運營醫院內狹小場地深基坑逆作法關鍵施工技術

王梅珍

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

醫院骨科臨床診療中心位于上海市第六人民醫院內，基坑面積約10 900 m2，基坑底標高－20.70 m，普遍開挖深度20.45 m，由于是醫院內部工程，施工場地非常狹小，另外本工程上部為鋼結構，需要滿足鋼結構倒插1層錨固條件。

1 工程概況

1.1 基坑周邊環境概況

骨科臨床診療中心工程位于上海市第六人民醫院內西北側?；訓|側以北為醫院南區病房樓，地上15層，設1層地下室，埋深約為6 m，為筏板＋預制混凝土方樁基礎，距離基坑最近處12.75 m?；訓|側以南為醫院花園；圍墻距離基坑地下連續墻4.00 m?；幽蟼纫詵|為醫院制劑樓，地上4層，為預制混凝土方樁基礎，距離基坑最近處6.97 m；圍墻距離基坑地下連續墻4.45 m?；幽蟼纫晕鳛獒t院動物實驗樓，地上3層，為條形基礎，局部設置混凝土方樁，距離基坑最近處7.16 m；圍墻距離基坑地下連續墻2.75 m?；游鱾葹榱萋罚穼?4 m，道路下方有信息、雨水、污水、燃氣、給水管線，管線與基坑的最近距離為7.30 m。柳州路以西為小學和居民小區，與基坑距離最近的建筑為6層磚混結構居民樓，基礎形式為條形基礎下疏布沉管灌注樁，與基坑的距離為28.83 m；圍墻距離基坑地下連續墻2.95 m。基坑北側為地上3層的某單位辦公樓，條形基礎，距離基坑最近處8.76 m；圍墻距離基坑地下連續墻2.95 m。基坑周邊環境如圖1所示。

圖1 基坑周邊環境

1.2 基坑圍護設計概況

本工程包含門急診醫技科研教學綜合部分和住院部分共2個部分，總建筑面積103 333 m2，其中地上13層，建筑高度為57.350 m，建筑面積63 998 m2；地下3層（有夾層），建筑面積39 335 m2?；用娣e約10 900 m2，基坑坑底標高為－20.70 m，普遍開挖深度20.45 m?；邮┕げ捎媚孀鞣?，采用一柱一樁施工工法，豎向圍護體系為1.2 m（南北兩側）和1.0 m（東西兩側）地下連續墻圍護，水平支撐為4道水平結構樓板和11道鋼筋混凝土支撐。地下連續墻兩側為三軸攪拌樁槽壁加固，坑內被動土體加固為三軸攪拌樁，深坑部位為高壓旋噴樁封底[1-3]。

2 特點與難點分析

2.1 施工場地小

本工程圍墻與地下連續墻的距離在2.7～4.4 m之間，整個基地的面積為13 000 m2，基坑面積為10 900 m2，可用的施工場地為2 100 m2，施工場地捉襟見肘，而且本工程在醫院內，不能影響醫院的正常運營。故在場地狹小環境下保證醫院的正常運營是本工程的一個難點。

2.2 不同截面連接的一柱一樁施工

本工程上部為鋼結構，采用□700 mm×（25～35） mm型鋼，根據JGJ 99—2015《高層民用建筑鋼結構技術規程》要求，上部鋼結構的錨固連接點需要倒插1層，即到本工程地下1層的位置。另外本工程采用逆作法施工，一柱一樁的設計，采用φ550 mm×25 mm鋼管，插入立柱鉆孔灌注樁不小于4 m，其中鋼管柱內灌注C60混凝土，鋼管柱以下采用C35水下混凝土。存在方形截面與圓形截面的連接，故不同截面連接的一柱一樁施工是本工程的又一難點[4-7]。

3 施工過程控制

3.1 針對施工場地狹小的解決方案

本工程在圍護上采用逆作法設計，以拓展現場的施工場地，另外在面向柳州路（不影響醫院內部的交通）的圍墻上開3扇施工大門，通過多開門來回轉場地內部的道路。現場平面布置進行動態布置。

3.1.1 樁基和圍護階段總平面布置

本工程圍墻與地下連續墻的距離在2.7～4.4 m之間，無法布置固定式的辦公室，故在樁基和圍護階段，本工程采用集裝箱辦公樓，待南側樁基和地基加工施工完成后，現場辦公區進行一次移位，以保證所有樁基和圍護工作的完成。

3.1.2 逆作階段總平面布置

本工程頂板標高總體分為－0.10、－0.50、－1.30 m這3種，通過坡道將各個頂板標高進行連通，局部－1.30 m頂板位置主次梁上翻并設置了臨時封板，頂板由于交通組織和傳力情況取消后澆帶，利用加強帶進行代替。

地下室頂板作為逆作法的施工場地，在頂板上設置了8個取土口。頂板根據設計的荷載及使用要求，分為堆載區域、行車加固區域和未加固正常結構板區域，其中車輛使用和材料堆放等區域利用行車和堆載加固區域，活載記為25 kN/m2。

