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南通大剧院无支护多标高开挖施工技术

发表时间：2021/5/10 来源：《基层建设》2021年第1期作者：1肖伟 2 单伟峦 3 郝国元 4 修亚光

[导读] 摘要：近年来剧院类文化项目随着人们物质文化生活水平的提高，在各地均有新建，而由于舞台机械工艺的需要，剧院地下室存在舞台台仓结构空间，使得地基础底板结构标高众多，同时给土方开挖和结构施工带来了一定难度。

        2南通市建设工程质量监督站 1.3.4中国建筑第八工程局有限公司
        摘要：近年来剧院类文化项目随着人们物质文化生活水平的提高，在各地均有新建，而由于舞台机械工艺的需要，剧院地下室存在舞台台仓结构空间，使得地基础底板结构标高众多，同时给土方开挖和结构施工带来了一定难度。本文章以南通大剧院为背景，结合透水性较强的砂性土地质特征对施工中的重点难点进行总结，对类似项目具有一定的借鉴意义。
        关键词：剧院；砂性土；多标高；舞台工艺
        一、工程概况
        1.1设计概况
        本工程包含歌剧院、音乐厅、戏剧场、创意中心及儿童活动中心等，地上建筑面积75000平方米，地下建筑面积30000平方米。地上7层（最高），地下2层（局部地下3层）。基坑等级为二级基坑，地下室一般开挖深度约为5.30～6.5m，台仓位置最大开挖深度约为12.3m。
        1.2水文地质情况
        本工程76.0m深度范围内主要由粉土、粉砂和及粘性土组成，一般具成层分布特点，按其成因类型、土层结构及其性状特征，可划分为8个主要层次：

