大型場館復雜群坑施工技術

國 杰

上海金舒建筑工程有限公司 上海 201100

1 工程概況

上海海昌極地海洋公園項目東區標段，總建筑面積117 527.5 m2，其中地上建筑面積84 527.5 m2，地下建筑面積33 000 m2。本工程由珊瑚水母館、夢幻餐廳、沙塔餐廳、海底世界館、火山鯨鯊館、云頂纜車火山站、海豚表演場、2區燃氣調壓站、2區能源中心、辦公宿舍樓、主題度假酒店、酒店垃圾房等建筑組成。項目東側場地區域圍繞著海底世界館和火山鯨鯊館設置漂流區域。漂流區域主要包含回水管、大小水池、水泵房、回水池、漂流池、機房、水泵房以及飛碟餐廳等附屬建筑。

在群體基坑施工中將面臨較單一基坑更顯著的相互影響問題[1]。海洋公園單體建筑多、基坑形式復雜多變、施工任務非常集中、工期要求高，對施工的組織設計提出了嚴峻的挑戰。

2 地質條件

本工程現場自然地面標高在4.5 m左右。地質條件復雜，擬建場地在勘察深度范圍內揭露的地基土均屬第四紀沉積物，主要由黏性土、粉性土及砂性土組成。由上而下主要有：①吹填層、②3灰色砂質粉土、④淤泥質黏土、⑤粉質黏土、⑥粉質黏土、⑦粉砂。

基坑開挖深度范圍內有吹填土和砂性土。填土較厚，一般在1.0～4.6 m間，夾較多灰黃色黏性土，含植物根莖，土質不均。基坑開挖有影響的是淺部土層中的潛水，地下水埋深1.00～1.40 m。場地內②3層滲透系數較大，尤其是該層土厚度普遍超過9 m。場地內①、④層均屬于高壓縮性土，是具有含水量高、孔隙比大、壓縮模量小等特性的軟弱土層。

3 場館基坑施工

本工程涉及的單體多，有海豚表演場、火山鯨鯊館、能源中心、沙塔餐廳、水母餐廳、珊瑚水母館、主題酒店、辦公宿舍樓等（圖1），且大部分基坑開挖深度超過5 m，屬于超過一定規模的危險性較大的分部分項工程。工種多，施工任務非常集中，工期較緊，建設標準高，因此對于基坑施工的有序組織至關重要[2-4]。

3.1 圍護施工

本工程各場館圍護共有水泥土攪拌樁、型鋼水泥土攪拌墻和少量鉆孔灌注樁等3種形式。

圖1 場地場館布置

由于砂性土與水泥漿不易混合攪拌，為確保攪拌樁質量，選用SJB-Ⅱ型、JB160型等大功率攪拌樁機施工。辦公及員工宿舍樓、主題酒店、海豚表演場等3個單體場館，配備5臺雙頭深層攪拌樁機進行施工。其余場館配備6臺雙軸攪拌樁機、1臺三軸攪拌樁機和1臺鉆孔灌注樁機。為確保施工進度，所有場館圍護體系同時開始施工。

攪拌樁施工時水泥標號采用新鮮P.O 42.5水泥。水泥摻量要求為雙軸攪拌樁13%、三軸攪拌樁20%。采用“兩噴三攪”的施工工藝，鄰近工程樁的攪拌樁嚴格控制每臺班施工量≤100 m3，以減少攪拌樁施工的擠土作用。設計要求樁身垂直度≤1/150，按照此要求在樁架上兩個方向設置水平尺（牢固綁扎或焊接）及高3 m的垂直線球，使垂直線球保持在刻度范圍內。每根樁打樁前檢查一次，每鉆進提升一次檢查一次，使打樁全過程保持在允許的垂直度范圍內。

型鋼水泥土攪拌墻的型鋼在攪拌樁施工完畢30 min內依靠自重插入，振動錘輔助到位。型鋼于基坑覆土完成后拔出，使用2個千斤頂同時向上頂住起拔架的橫梁部分進行起拔。待第2次起拔時，用鋼絲繩穿入H型鋼上部的圓孔吊住H 型鋼。邊拔邊用注漿充填H型鋼拔除后的空隙，減小對鄰近建筑物及地下管線的影響。

3.2 降水施工

火山鯨鯊館和海底世界館使用深井降水。其余場館采用井點降水。所有場館圍護施工完畢后立即各自開始降水作業。開挖前預降水不少于30 d。

3.3 支撐施工

混凝土棧橋區域的支撐梁側模、混凝土棧橋平臺底模均采用機制夾板。底模拼裝時為了便于拆模，在2塊夾板之間留設寬3 cm的縫隙，縫隙用纖維板補，同時澆搗混凝土時在每塊夾板上預留φ75 mm的PVC管圓孔，以方便擊落底模。

鋼支撐所有支撐拼接必須順直。為此，每次安裝前先控制水平標高，以支撐的軸線用φ10 mm水平管檢驗支撐的位置。每道支撐安裝后，及時按設計要求施加預應力。鋼管支撐應施加1 000 kN預應力，分500 kN和500 kN兩級施加。預應力施加至設計要求加鋼楔頂緊后，再拆除千斤頂。

3.4 基坑開挖

為縮短工期，工程基坑施工順序如下：海豚表演場先行開挖，火山鯨鯊館、海底世界館、珊瑚水母館、沙塔餐廳、辦公及員工宿舍樓、主題酒店按照各單體后澆帶分區，挖土同時開始，各單體互不影響。

