文/陈东，杨学林，刘晓燕，李瑛，刘兴旺，谢锡荣，陈劲
为配合杭州市2022年亚运会的顺利举行，完成国家建设京津冀、长三角、珠三角等三大世界级机场群的战略任务，杭州萧山国际机场三期工程计划将于2022年8月之前建成并投入使用，建成后将成为集“空地铁”于一体的复合式大型综合交通枢纽。新建、扩建机场航站楼及陆侧交通中心，将进一步提高杭州及浙江省航空与运输保障能力，达成国家建设世界级机场群的战略任务。
▲ 杭州地区机场旅客流向图
▲ 拟建建筑和现场场地关系示意图
▲ 建筑模型俯视图
▲ 萧山机场总效果图
陆侧交通中心工程为新建机场交通枢纽的重要组成部分，东临原T1、T2、T3航站楼，西接新建T4航站楼，北侧地下邻接地铁，南侧地下和高铁相接。 陆侧交通中心工程整体设4层地下室，基坑开挖深度为18.6m，基坑平面面积约11.2万m2。工程量大、工期紧张、周边环境复杂。为满足项目施工组织、交通组织、以及机场及地铁“不停航、不停运”的要求，基坑东部临近现有航站楼部分范围（C区）采用逆作法施工，为当前浙江省内规模最大的采用逆作法的基坑工程。 项 目 概 况 01 工程概况 陆侧交通中心工程北侧已建地铁车站埋深约20.0m，与本项目共用其南侧地连墙；东侧已建航站楼和站前拼宽高架在项目施工期间要求“不停航、不停运”，保护要求非常高。其中东侧已建航站楼距离本工程基坑东侧边缘最近约30m，设置1层地下室，工程桩为15m长管桩；站前拼宽高架距离本工程基坑东侧边缘最近约15m，采用钻孔灌注桩基础；南侧为同时建造的高铁车站，挖深约22~26m，采用地下连续墙结合多道内支撑支护；西侧为同时建造的航站楼工程，挖深为8~12m。
▲ 基坑周边环境示意图
陆侧交通中心工程分为东、西两个基坑，其中西侧为B区、东侧为C区。B1区采用顺作法施工，设置三道混凝土内支撑进行支护，B2区采用半逆作法施工；综合考虑环境安全、工程形象、施工进度等各种因素后，C区地下室采用逆作法施工。C区基坑平面面积约4.1万m2，东西向长度约150m，南北向长度约280m。除北侧与已建地铁车站共用地下连续墙外，陆侧交通中心工程基坑东侧、南侧均设置地下连续墙作为围护墙；各分区间均设置钻孔灌注桩及三轴水泥搅拌桩作为分隔桩。 ▲ 基坑东西向围护剖面示意图 02 典型地层剖面及土层物理力学参数表 在基坑开挖影响范围土层以渗透性较强的第3层粉土粉砂层为主，厚约18m，至坑底后有性质较差的第6层淤泥质土层，深层有第12层粉砂及圆砾含承压水层。本工程场地地下水位较高、水量丰富、渗透性强，深层有承压水层，经验算，坑底土体承压水突涌稳定性满足规范要求。 注：γ为土体重度，c为土体粘聚力，φ为内摩擦角，kv为垂直渗透系数，kh为水平渗透系数，（）中为经验值。 03 逆作区基坑重难点分析 逆作区基坑平面尺寸大、开挖深度深，无论是深度上还是规模上在浙江省内都没有先例；再考虑到工程的周边环境、工期及施工组织要求、人防施工要求等等方面，本工程基坑设计具有常规工程所未见的难点： 1）属规模较大的逆作法基坑。作为规模较大的逆作法基坑，须考虑逆作楼板形成时间长所造成的基坑暴露时间长以及逆作楼板施工造成土方超挖所引起的“时空效应”减弱等问题，且以上问题均可导致基坑实际变形较理论计算值更大。 2）周边施工环境复杂。工程南侧高铁站、北侧地铁站、西侧顺作区和半逆作区（B2区）均在基坑施工期间先后实施或投入使用，且考虑到东侧航站楼“不停航不停运”要求，工程须充分考虑周边施工相互影响。 3）场地土质条件复杂。