地上建筑與基坑面積占比大的全逆作法施工工藝研究

諶柳謙

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200434

1 工程簡(jiǎn)介

北外灘貫通和綜合改造提升工程一期項(xiàng)目南側(cè)緊鄰黃浦江，東側(cè)靠近虹口港。主要內(nèi)容包括拆除原港務(wù)辦公樓及1號(hào)庫(kù)，原2號(hào)庫(kù)、3號(hào)庫(kù)作為歷史建筑采取保留改造方式，3棟樓整體新建改造后成為具有國(guó)際重大會(huì)議接待功能的會(huì)議中心建筑；拆除基地東側(cè)4、5、6號(hào)庫(kù)和家屬院及虹口港東側(cè)勤務(wù)大隊(duì)營(yíng)房，將其一同改造為綠地廣場(chǎng)公共空間，拆除建筑平面見(jiàn)圖1；同時(shí)設(shè)置濱江禮賓平臺(tái)，架空在新建防汛墻之上，作為重大國(guó)事活動(dòng)的室外迎賓場(chǎng)所使用。會(huì)議中心由西向東依次為1號(hào)樓、連廊Ⅰ、2號(hào)樓、連廊Ⅱ、3號(hào)樓。1號(hào)樓地上4個(gè)自然層加4個(gè)夾層，2、3號(hào)樓3個(gè)自然層加3個(gè)夾層。建筑高度依次為44.8、29.6、39.6、29.6、37.6 m，新建建筑平面見(jiàn)圖2。

圖1 拆除建筑平面示意

圖2 新建建筑平面示意

工程地下3層，局部地下2層，開(kāi)挖深度－16.10 m，最大開(kāi)挖深度超過(guò)20 m。地上采用鋼框架結(jié)構(gòu)。

2 圍護(hù)工程概況

工程基坑分為順作區(qū)和逆作區(qū)，從西到東一共分為3個(gè)基坑，具體分布示意詳見(jiàn)圖3。其中1號(hào)基坑為順作區(qū)，面積約937 m2；2號(hào)基坑為逆作區(qū)，面積約12 420 m2；3號(hào)基坑為順作區(qū)，面積約667 m2。先進(jìn)行1號(hào)基坑（順作法）土方開(kāi)挖，2號(hào)基坑（逆作法）首層土方在樁基圍護(hù)及坑內(nèi)加固完成后進(jìn)行開(kāi)挖，3號(hào)基坑（順作法）等2號(hào)基坑B2板完成后再進(jìn)行開(kāi)挖。

圖3 工程基坑示意

工程立柱樁采用一柱一樁，樁徑主要為1 000 mm和1 200 mm。圍護(hù)采用厚1 m或1.2 m地下連續(xù)墻＋TRD工法/CSM工法樁止水帷幕＋MJS工法樁＋咬合樁＋坑內(nèi)三軸水泥土攪拌樁的形式。其中，基坑西、北側(cè)采用TRD工法止水，基坑?xùn)|北角、南側(cè)部分段采用CSM工法樁止水，南側(cè)部分段采用MJS工法樁，東側(cè)采用咬合樁。1號(hào)基坑設(shè)置4道水平支撐（1道混凝土支撐＋3道鋼支撐），西側(cè)與紅樓、灰樓之間設(shè)置隔離樁，采用MJS高壓旋噴樁套打直徑為800 mm的鉆孔灌注樁，3號(hào)基坑采用3道水平混凝土支撐，順作區(qū)與逆作區(qū)之間的隔斷采用厚1 m的地下連續(xù)墻。順作區(qū)坑內(nèi)加固采用RJP高壓旋噴樁。

工程的坑中坑主要集中在基坑北側(cè)，具體詳見(jiàn)圖4。為加強(qiáng)深坑區(qū)域地下連續(xù)墻的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)在地下2層樓板與底板之間增設(shè)了K撐。施工K撐時(shí)，先挖K撐高度范圍內(nèi)的一層土，待K撐施工完成且強(qiáng)度達(dá)到要求后再進(jìn)行底板土方的開(kāi)挖。

圖4 深坑分布示意

3 逆作區(qū)土方開(kāi)挖分區(qū)

