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

上海建工一建集團有限公司 上海 200434

1 工程簡介

北外灘貫通和綜合改造提升工程一期項目南側緊鄰黃浦江，東側靠近虹口港。主要內容包括拆除原港務辦公樓及1號庫，原2號庫、3號庫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際重大會議接待功能的會議中心建筑；拆除基地東側4、5、6號庫和家屬院及虹口港東側勤務大隊營房，將其一同改造為綠地廣場公共空間，拆除建筑平面見圖1；同時設置濱江禮賓平臺，架空在新建防汛墻之上，作為重大國事活動的室外迎賓場所使用。會議中心由西向東依次為1號樓、連廊Ⅰ、2號樓、連廊Ⅱ、3號樓。1號樓地上4個自然層加4個夾層，2、3號樓3個自然層加3個夾層。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，開挖深度－16.10 m，最大開挖深度超過20 m。地上采用鋼框架結構。

2 圍護工程概況

工程基坑分為順作區和逆作區，從西到東一共分為3個基坑，具體分布示意詳見圖3。其中1號基坑為順作區，面積約937 m2；2號基坑為逆作區，面積約12 420 m2；3號基坑為順作區，面積約667 m2。先進行1號基坑（順作法）土方開挖，2號基坑（逆作法）首層土方在樁基圍護及坑內加固完成后進行開挖，3號基坑（順作法）等2號基坑B2板完成后再進行開挖。

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。圍護采用厚1 m或1.2 m地下連續墻＋TRD工法/CSM工法樁止水帷幕＋MJS工法樁＋咬合樁＋坑內三軸水泥土攪拌樁的形式。其中，基坑西、北側采用TRD工法止水，基坑東北角、南側部分段采用CSM工法樁止水，南側部分段采用MJS工法樁，東側采用咬合樁。1號基坑設置4道水平支撐（1道混凝土支撐＋3道鋼支撐），西側與紅樓、灰樓之間設置隔離樁，采用MJS高壓旋噴樁套打直徑為800 mm的鉆孔灌注樁，3號基坑采用3道水平混凝土支撐，順作區與逆作區之間的隔斷采用厚1 m的地下連續墻。順作區坑內加固采用RJP高壓旋噴樁。

工程的坑中坑主要集中在基坑北側，具體詳見圖4。為加強深坑區域地下連續墻的穩定性，設計在地下2層樓板與底板之間增設了K撐。施工K撐時，先挖K撐高度范圍內的一層土，待K撐施工完成且強度達到要求后再進行底板土方的開挖。

圖4 深坑分布示意

3 逆作區土方開挖分區

逆作區土方開挖一共分5層進行。第1層土方采用明挖的方式開挖，在此不再贅述。結合工程的特點，為了做好對南側防汛墻的保護，第2層至第5層土方開挖分為7個區，每個分區的面積控制在2 000 m2左右，逆作區分區見圖5。

圖5 逆作區開挖分區示意

2號基坑呈狹長狀，為了控制基坑的變形，計劃先進行D區的土方開挖，然后進行D區的結構施工，使之形成板撐，達到將1個大基坑分成2個小基坑的目的。土方開挖流程如下：D區→C、E區→B、F區→A、G區。

為保護南側的防汛墻，每個區域的土方開挖遵循由南向北的原則。

4 取土口及行車道設置

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

本工程場地面積狹小，基坑周邊無足夠的場地供行車使用，因此需要利用地下室頂板作為行車道。考慮到B0板南北兩側的低跨以及洞口較多，為了減少后期混凝土的鑿除量，將行車道路線設計在建筑的中間跨部分。

取土口根據挖土分區進行設置，為保證出土效率，每個分區保證至少有2個取土口。設置取土口時，應充分利用結構自身的洞口，比如設備吊裝口、樓梯及電梯井。取土口的最小尺寸不小于8 mh 8 m。本工程一共設置16個取土口，具體分區詳見圖6。

圖6 行車道及取土口示意

統計這16個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根鋼柱以及沒有鋼柱等5種情況。當取土口四周有4根鋼柱時，由于地上、地下同時施工，上文提到的8 mh 8 m取土口尺寸已經無法滿足取土的要求。為了滿足施工的需要，全逆作法時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。

同一個挖土分區的取土口盡量均勻分布在該分區范圍內，應避免集中出現在北半段或南半段的情況。為了提高出土效率，取土口至每個分區最遠的取土距離不得超過25 m。

5 地上結構緩做區域

目前，取土口位置的挖機一般有套臂機、長臂挖機、伸縮臂挖機以及克令吊（帶抓斗）幾種。本工程基本挖深達到了16 m左右，需要使用伸縮臂挖機和克令吊（帶抓斗）。根據以往的施工經驗，這2種機械的最小凈空高度需達到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個樓面。因此，為滿足施工需要，在挖土機械停放及回轉半徑區域內，受影響的鋼梁必須全部緩吊。

對于非關鍵線路上的鋼結構，可直接要求整個區域緩做。如圖7所示，基坑外區域以及2層結構的鋼結構吊裝可以安排在逆作區基礎底板完成后再進行。

圖7 非關鍵線路區域緩做示意

以2F（＋5.90 m）為例，分析上部鋼結構緩吊（圖8）的幾種類型：

圖8 關鍵路線區域緩吊示意

1）挖機停放及回轉半徑，高度13 m范圍內的鋼梁。

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

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

6 鋼結構吊裝與挖土的交叉作業

本工程場地面積有限，且采用全逆作法進行施工，頂板上的土方開挖作業與鋼結構作業存在較大范圍的施工交叉，安全風險大。由于取土口區域機械對凈高的要求高，只有當3F結構（＋20.90 m）施工完成后，鋼結構的吊裝與土方開挖才能完全分開。故3F及以下層鋼結構吊裝與土方開挖的作業面需盡可能錯開，以此保證施工現場的安全。

為了讓鋼結構吊裝與挖土的交叉作業盡可能減少，現場采取了以下措施[1-2]：

1）土方從中間向東西兩端開挖，而鋼結構則采取從兩邊向中間方向吊裝的方式，即先從1、3號樓開始吊裝，再進行2號樓鋼結構的吊裝。

2）未進行土方開挖，同時上部在進行鋼結構吊裝的取土口，在洞口上張拉安全網，做好安全防護措施。

3）北側設置3個大門，可供車輛依據取土位置選擇進入。土方車盡量減少在鋼結構吊裝區域穿插行駛的時間。

4）減少不必要的交叉作業時間。土方開挖的工作時間盡可能安排在晚上，鋼結構的吊裝作業集中在白天進行。

7 結語

地上建筑與基坑面積占比大的全逆作法工程，由于沒有足夠的場地在建筑外設置取土口，因此必然需要和上部結構的施工組織有效結合起來，需要注意的要素主要有以下幾點：

1）需保證車輛行駛的凈高。不僅是土方車、混凝土攪拌車的通行，還包括長臂挖機、伸縮臂挖機等大挖機在頂板取土口之間的位置轉移。

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

3）取土口的尺寸需根據取土口周邊立柱的多少而定。當取土口4個角均有結構柱時，取土口的尺寸不得小于9 mh 9 m。

4）取土口盡可能設置在上部無結構的區域。若受限于場地條件無法實現上述情況時，可以暫緩施工非關鍵線路上層數較少的上部結構，來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，并做好施工過程中的安全管控。