开挖范围土质以渗透性较强的粉土粉砂层为主，但是开挖至坑底后进入土质较差的淤泥质土层，因此既要采取合理降水止水措施，又要确保围护结构有一定刚度，控制变形。 4）工程量大，工期又较为紧张。为保证工程顺利实施，设置楼板栈桥、逆作施工洞口既要便于施工快速实施，也要满足基坑安全及结构要求。 ▲ 基坑施工期间BIM效果图 逆作法设计 01 逆作法剖面设计 由于陆侧交通中心基坑北侧与已建地铁车站共用地下连续墙，西侧为采用顺作法和半逆作法的B区，因此C区南侧和东侧临近使用中航站楼及站前高架，为重点保护对象。经计算分析后，C区采用1000mm厚“二墙合一”地下连续墙作为挡土止水结构。地下连续墙外侧采用渠式切割水泥土连续墙（TRD）作地墙槽壁加固并兼作加强止水帷幕，逆作施工顺序为依次向下施工B0、B2和B3层楼板、底板作为基坑水平内支撑，初步设计中逆作立柱基本与结构立柱重合。B1板由于平面上不连续，考虑在其余结构完成后再顺作施工。 ▲ 逆作区东侧及南侧围护剖面图 设计采用了MIDAS GTS三维有限元软件对基坑开挖过程进行了整体建模，分析基坑开挖可能对东侧航站楼产生的影响。分析结果表明，采用以上围护结构，基坑开挖对航站楼的变形影响较小，各个工况下航站楼及站前拼宽高架的水平及竖向变形均可控制在1cm以内。同时采用了地下连续墙及TRD工法止水帷幕，坑外仅进行控制性降水，也可避免坑内降水对坑外的影响。 02 逆作楼板设计 逆作法楼层板既要承受使用阶段荷载，也要考虑施工阶段承受水平荷载以及竖向栈桥及堆场等施工荷载。楼层板设计应是使用阶段及施工阶段的包络设计。本工程特别之处还在于逆作区西侧楼板支点为B区顺作区的水平支撑，刚度相对较弱，在东侧土压力作用下，楼层板有整体向西变形趋势；同时还要考虑到施工阶段的竖向构件为逆作的型钢立柱，相较于使用状态下的结构柱刚度差异很大，再结合施工阶段楼板开洞等因素，因此在施工阶段地下室结构的东西向侧向刚度是偏弱的，对东侧变形控制不利。为此，采取了4项措施增强施工阶段的结构东西向侧向刚度： 措施一：增加临时钢立柱，减少柱跨。原有结构柱网主要为9m×12m，局部有柱跨达到18m，增加钢立柱后，柱网基本控制在9m×6m。钢立柱主要为500mm×500mm角钢格构式立柱，另有16根直径800mm钢管立柱。 ▲ 施工现场照片 措施二：合理布置洞口，并采取适当的洞口加固措施。结合楼板已有洞口、楼梯，以及施工要求布置洞口。洞口开设遵循“小且密”的原则，以分散布置的多个小尺寸洞口取代一个大尺寸洞口，洞口开设的间距不超过30m。南侧为人防区，存在较多人防口部，均作为施工洞口处理，逆作施工阶段不施工，待顺作施工阶段整体一次性施工。因此在基坑南侧周边出现连续开洞，这些范围均采用临时支撑进行加强。 措施三：对逆作区东北角及东南角特定区域楼板、临时支撑做进一步加强，同时也要求施工顺序上该两部分楼板能够最早形成，以期形成两个角撑体系，减少整体向西侧的变形。设计采用了平面杆系有限元对楼板承受水平荷载下的变形进行了分析。模型a为西侧无约束工况，模型b为增加角撑工况。计算结果表明：通过设置角撑，逆作结构整体位移可得到有效控制。 ▲ 平面杆系楼板结构水平变形分析/mm 措施四：为严格控制永久立柱的侧向位移，在部分区域立柱间设置剪刀撑以提高立柱整体侧向刚度。竖向立柱因逆作区结构整体水平向位移趋势，由竖向受力转变成水平与竖向双向受力，笔者根据动态施工条件下竖向立柱的承载力和稳定性研究成果，复核了立柱稳定性。根据复核结果，主要在东西向栈桥区域立柱间设置了剪刀撑。
