軟土地區(qū)深大基坑逆作法設(shè)計(jì)技術(shù)研究

李雋毅 （上海申元巖土工程有限公司，上海 200011）

1 引言

基坑工程按照施工順序可分為順作法及逆作法施工，傳統(tǒng)常規(guī)項(xiàng)目一般順作法施工。逆作法系指基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的施工工藝，地下室各層主體結(jié)構(gòu)采用自上而下的施工順序，首先施工圍護(hù)墻（樁）、結(jié)構(gòu)柱勁性構(gòu)件和工程樁，然后開挖坑內(nèi)土方，分層施工地下室結(jié)構(gòu)梁板兼做水平支撐體系、結(jié)構(gòu)柱及工程樁兼做豎向支承體系的施工工藝，在地下室施工期間，也可考慮同步施工地上部分[1-4]。本文以逆作法實(shí)際工程為背景，研究了軟土地區(qū)深大基坑逆作法設(shè)計(jì)技術(shù)。

2 工程概況及地質(zhì)條件

本項(xiàng)目位于上海市五角場(chǎng)翔殷路以南、黃興路以東。擬建2棟塔樓（酒店7～25層，辦公樓34層）及商業(yè)裙房（3～6層），下設(shè)4層地下室。地下室基坑平面上呈倒馬蹄形，東西長(zhǎng)約340m，南北寬約110～190m，基坑開挖面積約4.2萬m2，基坑開挖深度為20.45～21.65m。地下室外墻退紅線距離約在4.5～9m，紅線外三側(cè)臨路，一側(cè)臨近淺基礎(chǔ)建筑，局部距離在12.5～26.4m。周邊道路有國(guó)定東路、黃興路及翔殷路，路下埋設(shè)有多種市政管線，管線與地下室外墻最近距離為18.6m。具體平面位置如圖1所示。

本工程場(chǎng)地為典型的上海軟土地層。場(chǎng)地淺層富有潛水，該地區(qū)淺層第②3層為灰色砂質(zhì)粉土層，層厚較厚，滲透系數(shù)較大，容易產(chǎn)生管涌、流砂等不良地質(zhì)現(xiàn)象，亦不利于圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工。具體土層參數(shù)詳見表1。

圖1 周邊環(huán)境總圖

3 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)概況

本項(xiàng)目基坑采用以地下連續(xù)墻作為臨時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)梁板為水平支撐體系、結(jié)構(gòu)柱的勁性構(gòu)件為豎向支承系統(tǒng)的逆作法設(shè)計(jì)方案。本項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖可見圖2。塔樓區(qū)位置設(shè)置了剛度較大的圓環(huán)形鋼筋混凝土臨時(shí)支撐構(gòu)件與地下室主體結(jié)構(gòu)框架體系連為一體，可確保主樓的獨(dú)立順作施工，滿足業(yè)主對(duì)主樓快速向上施工的要求。

考慮到逆作法為暗挖施工，挖土施工速度慢且不方便，為加快出土速度，同時(shí)結(jié)合核心筒的平面位置，設(shè)置了3個(gè)圓形出土口。在酒店、辦公兩塔樓處設(shè)置2個(gè)直徑65m的圓形出土口，在基坑中央?yún)^(qū)域設(shè)置1個(gè)直徑90m的圓形出土口，并在90m直徑的圓形出土口內(nèi)設(shè)置了下行棧橋，棧橋通向B2層，在B1層、B2層分別設(shè)置有出土平臺(tái)；另外根據(jù)車行路線的安排，設(shè)置了13處較小的矩形出土口。首層樓板開口及行車路線示意圖見圖3。

4 逆作法設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

4.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用臨時(shí)性的地下連續(xù)墻結(jié)合三軸水泥土槽壁加固

采用臨時(shí)性地墻主要為增大地下室使用空間，在地下室外墻退界距離確定的情況下，地下室外墻越薄，相應(yīng)的地下室空間就越大。且外墻采用順作法的外防水方式，比常規(guī)逆作法內(nèi)防水的方式，防水可靠。本場(chǎng)地淺層砂土較厚，為避免地墻施工時(shí)坍孔、大肚皮，地墻兩側(cè)設(shè)置了槽壁加固的攪拌樁，以避免開挖時(shí)地墻大肚皮影響施工工期和施工質(zhì)量。本項(xiàng)目在實(shí)際開挖過程中，僅發(fā)生了局部滲水的情況，也說明了槽壁加固的必要性。

土層物理力學(xué)性質(zhì)綜合成果表1

圖2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖3 首層樓板開口及行車路線示意圖

圖4 實(shí)景圖

4.2 支撐體系以結(jié)構(gòu)梁板為主、核心筒區(qū)域則輔以圓環(huán)支撐

本基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部和腰間設(shè)置剛度較大的環(huán)梁，與四層結(jié)構(gòu)梁連接，形成完整的四道水平支撐體系。另外，考慮到逆作豎向支撐體系難以確保高層建筑核心筒位置的施工精度要求，因此塔樓區(qū)采用了順作法施工，其外圍設(shè)置剛度較大的圓環(huán)形鋼筋混凝土臨時(shí)支撐構(gòu)件與地下室主體結(jié)構(gòu)框架體系連為一體，這樣既解決支撐體系的難題，又便于主樓的獨(dú)立施工，滿足業(yè)主對(duì)主樓快速向上施工的要求。