考慮到逆作法施工后辦公樓的設置，在施工安排上，擬先形成基地東南角和東北角區域，春節前完成，利用春節放假時間對頂板進行養護。

3.2 不同截面一柱一樁施工的解決方案

3.2.1 一柱一樁節點深化

本工程上部為鋼框架結構，結構柱采用700 mm方鋼管，鋼柱需要錨固至地下1層標高，如圖2所示。

圖2 設計的鋼管柱連接

對于設計的節點，施工困難存在于兩點，一是結構的方鋼柱和圍護的鋼管柱連接，由于是2種不同截面的連接，而且該節點將設置在地下1層的標高，若在節點處出現位置偏差，糾正比較困難。二是方鋼柱在定位時，除了中心位置正確外，還需要2個邊的定位正確。綜上所述，需對該節點進行優化，優化節點如圖3所示。

圖3 一柱一樁過渡段的設計

此節點的優點就是避免了前述的2個缺點，在與圍護鋼立柱連接的地方設置了變截面的圓形連接節點，倒插1層鋼柱設置成φ700 mm。另外將上部結構變截面的連接設置在第1層土方開挖面上，既方便了施工，又保證了質量，同時經過設計復算，滿足結構受力要求。

另外，我們利用BIM技術，根據一柱一樁單樁模型提取截面CAD剖面圖和側視圖，繪制一柱一樁深化圖。

3.2.2 變截面一柱一樁的加工

本工程實例中，豎向支承系統采用一柱一樁，共計89根，永久φ550 mm×20 mm鋼管內灌C60混凝土，立柱在坑底以下為φ900 mm鉆孔灌注樁，樁頂8 m高度范圍內擴徑為1 200 mm。設計要求垂直度不超過1/400。

鋼管樁由廠家一次加工成形，由φ700 mm圓鋼管（壁厚20 mm），φ700～φ550 mm圓鋼管（壁厚20 mm，變截面），φ550 mm圓鋼管（壁厚20 mm，圍護設計鋼管樁）構成，鋼管樁插入樁身4 m，灌注樁灌注混凝土C35，鋼管內灌注混凝土C60，混凝土的交界面在樁頂以下6 m處，樁頂8 m以下直至地面范圍灌注樁擴徑至1 200 mm。鋼管柱底標高為設計標高，頂標高高出地面700 mm（標高為＋0.50 m），樁基施工中通過校正架調整插入樁中，當第1層土方開挖時，將上部鋼管柱割除，鋼管柱上部割除后焊接襯板和內撐，最后進行鋼框方柱的連接。

3.2.3 預制混凝土定位板

一柱一樁變截面鋼管樁垂直度保證是逆作施工質量控制的要點，本工程擴樁孔位置會把周邊的硬地坪破壞，無法完成調整架的固定，故現場預制4 m×4 m混凝土定位板，內配置雙層雙向鋼筋和預埋吊環，用作現場一柱一樁施工使用（圖4）。此預制混凝土定位板可以重復使用。

圖4 預制混凝土定位板

3.2.4 一柱一樁鋼骨柱垂直度控制

一柱一樁垂直度的測定分3次進行，現場根據實際工程的需要，設計了調垂架（圖5）。調垂架的錨固可以設置在預制混凝土定位板上。

圖5 調垂架實景

第1次鋼管柱水平放置在硬化平整場地時的測定，主要原理為激光三點確定一條直線，以此線作為基準，與鋼管柱進行比對，測出鋼管柱自身的垂直度。

第2次測定時間為鋼管柱下放結束，澆筑混凝土之前，鋼管柱標高位置被預制抱箍確定后，開始垂直度的測量和調整，在鋼管柱頂部內側預先放置可與激光儀相連的電路設備，激光儀從頂部發射激光，由內側相同直線上的多個接收設備接收，此時激光儀上會出現x軸、y軸，整體3個方向與先前儲存數據對比偏差，以控制整體偏差不超過1/400。

第3次測量在混凝土澆筑完成并達到硬化強度后，在鋼管柱外部再次按照上述步驟測量垂直度，保證后續施工的順利進行。

3.2.5 一柱一樁垂直度控制

成孔的精度控制，尤其是涉及變徑的精度控制，鋼筋籠的變徑和成孔變徑相對應，如果成孔的精度控制偏差導致鋼筋籠位置偏差，進而會產生鋼管樁的位置偏差以及鋼管樁刮籠的現象。

混凝土澆筑的影響：因為進入混凝土澆筑階段，鋼管樁已經調垂完成，定位及調垂數據已無法改變，主要影響的因素為混凝土灌注過程中的混凝土擾動和導管的碰撞，目前采用的方式是將上述的鋼絲繩拉住底部進行固定，可基本控制混凝土澆筑的影響，后續混凝土澆筑可以在固定導管上進一步優化。