▲ 结构设计楼板及施工阶段楼板平面图
▲ 设置角撑后楼板平面传力路径示意
▲ 现场栈桥立柱间剪刀撑布置
03 栈桥设计 整个陆侧交通中心工程基坑土方量高达180万m3，由于逆作法楼板需先施工，空间受限，土方开挖存在一定难度。施工中除了采用“水冲法”提高挖土效率外，还考虑到B0层至B2层间高差9m，存在足够的车辆行走空间，因此将B0层、B2层均作为主要施工操作层，均设置了栈桥及堆场，采用了双层栈桥体系以提高施工效率。
▲ 水冲法现场施工
▲ B0及B2板栈桥及交通流线图
围护设计结合施工栈桥要求，采用结构分析软件对结构楼板进行了复核，根据复核结果进一步调整栈桥及洞口位置，同时对栈桥范围梁板、立柱进行加强。根据计算结果，对栈桥进行限载要求。为确保安全，还在重车道下方立柱安装了应力监测及沉降系统，实时监控立柱安全。 节点设计 节点设计是逆作法设计的关键内容。特别是本工程由于周边环境的特殊性，除逆作法常见的梁柱节点、洞口加固节点等外，还有与北侧地铁车站共墙交界面节点、西侧与顺作法交界节点等等。以下对一些关键节点设计进行介绍。 01 楼板后浇带处理 原结构设计图纸中后浇带设置较多，包括温度后浇带和沉降后浇带。逆作施工中须在后浇带两侧增设立柱桩对悬挑梁进行支撑以确保施工中结构安全，且为了形成整体传力体系，还要在后浇带内设置传力型钢或采取其他水平传力措施，工序复杂、成本较高、对工期影响较大。经过综合分析比较后，对后浇带设置进行优化。一是采用跳仓法施工，减小温度应力，控制变形与裂缝，取消了温度后浇带；二是通过桩基差异沉降施工控制及基础刚度调平设计，减小沉降差，同时在主楼周边设置了大跨度（12m~18m）板，进一步减小沉降差对结构安全及建筑舒适度的影响，实现沉降后浇带的取消，从而使得造价降低，关键是缩短了工期。 02 梁柱节点 本工程大部分竖向立柱为角钢格构柱，并有很大一部分是为减少柱跨而设置的临时格构柱。由于结构梁宽尺寸种类较多，梁柱节点也出现了多种形式。初步设计考虑在梁宽大于格构式立柱边长时，梁可直接穿越立柱；在梁宽小于或等于格构式立柱边长时，则采用梁加腋形式，使梁钢筋能穿越立柱。
▲ 格构式立柱梁柱节点图
但在实际施工中发现加腋处钢筋、模板加工复杂，对工效影响很大，且直梁加腋后影响美观。经设计分析后，对部分梁宽进行加宽，尽可能较少加腋情况。本工程还有16根钢管桩，对应柱跨达到18m，由于两端弯矩较大，梁柱节点均采用环梁形式。
▲ 梁柱节点现场实施照片
施工过程及监测数据分析 01 施工过程 整个交通中心工程2019年5月开始全面进行桩基施工，2019年10月逆作区进行第一层土方开挖，至2020年2月B0板基本施工完成；2020年5月开始进行B2板施工至7月施工完成；2020年10月部分区域开挖至基底开始施工底板，至2021年2月，逆作区地下室结构基本施工完毕。整个施工周期约一年四个月，基本达到了工期要求。自桩墙施工开始，整个施工过程中均对土体变形、周边环境等进行了监测。总体变形控制较好，基坑开挖对周边环境影响较小，但是在基坑东侧中部变形较大，经分析为东侧基坑暴露时间较长所致。 02 监测点及施工工况 陆侧交通中心工程基坑逆作区深层土体水平位移与高架桥墩沉降监测点平面布置如下图所示，TX27代表深层土体水平位移27号监测点，JZ33代表高架桥墩沉降33号监测点，余同。
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