大型地下停车库关键施工技术

大型地下停车库关键施工技术

昝永奇

中铁一局集团有限公司广州分公司广东广州511400

摘要：深圳市益田村中心广场地下停车库工程，是目前国内面积最大的地下停车库之一，车库设计采用中心岛法施工，车库结构抗浮设计采用抽水减浮方案。本文重点介绍该大型地下停车库的逆作区钢管立柱、环板、土方开挖技术及地下结构抽水减浮方案的施工控制要点，为类似地下工程施工提供了经验和借鉴。

关键词：大型地下车库；中心岛法；明盖挖结合施工；泄水抗浮

0引言

随着城市进程化快速发展，土地资源越来越稀缺，城市地下空间的开发和利用越来越成为城市发展的主流和方向，如城市轨道交通、地下商场、地下车库、综合管廊和防空设施等。城市地下空间逐步向超大超深的方向发展，其修建随之也面临施工及安全控制技术、环境影响控制技术等关键技术瓶颈。本文针对深圳益田村地下车库的工程及地质特点，对基坑原有开挖方案进行优化，采用盖板和支撑体系相结合的新型的盖挖施工方法，中心岛施工方法［1］［2］；优化地下车库抗浮方案，最终选用泄水引流抗浮方案,即利用动水压力小于静水压力的原理，通过渗流、滤水措施排泄一部分地下水、控制底板下的动水压力,从而减小结构受到的浮力，解决抗浮问题［4］。整个地下车库施工方案安全系数高、周边环境影响小、缩短了工期、减少了投资、减少了建筑材料的用量、使地下水得到循环利用，符合节能、环保、可持续发展的方向。

1项目概况

深圳市益田村中心广场地下停车库工程，位于益田村中心广场深圳地铁3号线益田站折返线上方，车库东西长度176.6m，南北宽169.4m，为地下二层框架结构，柱网间距为8400mm，总建筑面积58294.36m2，车库设计停车位1498个。

本工程场地属海冲积平原地貌，地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水。本工程地质自上而下为：人工填土、海冲积淤泥质土、黏土、砂层及残积黏土，下伏基岩为燕山期花岗岩。基坑底板大部分位于粘性土及全风化花岗岩中，局部位于淤泥、淤泥质土及中粗砂中。

本工程围护结构采用地下连续墙，基坑深度12.5m；车库地基与基础形式为：逆作法范围采用冲孔灌注桩基础，中心岛范围采用筏板基础，车库抗浮采用泄水减浮法。

2地下车库总体施工方案确定

2.1原设计总体施工方案

本工程原设计方案为采用中心岛法施工，先施工周边逆作部分临时钢管中立柱及坡面处理搅拌桩，然后开挖中心岛范围内土方并施工中心岛内结构，预留车库周圈反压土对基坑围护结构地下连续墙进行支护，待中心岛范围内结构顶板施工完毕后，于车库周圈预留的反压土斜坡上搭设支架施工逆作区顶板，待后施工的逆作区顶板与中心岛顶板相接，车库顶板闭合形成基坑围护结构的第一道支撑后，开挖逆作部分土方，逆作法施工车库周圈中板及底板。

2.2优化后的总体施工方案

2.2.1车库盖挖区顶板施工方案的调整

原设计方案先顺做完成中心岛范围主体结构，然后逆作盖挖区主体结构，逐层实现结构封闭。但由于车库地处深圳市益田村小区，周边施工环境复杂，可利用场地狭小，我们调整原施工方案，先行施做盖挖区结构顶板，然后再施做中心岛范围主体结构，即：将盖挖区顶板施工时间安排在钢管柱及坡面加固搅拌桩施工完毕后采用地膜施工方法立即施作，盖挖顶板先行施工示意图如图1所示：

优化后方案有如下优点：

1）避免了在预留反压土大斜坡上进行支架搭设施工，降低了施工难度，确保了施工安全，并降低了施工成本。

2）盖挖区顶板先行施工解决了施工场地狭窄的问题，盖挖区顶板可作为中心岛施工期间的材料存放及加工制作场地，车辆行驶通道，吊装作业区等，为中心岛范围结构施工提供了方便。（如图2所示）