圓環(huán)支撐的直徑大小是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，過大的圓環(huán)支撐會(huì)削弱支撐整體的剛度，且環(huán)形支撐位置需承受巨大的軸向壓力，故控制圓環(huán)直徑且滿足塔樓區(qū)順作法施工及出土需要是關(guān)鍵。本項(xiàng)目在酒店、辦公兩塔樓處設(shè)置2個(gè)直徑65m的圓形出土口，主要基于避開塔樓區(qū)核心筒來確定其直徑。對(duì)于中間90m的圓環(huán)支撐，一方面確保下行棧橋的坡度要求，另一方面需控制圓環(huán)開洞不至于影響支撐結(jié)構(gòu)的整體剛度。圍護(hù)設(shè)計(jì)通過有限元模型分析計(jì)算了結(jié)構(gòu)梁板逆作情況下的水平受力，圖中矩形小開洞為取土口，圓形為塔樓順作大開洞。

4.3 下行棧橋

對(duì)于工程地質(zhì)條件較好的地區(qū)，土方車等施工車輛下坑運(yùn)土并不少見，但在上海等類似軟土地區(qū)則較難，尤其是采用逆作法施工工藝時(shí)，受到頂板的限制，車輛下坑運(yùn)土相當(dāng)少見，對(duì)于挖土受限的逆作法而言，施車輛如能下坑運(yùn)土顯得極其有意義。本項(xiàng)目在中間90m的圓環(huán)支撐位置布置了下行棧橋，棧橋通向B2層，在B1層、B2層分別設(shè)置有出土平臺(tái)，如圖5、6 所示。

圖5 廣場(chǎng)大圓環(huán)內(nèi)斜棧橋平面圖

圖6 大圓環(huán)內(nèi)斜棧橋剖面圖

圖7 斜棧橋?qū)嵕皥D

圖8 板面高低跨處理示例

4.4 首層結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計(jì)

首層平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于逆作法設(shè)計(jì)相當(dāng)重要，本項(xiàng)目圍護(hù)設(shè)計(jì)考慮以場(chǎng)地交通運(yùn)輸為導(dǎo)向，精心設(shè)計(jì)了場(chǎng)地的分區(qū)布置。主要的分區(qū)包括行車區(qū)域、一般區(qū)域、堆場(chǎng)區(qū)域、矩形出土口及圓形出土口。同時(shí)，首層樓板由于建筑設(shè)計(jì)的要求，有較多的不規(guī)則布置的降板，采用了高差處理節(jié)點(diǎn)。

5 基坑實(shí)施情況

本項(xiàng)目在基坑施工過程中，第三方監(jiān)測(cè)單位對(duì)基坑和周邊環(huán)境進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)信息化施工。基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括：圍護(hù)墻墻頂位移、圍護(hù)墻墻身測(cè)斜、深層土體位移、坑內(nèi)外水位、支撐軸力、立柱沉降、周邊建筑及管線位移等。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：本基坑工程實(shí)施過程中，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和周邊市政管線、房屋的變形均在安全可控的范圍之內(nèi)。

6 結(jié)語

本項(xiàng)目采用逆作法施工，針對(duì)逆作法出土工效低的重大缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)，主要有以下技術(shù)措施。

①超深超大逆作法基坑實(shí)現(xiàn)

本工程為軟土地區(qū)超過20m挖深一次性實(shí)施的逆作法面積超大的基坑，基坑設(shè)計(jì)克服了淺層砂層、深層承壓水等地質(zhì)問題，在滿足一次性開挖要求的條件下，采用逆作法施工，確保了基坑開挖安全，并保證了基坑周邊環(huán)境的安全。

②樓板大開洞

本工程通過設(shè)置3個(gè)大圓環(huán)的洞口，既滿足了主樓的施工需要，同時(shí)利用圓環(huán)位置加快了施工速度。確保了圓環(huán)開洞滿足施工要求的同時(shí)，結(jié)構(gòu)梁板的整體剛度不至于被削弱。大開洞同時(shí)加強(qiáng)了地下室通風(fēng)與照明，降低了逆作施工的難度。

③下行棧橋設(shè)計(jì)

逆作結(jié)構(gòu)的土方、材料的垂直向運(yùn)輸歷來為工程上的難點(diǎn)。本項(xiàng)目創(chuàng)新性的設(shè)置鋼筋混凝土斜棧橋，較好的解決了深層土方的開挖與運(yùn)輸問題。通過中央斜棧橋的設(shè)計(jì)，本工程的垂直運(yùn)輸困難得到了大幅度的緩解。

④以交通運(yùn)輸為導(dǎo)向的首層平面設(shè)計(jì)

通過對(duì)土方、模板、鋼筋、混凝土等材料運(yùn)輸?shù)膶?dǎo)向分析，結(jié)合材料堆放、鋼筋加工的要求，設(shè)計(jì)了首層平面的不同分區(qū)和分區(qū)之間的組織、連接。并處理了不同的建筑平面高差。首層平面最終解決了包括交通運(yùn)輸、材料堆放、材料加工、綠化覆土、高低跨銜接、大小開洞、順逆連接、梁柱連接等多方面的技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了首層樓板的施工利用最大化。

通過本工程的成功實(shí)施，可以為軟土地區(qū)深大基坑逆作法設(shè)計(jì)施工，提供一定的參考依據(jù)。