        表1：场地内开往深度图层分布
        场区地下水类型属潜水孔隙水和微承压水，水位变幅视季节性降雨量略有升降。据勘察报告，本场区第⑤-2层粉土夹粉砂微承压含水层层顶整体较平缓，最浅埋深约23.50m，水头埋深约取值1.50m（按最不利情况考虑）。基坑最大开挖深度达18.9m（相对标高-18.900m），开挖深度范围内分布有第①~④层土。第⑤-2层粉土夹粉砂以下为第Ⅰ微承压水层，该层承压水可能会引起台仓坑底土层产生隆起或突涌，合理的选择降水方案是保证地下室施工阶段安全的必要条件。
        二、施工难点
        1、考虑工程建设成本因素，基坑开挖方案采用无支护、无止水帷幕的放坡形式。基坑紧邻紫琅湖，开挖深度范围土层中砂性土透水性强。如何做到避免承压水发生突涌、保证基坑安全以及周边环境的稳定是施工需要面对的难题。
        2、土方开挖过程中，歌剧厅地下三层基础底标高（-18.900m）以上-10.000m的位置遇到淤泥夹层（地质勘察时未经发现），该层土体含水率较高，有地下水浸泡基坑风险，给基坑施工过程造成了极大难度。
        3、由于剧院项目舞台设备功能需求，地下室结构存在舞台台仓空间，因而土方基坑整体形成了坑中坑的形式，结构形式复杂，基底标高达十余种，采用多级放坡形式进行开挖，地下室结构落差位置节点位置结构回筑施工难度加大，节点位置工序及防水处理的工程质量风险加大。
        三、难点应对措施
        1.先浅后深护坡质量严控，采用无支护多级放坡形式进行开挖，节约工期的同时也可以节约围护成本，增加坡脚稳定性，地下室与地下室落差位置，1:0.8（1:0.7）放坡开挖。
        2、无支护无止水帷幕形式，应用Visual Modflow软件渗流分析（见图4），根据计算结果设置群井降水布置，选择透水性比较好的直径为800mm的无砂砼井管，通过合理的布置开挖面以及基坑周边群井降水作用，平衡抽水和地下水补给关系，既减少了竖向止水帷幕的投入，同时又能够保证水位处于开外面以下且承压水不发生突涌情况，整个基坑施工过程安全稳定（见图5）。
        3、针对于-10.000m的保水性较强的淤泥土夹层，该土层厚度约10~20cm，该土层范围为整个开挖面场区，该层土透水性差，保水性强，群井降水很难将该图层中水抽干，随着基坑开挖至该土层，该层淤泥土集中从基坑侧壁释放应力而流出，如若采用止水帷幕或土体加固的方式较难实施，而且工期会产生较大损失，综合考虑降降水能力和可实施性，采用轻型真空井点方案，真空井点管以水平的形式插入夹层土中进行抽水。
        4、针对于上述地下结构存在较多的高低差，高标高位置的地下室底板与底标高位置的外墙的施工顺序以及防水处理是需要重点对待。如若按照先常规的“先深后浅”的开挖顺序，为了避免外墙回填土方侧压力挤压外墙产生裂缝，需要待低标高地下室外墙强度达到设计要求后方可进行回填夯实，如此将大大延长施工工期（见图6）。经过方案优化，改变了外墙构造形式，此构造形式更符合结构受力特点，能够放大角的形式能够避免高低差位置回填不均匀沉降引起的应力破坏。故，高低差位置结构施工顺序为：低标高底板施工—低标高侧墙防水外贴法施工（高标高底板防水同时施工）—低标高外墙钢筋及模板施工（高标高底板钢筋施工）—同时浇筑低标高外墙及高标高底板混凝土。该施工顺序既节省工期，也能保证各标高可同时施工，保证了侧墙底板混凝土一次浇筑，提升了结构自防水性能。
        四、施工方案及实施要点
        通过一定的技术措施解决了施工难点后，具体施工过程如下：基坑降水—土方开挖—混凝土护坡—结构（防水）施工，其工序主要施工要点如下：
        （1）降水施工：按设计井深事先将井管排列、组合，下管时所有深井的底部按标高严格控制，并且保持井口标高一致。井管应平稳入孔，每节井管的两端口要找平。保证井管不靠在井壁上和保证填砂厚度，保证环状填砂间隙厚度大于150mm，过滤器应刷洗干净，过滤器缝隙（约1mm）均匀，外包一层40目滤网。下管要准确到位。自然落下，稍转动落到位，不可强力压下，以免损坏过滤结构。然后将填砂（中粗砂，砂料磨圆度较好、颗粒级配较好）沿井壁四周均匀徐徐填入，并随填随测填砂顶面的高度，不得超高。水平向填砂厚度不小于150mm，垂向填砂高度严格按设计图纸进行。
        （2）土方开挖：各基坑均采用“明挖顺作”法施工，即自上而下分层开挖见底后施工素垫层，垫层施工完成后方可开挖落深区，再自下而上依次顺作各层结构。在开挖时，应注意保护测量定位控制桩、轴线桩、水准基桩，防止被挖土和运土机械设备碰撞破坏，挖土前先行复核。土方开挖时，必须待放坡墙达到设计要求时，方可进行下层土方的开挖。基坑开挖期间不得超挖，留土护壁处按设计要求1:0.8放坡。
        （3）结构（防水）施工：为了减少侧墙土方回填这一工序，使低标高侧墙于高标高底板能同时施工，将原设计外墙构造进行优化，改为梯字形外墙。防水外贴于护坡之上，低标高结构外墙采用单边支模形式与高标高位置底板同时浇筑，无施工冷缝，减小了渗漏风险，同时节省了拆模、回填夯实等工序，大大的节约了施工工期（见图1）。

        图1:外墙优化节点
        五、实施成效
        通过基坑施工方案的优化和实施，使得工程在工期、成本、安全等方面都取得了较为明显的成效。进度上大面积开挖，地下室连续施工，减少了施工缝的留设，使得地下室结构的防水效果得到了有力的保证，而且合理的施工工序也大大的节约了工期。同时，在无支护的围护方案应用过程保证了基坑安全，节约了止水帷幕的措施费用。
        六、结语
        南通大剧院项目为背景的砂性土地质情况的剧院项目复杂的地下室形式的基坑施工具有一定的代表性，可以将其施工过程中所总结的围护、降水、挖土结构施工等重点难点进行研究及推广借鉴，能够对类似项目提供一定的施工技术及项目管理方向支持。
        第一作者简介：肖伟 (1986-4),男，本科，中级工程师，中国建筑第八工程局有限公司总承包公司