由于各場館圍護支撐體系、挖深各不相同，對各個場館基坑施工順序進行了針對性的優化，以提升施工效率。

火山鯨鯊館開挖面積5 267 m2，基坑開挖深度5.25～8.30 m，開挖深度較深。火山鯨鯊館基坑與能源中心基坑最小間距 12.50 m，2個基坑同時施工。根據設計工況需要，必須確保基坑相鄰處同時挖土，支撐同時施工，確保相鄰區域大底板同時澆筑，以減小土方側壓力及安全風險。為此，首先將基坑南側與能源中心相鄰處開挖2.30 m，至支撐底標高，施工第1道混凝土支撐以及鋼管支撐。待支撐強度達到設計值后，基坑整體采用盆式開挖。

中心區域挖至5.25 m，隨后分塊進行周圍區域的挖土施工，基本按照從南到北、從東向西順序退挖的原則施工。西南側落深區開挖土體至挖深5.10 m，開槽施工第2道混凝土圍檁，安裝型鋼支撐，即澆筑墊層、底板及換撐帶。待其他所有區域底板達到設計強度后，開始中心區域的底板施工。辦公及員工宿舍樓、主題酒店和海豚表演場基坑相鄰，劃分為同一施工段。開挖面積32 407 m2，開挖深度5.4～7.1 m。結合底板后澆帶，將本施工段分為5個分區（圖2）。

圖2 辦公、酒店、海豚館區域挖土分區及挖土方向

首先開挖1區東西兩端區域，并設置支撐和棧橋，為基坑開挖施工提供行車路線。隨后，1區、2區和4區依內部分區同時進行挖土和結構施工的流水作業，3區同時布置斜撐。待其他區域底板基本施工完成后，開始3區基坑施工，最后單獨開挖施工5區的車道。珊瑚水母館、沙塔餐廳館等挖深較小的場館直接由東向西退挖至預定標高，以盡快為后續施工提供條件。根據施工總進度計劃，最大程度地滿足及時配備機械設備和人工投入的要求，開挖時每天外運土方4 000 m3以上，以確保施工進度。

3.5 地下水池施工

本工程為海洋公園工程，火山鯨鯊館、海豚表演場、海底世界館等場館均設有水池。由于水池混凝土結構防滲漏要求比普通結構高，混凝土一次澆筑完成，不留設施工縫。

為確保水池表面的平整度，使用弧形定型鋼模板，接縫部位設置橡膠內襯墊或復合PVC襯墊，支撐模板的穿墻鋼筋放置厚20 mm塑料墊圈。

對底板混凝土采取斜向分層澆筑，分層厚度應根據設備配置、混凝土坍落度及流淌坡度、混凝土運輸及泵送量、操作人員的安排統一考慮，防止冷縫產生。底板與墻板之間設置厚5 mm的止水鋼板，交界處的混凝土口上翻5 cm[5-7]。

4 漂流段基坑施工

漂流段基坑在所有場館基坑施工完成后進行。漂流段基坑開挖面積超過18 000 m2，整體形狀為U形，且外邊形狀不規則。內部劃分為回水池、水泵房、漂流池等眾多區域，基坑高差多變。漂流池挖深2.5～5.8 m，回水管與漂流池內高差3.4～4.8 m，其余區域挖深在3.3～8.3 m之間。且漂流回水管基坑為新增基坑，在周邊原有單體均已完成地下室以及主體結構的施工后進行，對測量、圍護支撐施工、材料的進出以及施工的組織要求高。

4.1 測量定位

漂流段形狀不規則，建筑總圖中均以坐標定位，基坑軸線無規則且標高多變，工況復雜，故在漂流段的開挖過程中均用全站儀來控制平面位置以及高程。

通過市政水準點引進坐標，在海底世界建筑屋頂四角上引入4個基準點作為半永久點。同時在漂流段外側硬化場地穩定區域引入4個外側半永久點，兩兩通視，且與海底世界館屋面的點也能通視。在基坑內高程變化區域，均先進行位置放樣，四周打入角樁，劃分好區域，后進行各個高程的測量。對于漂流段的結構位置，均利用坐標進行準確放樣，確保結構的位置準確。

4.2 基坑施工

基坑圍護共有3種形式。為提高施工效率，共配備7臺雙頭深層攪拌樁機、1臺三軸攪拌樁機同時進行施工。鄰近工程樁的攪拌樁嚴格控制施工速度，以減少攪拌樁施工的擠土作用。

施工時，將漂流段分為3段，即AC段、AD段以及AA段（圖3）。3段同時開挖施工，互不影響，以減少工期消耗。為便于行車，在AA段和AC段中部設置施工棧橋。

AC段和AD段首先進行首層土方開挖。AC段和AD段進行第1道支撐、棧橋施工時進行AA段土方開挖。隨后AC、AD、AA段依次進行漂流段底板施工、第2皮土方開挖、漂流段結構施工、回水池及水泵房、泵池底板施工、回水管分段埋設施工。待所有底板及回水管墊層達到設計強度后，拆除基坑支撐，支撐拆除完畢后繼續漂流結構施工。最后進行漂流游樂設備的安裝。AC、AD以及AA段底板采用跳倉法施工，先施工澆筑先期區域底板。待5～6 d混凝土內力釋放后施工澆筑剩余區域底板。在底板及傳力帶養護達到設計強度后進行后續施工。

圖3 漂流段基坑分段布置

5 實施效果

通過合理的基坑區域劃分和人員設備調配，本工程施工比預計工期提前2個月完成。漂流段施工工期為9個月，為完成預定工期目標打下了良好基礎。所有場館中，除2個點位圍護水平位移和4個點位圍護垂直位移超過40 mm外，其余基坑變形在可控范圍內，施工效果良好。

6 結語

本工程為大型水族館工程，施工區域廣、單體場館眾多、基坑形狀復雜。通過合理的施工流程安排和施工組織設計，提高施工效率，完成了預定工期目標。