3）盖挖区顶板先行施工可形成对反压土的保护防止雨季雨水冲刷，保证了预留反压土的支护效果。

2.2.2车库盖挖逆作施工优化为盖挖顺作施工

根据逆作区土方试挖段施工经验，并紧密结合施工现场监测数据分析，综合考虑工期、成本及施工难易度，该原盖挖逆作方案进一步优化为盖挖顺作施工，优化后的方案有如下优点：

1）采用盖挖顺作法施工周边结构，能大幅减小负二层土方开挖及结构施工难度，有效提高施工效率，节约工程造价成本。

2）由于本工程是深圳地铁3号线配套工程，工程目标工期较紧张，采用盖挖顺作法施工周边结构，能大幅加快土方开挖施工进度，保证结构施工工期及后续风、水、电及装修工程工期，对总工期目标的实现具有决定性作用，工期大约能节约5个月时间。

方案优化后通过现场施工监测数据分析反馈，逆作区土方开挖至基底时，连续墙的最大变形为12mm，而连续墙变形报警值为24mm，控制值为30mm，充分说明连续墙在顺作工况下是安全的。

3地下车库施工关键技术

3.1车库盖挖区钢管立柱施工技术

盖挖区钢管立柱基础为钻孔灌注桩，桩径从1000mm～1300mm不等，桩基础以中风化花岗岩为桩端持力层，钢管立柱采用Q345B钢管，直径D=377mm，壁厚T=10mm，在逆作区顶板施工前，向临时钢管柱内浇筑C40免振捣自密实混凝土。

钢管立柱是承载盖挖区顶板荷载的主要构件，且后期需在钢管柱外侧施工钢筋混凝土柱子将钢管柱包住做永久结构柱，所以，钢管柱的平面定位及倾斜度控制是施工控制的重点，也是难点，钢管柱施工主要步骤如下：

1）立柱提前在地面加工好，工作钢管加工成一节，利用工具钢管进行安装，工作钢管及工具钢管。

2）钻孔灌注桩施工完成后，在孔口设置钢管定位装置，钢管下放前进行校准定位。待定位装置固定妥当后方可下放钢管。

3）钢管安放之前应对钢管制作、焊接质量检查，验收合格后方可插入桩桩基。为保证桩基混凝土初凝前插入，钢管柱应在桩基浇注后2～3h以内安放完毕。

4）将钢管底口封闭灌满水，在混凝土初凝之前将钢管插入桩身混凝土内至设计深度。

5）钢管安装采用工具钢管将工作钢管接长至地面，利用导向定位装置控制工具钢管的垂直度及平面位置，以保证下节工作钢管的安装精度。

6）在钢管安装到位后，桩身混凝土初凝前应保证导向装置的稳固，不受碰撞。在混凝土初凝后在地面上拆卸长螺杆和工具钢管。并将导向装置及工具钢管运至下一桩位上使用。钢管立柱定位安装见图3示。

3.2地膜法施工逆作区顶板技术

采用地膜法施工盖挖区顶板。地膜采用100mm厚C15混凝土，隔离层采用3mm厚宝丽板；地膜垫层混凝土施工过程中，纵横向每隔5m设置一标高控制线，严格控制垫层表面标高，并对垫层表面进行压光抹平处理。考虑到地模沉降等因素，预留2cm的地模沉降量，梁侧采用砖膜。地膜施工的技术要点如下：

1）确保基底承载力满足顶板施工要求，顶板施工期间地膜不出现不均匀沉降，影响顶板外观质量。

2）砼地膜厚度要适中，并经设计验算确定。如地膜过厚将造成成本浪费，且后期地膜混凝土凿出困难；如地膜太薄，满足不了顶板施工需要。

3）地膜表面平整度直接影响到结构外观质量，同时，地膜结构与逆作区顶板结构之间的隔离层施工质量直接关系到后期地膜凿出的难易程度。

逆作区顶板地膜施工示意图如图4-5所示：

3.3车库周圈盖挖区土方开挖施工技术

盖挖土方施工主要技术步骤如下：

第一步：由中心岛向围护结构开挖形成第一次台阶。

第二步：密切监控基坑周边各施工监测数据的变化情况，盖挖区负一层土方开挖逐步向围护结构推进，完成负一层土方开挖施工，负二层土方剩余土体坡顶位置留置于靠连续墙侧钢管柱位置。如图6所示：

第三步：完成盖挖区相应区段范围的负一层土方（即中板至顶板范围内土方），中板以下剩余土方坡顶位置留置于靠连续墙侧钢管柱位置，严密监控监测数据变化情况，及时收集监测数据，分析数据是否存在异常变化，如果施工监测数据出现连续异常变动，则盖挖区土方最后形成如图6所示的反压土，快速组织盖挖区中板梁施工，并按应急方案对连续墙采取应急处理；如果监测数据未出现异常变化，持续保持稳定，则对靠近连续墙侧土方进行掏槽，掏槽宽度约1.5m，深度约1.5m，逐层向下开挖剩余部分土体至基底，完成盖挖区土方开挖，快速组织底板结构施工。如图7所示：