逆作區(qū)土方開(kāi)挖一共分5層進(jìn)行。第1層土方采用明挖的方式開(kāi)挖，在此不再贅述。結(jié)合工程的特點(diǎn)，為了做好對(duì)南側(cè)防汛墻的保護(hù)，第2層至第5層土方開(kāi)挖分為7個(gè)區(qū)，每個(gè)分區(qū)的面積控制在2 000 m2左右，逆作區(qū)分區(qū)見(jiàn)圖5。

圖5 逆作區(qū)開(kāi)挖分區(qū)示意

2號(hào)基坑呈狹長(zhǎng)狀，為了控制基坑的變形，計(jì)劃先進(jìn)行D區(qū)的土方開(kāi)挖，然后進(jìn)行D區(qū)的結(jié)構(gòu)施工，使之形成板撐，達(dá)到將1個(gè)大基坑分成2個(gè)小基坑的目的。土方開(kāi)挖流程如下：D區(qū)→C、E區(qū)→B、F區(qū)→A、G區(qū)。

為保護(hù)南側(cè)的防汛墻，每個(gè)區(qū)域的土方開(kāi)挖遵循由南向北的原則。

4 取土口及行車(chē)道設(shè)置

本工程南北方向長(zhǎng)度不足60 m，樓梯和電梯等結(jié)構(gòu)洞口主要集中在基坑北側(cè)。B0板的低跨部分位于每幢樓的南北兩側(cè)，地上大跨度空間主要集中在每幢樓的中間部分。

本工程場(chǎng)地面積狹小，基坑周邊無(wú)足夠的場(chǎng)地供行車(chē)使用，因此需要利用地下室頂板作為行車(chē)道。考慮到B0板南北兩側(cè)的低跨以及洞口較多，為了減少后期混凝土的鑿除量，將行車(chē)道路線(xiàn)設(shè)計(jì)在建筑的中間跨部分。

取土口根據(jù)挖土分區(qū)進(jìn)行設(shè)置，為保證出土效率，每個(gè)分區(qū)保證至少有2個(gè)取土口。設(shè)置取土口時(shí)，應(yīng)充分利用結(jié)構(gòu)自身的洞口，比如設(shè)備吊裝口、樓梯及電梯井。取土口的最小尺寸不小于8 mh 8 m。本工程一共設(shè)置16個(gè)取土口，具體分區(qū)詳見(jiàn)圖6。

圖6 行車(chē)道及取土口示意

統(tǒng)計(jì)這16個(gè)取土口四周的鋼柱情況，有以下幾種情況：四周有4根鋼柱、3根鋼柱、2根鋼柱、1根鋼柱以及沒(méi)有鋼柱等5種情況。當(dāng)取土口四周有4根鋼柱時(shí)，由于地上、地下同時(shí)施工，上文提到的8 mh 8 m取土口尺寸已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足取土的要求。為了滿(mǎn)足施工的需要，全逆作法時(shí)四周有鋼柱的取土口尺寸不得小于9 mh 9 m，其他4種情況取土口不小于8 mh 8 m。

同一個(gè)挖土分區(qū)的取土口盡量均勻分布在該分區(qū)范圍內(nèi)，應(yīng)避免集中出現(xiàn)在北半段或南半段的情況。為了提高出土效率，取土口至每個(gè)分區(qū)最遠(yuǎn)的取土距離不得超過(guò)25 m。

5 地上結(jié)構(gòu)緩做區(qū)域

目前，取土口位置的挖機(jī)一般有套臂機(jī)、長(zhǎng)臂挖機(jī)、伸縮臂挖機(jī)以及克令吊（帶抓斗）幾種。本工程基本挖深達(dá)到了16 m左右，需要使用伸縮臂挖機(jī)和克令吊（帶抓斗）。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，這2種機(jī)械的最小凈空高度需達(dá)到13 m。主要受影響的樓層有2F（＋5.90 m）、2M（＋9.90 m）、2MF（＋13.90 m）這3個(gè)樓面。因此，為滿(mǎn)足施工需要，在挖土機(jī)械停放及回轉(zhuǎn)半徑區(qū)域內(nèi)，受影響的鋼梁必須全部緩吊。

對(duì)于非關(guān)鍵線(xiàn)路上的鋼結(jié)構(gòu)，可直接要求整個(gè)區(qū)域緩做。如圖7所示，基坑外區(qū)域以及2層結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)吊裝可以安排在逆作區(qū)基礎(chǔ)底板完成后再進(jìn)行。

