆作法施工

　　1 工程概况
　　1.1 结构概况
　　工程四层地下室周边采用开放性大开孔逆作法施工，博物馆中间本体脱离部分采用大开孔圆环支撑，以满足在逆作阶段过程中水平力。圆环内径达46m。在大开孔区域周边北侧及南侧设置了多处2600x800竖向柱以及600厚的竖向剪力墙。中间为地下四层博物馆本体。
　　博物馆本体为劲性型钢混凝土结构，采用“上挂下托”的形式，即B2板架于B3板之上，由B3板承受B2板荷载；B1板的挂在B0板上，由B0板承受B1板的荷载。B1板与B0板之间设置拉杆，B3板与B2板之间设置托杆。
　　1.2 围护概况
　　本工程基坑周边普遍采用1000mm厚“两墙合一”地下连续墙(柔性接头)，地下连续墙共计63幅；基坑北侧靠近明远楼区域及西侧需清除地下障碍物区域地墙两侧设Φ850@600三轴水泥土搅拌桩槽壁加固，其余区域地墙外侧槽段接缝处采Φ1000@700高压旋喷桩止水。
　　2 工程难点与特点
　　（1）著名明代历史保护建筑“明远楼”距离基坑北侧边最近处仅8米；另外“明远楼”周边多棵古树树冠高大，根系发达，极易受到围护施工影响。
　　（2）工程四层地下室周边采用开放式逆作法施工，在逆作法阶段采用大开孔圆环支撑，直径达到46m，正常使用阶段将圆环支撑拆除，周边逆作区域与本体顺做区域之间完全脱开。形成一个完成开放性的结构形式。
　　（3）作为一个博物馆工程力求空间效果，结构上采用上挂下托的结构体系。对结构施工的难度较大。
　　3 过程中的应对措施及方案
　　3.1 历史古迹保护措施
　　3.1.1 逆作法施工运用
　　由于本工程位于南京夫子庙旅游风景区的核心地带，场地极为狭小，且基坑的北侧为历史保护建筑物明远楼。为了降低施工对于周边环境及历史文保建筑物的影响，本工程采用逆作法施工。逆作法方案以四层结构梁板作为基坑开挖阶段的水平支撑，其支撑刚度大，对水平变形的控制极为有效。在首层结构梁板上设置专用的施工车辆运行通道及堆载场地。利用首层结构梁板作为施工机械的挖土平台及车辆运作通道，有效地解决了基地周边施工场地狭小问题。
　　3.1.2 基坑围护形式增强
　　本工程基坑周边普遍采用1000mm厚“两墙合一”地下连续墙(柔性接头)，针对北侧靠近重点保护建筑“明远楼”区域则采用1000mm厚T型地下连续墙。加强地下连续墙的刚度，避免在开挖过程中明远楼处土体位移导致对历史保护建筑物的破坏。

　　3.1.3 钢板桩保护古树
　　明远楼两侧有4棵枝繁叶茂的古树，其与明远楼形成一个极为融洽的风景。为避免在施工过程中对这4棵古树产生破坏性的影响，因此，在进场施工之前，在4棵古树与基坑边之间插入了一排9m深的拉森钢板桩，使其根系与施工区域之间形成一道人为的屏障，尽可能的减少对其的破坏。 　　3.2 嵌岩地墙施工
　　3.2.1 地下连续墙施工关键技术
　　3.2.1.1垂直度控制
　　普通临时围护地墙垂直度一般要求控制在1/150，而“两墙合一”地下连续墙由于其在基坑工程完成后作为主体工程的一部分而将承受永久荷载的作用，成槽垂直度的好坏，不仅关系到钢筋笼吊装，预埋装置安装及整个地下连续墙工程的质量，更关系到“两墙合一”地下墙的受力性能，因此成槽垂直度要求比普通临时围护地墙要求更高。一般作为“两墙合一”的地下连续墙垂直度需达到1/300，本工程设计要求地下连续墙对成槽垂直度要求达到1/400，因此施工中需采取相应的措施来保证超深地下连续墙的垂直度，尤其是超深地墙时垂直度的控制就显得更加重要。
