深基坑逆作法及敞開式逆作法施工的抉擇

上海富達工程管理咨詢有限公司 上海 200032

1 工程概況

上海中山醫院肝腫瘤及心血管病綜合樓工程基地面積40 777 m2，總建筑面積178 028 m2，其中地下建筑面積約66 000 m2；地上建筑由2幢主樓為15層、裙房為2～6層的高層和2幢多層建筑組成，均設有3層地下室且整體連通，基坑開挖深度較大，基坑施工影響范圍亦較大。

2 深基坑逆作法及敞開式逆作法

深基坑逆作施工是相對于通常的順作施工而言。對于深度大的多層地下室，傳統的施工方法是敞開式自下而上施工，即放坡開挖或在支護結構圍護形成后垂直開挖，挖土至設計標高后，澆筑混凝土底板，然后自下而上逐層施工各層地下室結構。

而深基坑逆作法施工則是反向操作，它將地下室梁板、柱、外墻等永久性的結構與基坑支護結構作最大限度地有機結合，利用地下連續墻作為圍護且與建筑結構“兩墻合一”，中柱樁（一柱一樁）作為豎向支撐且為永久使用階段的柱承受上部結構荷載，地下室梁板作為水平支撐，其施工順序是從上向下逐層施工，直至基礎底板形成[1,2]。

逆作法施工根據地下1層的頂板結構是封閉還是敞開，又分為封閉式逆作法和敞開式逆作法。前者在地下1層頂板結構完成后，上部結構和地下結構可以同時施工，有利用于縮短總工期；后者上部結構和地下結構不能同時進行施工，只是地下結構自上而下的逐層施工。

3 逆作法施工方法的抉擇

3.1 本工程基坑主要特點

本工程基坑規模巨大，風險高?；映什灰巹t形狀，基坑東西方向長211 m，南北方向長163 m，周長736 m，開挖面積達22 278 m2，開挖深度14.9～15.2 m，局部深坑落低1.5～2.6 m，土方量達33.8×105m3，屬超大深基坑。

3.2 基坑周邊環境復雜

本工程位于上海浦西中心城區，基地周邊道路、地下管線和商居樓密集，環境保護要求高。

1）周邊道路距基坑圍護結構外邊線距離：基坑北側為7.6～11.7 m，基坑西側為7.8～14.13 m，基坑南側為8～14.6 m。

2）周邊道路下距離基坑開挖深度2倍范圍內基地下管線有眾多煤、電、通信管線與水道，僅基坑西側就有8根大型管道，最近距離僅9 m。

3）在基坑深度3倍范圍內的建筑物主要有：建于20世紀30年代的民居、市政配套設施及改革開放后新造的高層建筑、商辦樓等，特別是舊民居，緊鄰基坑，對本工程基坑開挖極為敏感。

3.3 基坑施工選擇逆作法的理由

1）基坑變形小，有利于深基坑施工過程中對周邊環境的保護。本工程采用逆作法施工，是利用地下室3層結構梁板作為圍護結構地下連續墻的水平內支撐，因為結構梁板比臨時支撐剛度大、整體性好，而且沒有拆撐、換撐工況，從而可減少圍護結構在水土等荷載的側壓力作用下的變形。此外，挖土期間用作圍護結構的地下連續墻，在地下結構逐層向下施工過程中，由于與結構柱、梁板共用作用，亦可減少地下連續墻的沉降，即減少了豎向變形。這一切都使基坑施工最大限度地減少對周圍相鄰建筑物、道路和地下管線的影響，保護周邊環境安全。

2）可減小土方開挖過程中的基坑隆起，有利于基坑穩定和安全。由于施工期間樓面恒載和施工荷載等均通過中間支承柱傳入基坑底部，壓縮土體，可減小土方開挖后的基坑隆起，有利于基坑穩定和安全。

3）簡化支護結構，有明顯的經濟效益。在逆作法施工中，一方面地下室外墻兼作圍護結構，樓蓋結構兼作水平內支撐，一柱一樁鋼管柱兼作豎向支撐，可節省大量基坑支護費用。另一方面，因地下室外墻與基坑圍護墻“兩墻合一”，可在工程用地范圍內最大限度地擴大地下室面積，增加有效使用面積。此外，永久樓蓋結構作為支撐體系，比臨時支撐受力更加合理。