圖7 非關(guān)鍵線(xiàn)路區(qū)域緩做示意

以2F（＋5.90 m）為例，分析上部鋼結(jié)構(gòu)緩吊（圖8）的幾種類(lèi)型：

圖8 關(guān)鍵路線(xiàn)區(qū)域緩吊示意

1）挖機(jī)停放及回轉(zhuǎn)半徑，高度13 m范圍內(nèi)的鋼梁。

2）本工程2F部分鋼梁高度超過(guò)1 m，使得B0板上的行車(chē)道凈高不足5 m，為了確保行車(chē)的安全，造成凈高不足5 m的鋼梁需要緩吊。

3）與類(lèi)型1和類(lèi)型2連接的一些鋼梁，受類(lèi)型1和類(lèi)型2暫緩施工的影響，不得不跟著緩吊。

6 鋼結(jié)構(gòu)吊裝與挖土的交叉作業(yè)

本工程場(chǎng)地面積有限，且采用全逆作法進(jìn)行施工，頂板上的土方開(kāi)挖作業(yè)與鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)存在較大范圍的施工交叉，安全風(fēng)險(xiǎn)大。由于取土口區(qū)域機(jī)械對(duì)凈高的要求高，只有當(dāng)3F結(jié)構(gòu)（＋20.90 m）施工完成后，鋼結(jié)構(gòu)的吊裝與土方開(kāi)挖才能完全分開(kāi)。故3F及以下層鋼結(jié)構(gòu)吊裝與土方開(kāi)挖的作業(yè)面需盡可能錯(cuò)開(kāi)，以此保證施工現(xiàn)場(chǎng)的安全。

為了讓鋼結(jié)構(gòu)吊裝與挖土的交叉作業(yè)盡可能減少，現(xiàn)場(chǎng)采取了以下措施[1-2]：

1）土方從中間向東西兩端開(kāi)挖，而鋼結(jié)構(gòu)則采取從兩邊向中間方向吊裝的方式，即先從1、3號(hào)樓開(kāi)始吊裝，再進(jìn)行2號(hào)樓鋼結(jié)構(gòu)的吊裝。

2）未進(jìn)行土方開(kāi)挖，同時(shí)上部在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝的取土口，在洞口上張拉安全網(wǎng)，做好安全防護(hù)措施。

3）北側(cè)設(shè)置3個(gè)大門(mén)，可供車(chē)輛依據(jù)取土位置選擇進(jìn)入。土方車(chē)盡量減少在鋼結(jié)構(gòu)吊裝區(qū)域穿插行駛的時(shí)間。

4）減少不必要的交叉作業(yè)時(shí)間。土方開(kāi)挖的工作時(shí)間盡可能安排在晚上，鋼結(jié)構(gòu)的吊裝作業(yè)集中在白天進(jìn)行。

7 結(jié)語(yǔ)

地上建筑與基坑面積占比大的全逆作法工程，由于沒(méi)有足夠的場(chǎng)地在建筑外設(shè)置取土口，因此必然需要和上部結(jié)構(gòu)的施工組織有效結(jié)合起來(lái)，需要注意的要素主要有以下幾點(diǎn)：

1）需保證車(chē)輛行駛的凈高。不僅是土方車(chē)、混凝土攪拌車(chē)的通行，還包括長(zhǎng)臂挖機(jī)、伸縮臂挖機(jī)等大挖機(jī)在頂板取土口之間的位置轉(zhuǎn)移。

2）需要保證挖機(jī)回轉(zhuǎn)半徑范圍內(nèi)有足夠的凈高，一般伸縮臂、克令吊（帶抓斗）等挖機(jī)的凈高需求不小于13 m。

3）取土口的尺寸需根據(jù)取土口周邊立柱的多少而定。當(dāng)取土口4個(gè)角均有結(jié)構(gòu)柱時(shí)，取土口的尺寸不得小于9 mh 9 m。

4）取土口盡可能設(shè)置在上部無(wú)結(jié)構(gòu)的區(qū)域。若受限于場(chǎng)地條件無(wú)法實(shí)現(xiàn)上述情況時(shí)，可以暫緩施工非關(guān)鍵線(xiàn)路上層數(shù)較少的上部結(jié)構(gòu)，來(lái)加快地下室的出土速度。

5）盡可能地減少地上、地下的交叉作業(yè)，并做好施工過(guò)程中的安全管控。