土體加固施工的優化：一柱一樁施工完成后，土體加固是對其影響的主要因素之一，土體加固中高壓旋噴樁的壓力較大，根據一柱一樁的成形過程可以看出，此時樁為下部錨固上部懸臂狀態，不均勻的土體壓力會產生較大的位移影響，應在對稱施工的同時，盡可能地聯系設計單位增大加固體與鋼管樁的距離。

土方開挖的影響：由于鋼管樁上部擴孔，周邊為松土，所以在上部懸臂的情況下，土方開挖過程中機械的碰撞對頂部位移影響非常大，應在對稱開挖的同時，在距離較近的位置考慮增加部分人工開挖，以減少影響。

3.2.6 一柱一樁鋼骨柱與梁的連接以及柱帽的施工

本工程地下結構的鋼管柱外側，需要包裹鋼筋混凝土，形成鋼骨柱，鋼骨柱與混凝土梁之間采用在鋼管樁外側增加襯板，梁主筋通過彎錨焊接的形式進行連接，但該連接形式由于梁主筋無法貫通，受力性能受到一定制約。為解決上述問題，本項目對梁柱節點形式進行優化，在鋼管樁外側一次性加工成形環板并與梁主筋連接，有效提高了梁柱節點的受力性能。

鋼骨柱與柱帽的施工就是沿著柱帽四周設置1圈梁，梁高取此區域的柱帽的高度。

3.3 土方開挖和樓板形成

本項目地下室采用逆作法施工，即先進行首層底板施工，再進行地下1層、地下2層底板施工及第4道支撐施工，開挖至基礎標高后進行基礎底板施工，再進行順作施工。具體流程：第1層土方開挖及墊層施工→1層底板梁板施工、養護→第2層土方開挖及墊層施工→地下1層底板梁板施工、養護→第3層土方開挖及墊層施工→地下2層底板梁板施工、養護→第4層土方開挖及墊層施工→第4道支撐施工、養護→第5層土方開挖及墊層施工→底板施工、養護。

本工程地下室共布置了8個取土口，取土口水平間距20 m左右。

3.3.1 第1層土方開挖和1層底板形成

由于本工程場地非常小，在形成1層底板的同時，還需要考慮現場的交通等問題，故第1層土方分15個區域開挖，第1次開挖采用明挖，分為2條施工作業線：第1條施工作業線施工流程：1-1區→1-2區→1-3區→1-4區→1-5區→1-6區→3-1區→3-2區→3-3區→3-4區；第2條施工作業線施工流程：2-1區→2-2區→2-3區→2-4區→2-5區。2條施工作業線同時施工，現場自然地坪標高－0.25 m，第1層土放坡法開挖至－2.55 m（局部開挖至－3.55 m）標高（圖6）。隨著土方的開挖，按照傳統施工模式逐漸形成1層底板，開挖土方量為24 200 m3。

圖6 第1層土方開挖分區

3.3.2 第2層、第3層土方開挖和地下1層、地下2層底板形成

待逆作區1層底板達到設計強度后，進行第2層土方開挖，總體流程如圖7所示。土方采用盆式開挖，將基坑土體整體放坡開挖至－9.05 m標高（第2層土方開挖標高）、－15.15 m標高（第3層土方開挖標高），基坑內側四周留寬10 m的土，土方開挖采用暗挖。隨著土方的開挖，利用短支排架逐漸形成地下1層、地下2層底板，開挖土方量分別為65 720、67 030 m3。

圖7 第2、第3層土方開挖分區

3.3.3 第4層土方開挖和第4道支撐施工

待逆作區地下2層底板達到設計強度后，進行第4層土方開挖，總體流程如圖8所示，將基坑土體整體開挖至－17.70 m標高。隨著土方開挖，施工第4道鋼筋混凝土支撐，開挖土方量為32 385 m3。

圖8 第4層土方開挖分區和第4道支撐布置示意

3.3.4 第5層土方開挖

待逆作區第4道支撐達到設計強度后，進行第5層土方開挖（圖9），將基坑土體整體放坡開挖至－20.70 m標高，土方采用暗挖。隨后土方開挖進行基礎底板施工，開挖土方量為36 165 m3。

圖9 底板施工分區

3.4 地下豎向結構順作施工

本工程樓板、支撐、基礎底板為逆作施工，在整個體系形成后，開始豎向順作扶壁柱、外包柱、樓梯、預留洞口、坡道等豎向結構。

4 結語

1）針對深基坑逆作條件下，研究了變截面形一柱一樁施工工藝，通過設計一柱一樁的過渡段，有效兼顧了柱的受力性能與施工的方便性。本工程共89根鋼柱，最終平均垂直偏差為1/472，滿足1/400的設計要求，為今后類似工程提供了參考。

2）通過對地下室頂板的規劃，利用坡道將各個頂板標高進行了連通，用加強帶替代后澆帶，以拓展施工場地，滿足現場施工要求，為今后類似工程提供案例。