连续墙侧的掏槽施工有两点作用，一是如果连续墙存在质量缺陷，可以在进行快速反压处理，而是通过小范围掏槽施工，卸除掏槽层厚范围的土压力，监测连续墙变形情况，如连续墙变形监测数据出现异常情况，可进行快速回填处理，保证连续墙安全。

3.4车库泄水抗浮施工技术

地下结构抗浮常采用的方法有：配重法、设置抗拔桩或抗拔锚杆、泄水减压法等；本车库采用泄水抗浮法作为结构的抗浮措施。

3.4.1泄水抗浮设计原理

泄水减压抗浮的原理是在构筑物底板下设碎石反滤层，在构筑物底板周边设取水口，取水口和反滤层间设塑料盲沟相连，通过塑料盲沟将水导流至取水口处；当周边地下水位高于设计水位时，水头增加至高于水平水位控制管时，地下水自动溢流至车库内的积水井内，使地下水位水头始终不高于设计水位，从而减小结构所受的浮力，保证构结构安全。泄水抗浮的关键是确保反滤层长期发挥作用，避免因反滤层堵塞失效，而失去作用。

按照结构力学的计算方法，浅埋、明挖法施工的地下室在设计中可不考虑地层的侧向弹性反力，其抗浮计算为：

泄水反滤层设置：基坑开挖至基底后铺设一层无纺土工布，该层无纺土工布起透水隔离作用，防止基底土颗粒进入反滤层内。无纺土工布上铺设一层100mm厚中砂，该层中砂主要作用为防止碎石反滤层对无纺土工布的损坏，中砂上铺设400mm厚碎石垫层。碎石垫层内置D100、D200塑料透水盲管；盲管按一定间距纵横交错成网状布置。在车库东、西两侧底板上各设4个地下水自溢口，自溢口通过立管与一水平管连通，通过水平管调节水头高度。在地下二层的采光井内设一水池用于收集从自溢口内流入的地下水，水池设自动抽水系统，水位达到预定水位时会自动将水抽走。泄水系统原理示意图如图9所示。

3.4.2泄水反滤层施工质量控制要点

由于泄水反滤层易被堵塞、不便维修，保证反滤层施工质量，是确保地下构筑物抗浮效果的关键因素。根据反滤层泄水抗浮原理，泄水抗浮反滤层施工质量控制要点如下：

（1）反滤层施工前，必须保证基底承载力满足设计要求，基底面层干燥，防止基底面层有水，导致土工布透水空隙被基底泥浆封堵，致使反滤层透水效果严重下降，影响反滤层泄水效果。

（2）土工布作为地下水过滤层，其质量至关重要。如土工布质量较差，空隙率较大，地下水在渗流至反滤层的过程中，会将基底细小土粒带至反滤层内，影响碎石层透水效果。因此土工布材料性能必须满足相关设计要求，施工中更要严格保护，防止损坏。

（3）塑料盲沟材料要具有一定的抗压能力，防止反滤层铺筑时，外界施工荷载造成塑料盲管严重变形、破坏，致使盲管导流地下水作用严重下降，影响泄水系统效果。

4结论与思考

1)大型地下停车库由于其面积较大，基坑较深，基坑一般不能像地铁工程可以采用钢支撑进行支护，采用中心岛法结合盖挖法施工该类地下工程，预留反压土对其基坑围护结构进行支护，是一种较为行之有效的施工方法。

2)由于采用盖挖法施工车库周圈结构，预留反压土支护基坑围护结构，在盖挖土方及结构施工期间，要充分发挥监测数据在现场施工中的指导作用，采取信息化施工，同时，在现场施工组织过程中，要合理组织，及时完成对基底的封闭施工，确保基底土体不受扰动，防止连续墙产生踢脚情况，影响基坑安全。

3)大型地下车库采用泄水减压抗浮方案，不仅可以节约工程建设成本，同时使地下水实现就地循环，中水利用，减少环境污染；但泄水反滤层的施工质量控制，是保证后期泄水系统正常工作，实现抗浮目的的重要措施。

参考文献

［1］龚剑，周虹.大型地下车库逆作法土方工程施工技术［J］建筑施工,2003,25（1）.

［2］宛冰，董恩旭，喻四纯中心岛结构施工与盆式开挖在大型地下车库工程中的应用［J］,天津建设科技，2008（7）.

［3］郑辉.逆作法钢管立柱施工过程中的质量控制［J］.工程与建设，2010（2）.

作者简介：

昝永奇1971年4月2日男汉族高级工程师隧道及地下工程。