　　3.2.1.2节点防渗技术
　　“两墙合一”地下连续墙既作为围护节点挡土、挡水结构，也作为结构地下室外墙起着永久的挡土挡水作用，因此对防水防渗要求极高。地下连续墙单元槽段依靠接头连接，这种接头通常要满足受力和防渗要求，但通常地下连续墙接头的位置是防渗的薄弱环节。可采用以下措施：
　　1) 由于地下连续墙是泥浆护壁成槽，接头混凝土面上必然附着有一定厚度的泥皮(与泥浆指标、制浆材料有关)，如不清除，浇筑混凝土时在槽段接头面上就会形成一层夹泥带，基坑开挖后，在水压作用下可能从这些地方渗漏水及冒砂。为了减少这种隐患，保证连续墙的质量，施工中必须采取有效的方法进行清刷混凝土壁面
　　2) 接头处设置扶壁柱：通过在地墙连续墙接头处设置扶壁柱来加大地下连续墙外水流的渗流途径，折点多、抗渗性能好。
　　3) 在接头处采用旋喷加固：连续墙施工结束后，在基坑开挖前对槽段接头缝进行品字形旋喷桩加固。孔位确定通常以接缝桩中心为对称轴，距连续墙边缘不超过1m，钻孔深度宜达基坑开挖面以下1ｍ。
　　3.2.2 方案的比选与改良
　　按照设计图纸的要求，南京科举博物馆项目地下连续墙需要进入4-2层中风化层至少2m。针对这个设计要求对“钻抓结合”以及“抓铣结合”2种施工方案进行比选。由于嵌岩深度不深（平均深度约为2.5m），中风化持力层4-2层强度为4MPa。再结合场地以及费用等各方面因素考虑，决定采用钻抓结合的成槽工艺进行施工。
　　在试成槽阶段对暴露出来的一些问题进行改良。对设备技术改造，主要是增加抓斗重量，在抓斗两侧增加钢板，大大提高斗齿挖掘时的贯入力，导架侧向呈圆弧过渡，减少了间隙提高了抓斗的稳定性，斗齿形式采用短斗齿，加大油泵功率，提升成槽机的机械性能。槽段成孔为3孔，钻孔净距保持在1.5m~2m，成槽过程中如遇到挖土速度较慢可在中间增设钻孔。
　　先按正常挖土成槽施工，根据地质报告相关数据在即将挖至4-1层土时，预留1~2m位置，采用直径与地下连续墙设计厚度相同的旋挖钻机进行钻进取土。预留1~2m是起到一个对旋挖钻机限位的作用。避免旋挖钻机直接与岩层钻进是发生打滑，导致槽底出现圆弧形底部的情况。
　　3.3 挖土施工
　　3.3.1 取土口设置
　　为了满足结构受力以及有效传递水平力的要求，利用中间环形支撑位置作为最大的取土口使用。西侧取土口布置利用楼板结构考虑30～35m进行布置，见图3。 　　3.3.2 挖土分块分析
　　首层土方采用大开挖的形式进行开挖。第二、第三层土采用长臂挖机利用3个取土口及中心圆环支撑进行取土。第四、第五层土采用电吊及长臂挖机结合在B0板进行取土。按照工作量对基坑划分为4个区域（见图3）按照1→3→4→2的顺序进行跳仓施工。
　　3.4开放式逆作法施工
　　3.4.1 本体外围结构施工
　　由于工程四层地下室周边采用开放式逆作法施工，在逆作法阶段采用大开孔圆环支撑，直径达到46m，占整个基坑面积的2/3。正常使用阶段将圆环支撑拆除，周边逆作区域与本体顺做区域之间完全脱开，形成一个完成开放性的结构形式。由于开孔区域为46mX46m大开孔地下区域，如此大的缺失对其余周边结构的自身刚度也提出了一个较大的要求。
　　3.4.1.1 逆作法施工阶段
　　为了确保其自身结构的刚度，在逆作法施工阶段大开孔区域采用圆环支撑的结构形式来确保其水平力的传递形成对称。同时，在大开孔结构较为薄弱的4个角部区域，对各层采用400mm厚楼板同时内配型钢以提升角部区域水平构件的刚度,见图4。 　　3.4.1.2 永久使用阶段