4）有利于節約資源，減少對環境的負面影響，有較好的社會效益。深基坑采用逆作法施工還具有節材節能、環保等優點，有利于節約資源，減少對環境的負面影響，為建筑業可持續發展，建設資源節約型、環境友好型社會作出了應有貢獻。本基坑逆作法施工，在節材方面，僅支護結構就可節約混凝土約20 330 m3；在環保方面，僅不用拆除混凝土支撐，即可減少固體廢棄物排放量約12 300 m3；另一方面，地下室頂板形成后，對地下室后續施工過程產生的噪聲、光污染、揚塵有較好的屏蔽和遮擋作用，可減小對周邊社區居民、商戶的影響，有利于社會和諧。

5）可節約工程投資。逆作法施工基坑支護結構主要由地下室外墻、梁板柱等永久性結構兼作，可節約基坑支護結構費用。一般可節省地下結構總造價的25%～35%。

4 敞開式逆作法施工抉擇

本工程之所以采用敞開式逆作法主要有以下原因：

1）可大大減小立柱樁的單樁抗壓承載力，節約樁基工程費用。本工程一柱一樁共計394根。采用敞開式逆作法，立柱樁單樁抗壓承載力設計值為4 000 kN，而若選用封閉式逆作施工，其逆作施工階段一柱一樁最不利工況為：地下3層結構梁板全部形成，地下部分結構達到3層，基坑開挖至基底標高，基礎底板尚未澆筑之前。該工況下立柱樁承受上部各層結構自重以及施工荷載為4 870 kN。由此看出，采用敞開式逆作法，立柱樁單樁承載力設計值可以大大減少，同時可節約鋼材299.44 t，節約混凝土8 029.72 m3，節約工程投資675.75萬元。

2）有利于控制結構沉降差異，確保結構工程質量?？刂平ㄖY構差異沉降是逆作法施工的關鍵問題之一。建筑結構差異沉降內容表現在兩方面，一是地下連續墻和立柱樁的不均勻沉降；二是相鄰立樁樁間不均勻沉降。逆作施工期間，在地下室基礎大底板形成且混凝土強度達到要求之前，地上、地下結構自重和施工荷載全部由立柱樁和周邊地下連續墻入土部分的摩阻力和端承力來承擔。同時由于立柱樁承載的不均勻，增加了立柱樁之間或立柱樁與地下連續墻之間產生較大沉降差的可能性。若沉降差過大，已澆筑樓板與梁就會產生裂縫，將危及正式結構的安全。目前，事先精確計算封底前立柱樁沉降與抬升還有一定困難，完全消除沉降差也是不可能的，但可以通過采取措施減少沉降差，而敞開式逆作施工在大底板形成且混凝土達到強度之前，上部結構不施工，結構自重和施工荷載大大減小，上部不均勻荷載相對于封閉式逆作而言基本可以忽略，故其能更好地控制結構沉降差異，更易確保結構安全。

3）可降低施工組織難度、降低安全質量事故發生，有利于安全文明施工。若采用封閉式逆作施工，在地下室頂板形成且混凝土達到要求強度后，地下挖土、地下結構、地上各單位工程結構同時施工，施工活動所需人、機、料等各種資源投入達到高峰，無疑增加了施工組織難度。一方面，現場基坑占地面積大，周邊場地狹小，無法提供更多場地資源；另一方面，大型運輸車輛進出，地上、地下結構施工所需的各種材料、半成品垂直運輸，坑頂長臂挖機在取土口部位抓挖土方等交織在一起，使不安全因素交織在一起，不但增加施工組織難度，影響施工進度，而且會增加質量和安全事故發生的風險。

5 結語

通過本項目深基坑逆作法及敞開式逆作法的抉擇與實施，驗證了本工程深基坑采用逆作法及敞開式逆作法是完全正確的，達到了預期的目標。在確保基坑和周邊環境安全以及地下主體結構質量的前提下，節省了工程費用，取得了較好的社會效益和經濟效益[3-5]。