　　另外，在正常使用阶段，地下二层北侧、地下三东侧及南侧三块区域的楼板存在缺失。结合大开孔特殊的结构形式，在东侧、北侧以及南侧地墙迎坑面设置了400厚的混凝土内衬墙，在大开孔区域的北侧及东侧设置了600厚的混凝土剪力墙，在大开孔区域的北侧及南侧设置了14根截面为600×2600的矩形柱。这使得在圆环支撑拆除之前东、南、北三侧均形成了一个完整的箱体，大大提升了整个结构的稳定性。
　　3.4.2 结构施工要点
　　逆作法工程施工过程中由于结构楼板即为水平支撑体系，因此，在施工过程中需要对自身结构体系的受力情况进行分析，挑选应力较小的区域设置施工缝，避免由于留设施工缝而形成结构裂缝。
　　值得注意的是必须要等到竖向短柱及剪力墙施工完毕达到设计强度后，方可拆除中间环形支撑。
　　另外，在对大开孔区域圆环支撑拆除时采用静力切割的方式进行拆除，采用该方式对永久结构影响最小的方式进行拆除。
　　3.4.3 施工流程
　　第一层土方开挖至-2.55m→施工B0层逆作楼板→第二层土方开挖至-7.20m→施工B1层逆作楼板→第三层土方开挖至-12.55m→施工B2层逆作楼板→第四层土方开挖至-16.25m→施工B3层逆作楼板→第五层土方开挖至-20.90m→施工底板（穿插锚杆桩施工）
　　3.4.4 上挂下托结构施工
　　3.4.4.1 本体结构形式
　　在大开孔区域内为博物馆本体，其与周边区域相互脱开，作为一个博物馆主体需要特殊的展陈要求以及独特的建筑表现形式，底板处为一个大空间形式，各层楼板外围处于一个悬挑状态，因此提出了一个“上挂下托”的结构形式，见图5。由于与传统的结构形式有所不同，盲目按照传统施工工序进行施工可能导致与设计工况不符，导致结构的安全隐患。因此，利用软件模拟可能发生的工况条件，从而确定最终的施工方案。 　　3.4.4.2 施工流程
　　完成底板施工→拆除第三、第四道支撑→吊装B3及B2层钢结构劲性梁柱→施工B3层楼板→施工B2层楼板→拆除第二、第一道支撑→吊装B1及B0层钢结构劲性梁柱→施工B1层楼板→施工B0层楼板。
　　4 监测分析
　　目前，南京科举博物馆已经完成了施工阶段与使用阶段两个工况的转换。在整个逆作法施工的过程中,周围管线最大沉降为11.2mm，周围地表最大沉降6.3mm，基坑最大位移7.13mm。相比与其他采用顺作法的深基坑工程来说，从基坑监测的角度来分析其变化值是相当之小的。与部分采用逆作法的工程相比，也属于变形较小的。在支撑拆除过后，由于采用比较合理的施工工艺，变形未发生较大的变化。尤其T型槽段的加固使得明远楼前方区域墙体变化值极小。
　　变化量之所以小有如下两个原因：一方面，工程工期十分之紧无形中加快了整个施工的进度，减少了基坑暴露的时间。这一点，从最大位移点的位置来看，该区域为提前开挖区域，由于暴露时间长而导致产生的位移相对较大。另一方面，就是本工程采用了逆作法施工技术，利用结构楼板自身作为水平支撑体系，在地下室结构施工阶段起到了约束作用。
　　5 结语
　　南京科举博物馆工程在仅仅12个月的时间内，完成了包括桩基围护、地下室主体结构、地上三层裙房主体结构、机电安装以及装饰装修工程，在青奥会之前完成了负一层临展对外开馆。工程采用了逆作法施工技术一方面大大缩短了整个地下部分的施工周期；另一方面，在施工过程中大大降低了对周围建筑及景区整体环境的影响。