半逆作先挖后撐法在厚填土深基坑中的應用

周文兵

中億豐建設集團股份有限公司 江蘇 蘇州 215131

現階段的基坑與主體銜接施工過程，往往為基坑支護完成，土方開挖至基底后進行土建主體施工。現行的施工工況大大增加了支撐的施工工作量，延長了施工工期。通過采用基坑半逆作法先挖后撐法的施工技術，利用中心區域盆式開挖的施工方法，實現中心區域主體優先出±0 m，通過利用主體結構與基坑支撐體系連接作為傳力，減少了基坑支撐的施工工作量，同時實現了上下同步施工的施工工況，加快了項目施工進度[1-6]。

1 工程概況

1.1 地理位置及周邊情況

蘇州大學附屬第一醫院總院二期工程（東區），位于蘇州市姑蘇主城區，平海路以南、平瀧路以北，建筑面積330 000 m2。

本工程基坑南側緊鄰平瀧路地下空間，北側為錦蓮河，東側為已建合和項目，西側為已建總院一期工程。工程基坑面積約為47 000 m2，基坑長約261 m，寬約181 m，基坑開挖深度12.3 m（局部14.3 m），如圖1所示。

圖1 項目平面示意

1.2 工程水文地質情況

本項目場地主要由雜填土、黏性土、粉土、粉砂組成。本場地地勢低洼，在一期項目施工期間場地表層堆填了大量雜填土，厚度達4～8 m，特別是西側靠近一期區域厚度較厚。本工程基坑開挖深度及影響范圍內主要涉及①—⑤2層地基土，基坑基底位于⑤2層粉砂夾砂質粉土。場地內微承壓含水層主要存在⑤1層砂質粉土夾粉砂、⑤2層粉砂夾砂質粉土。工程所處區域地層分布從上至下分別為①雜填土、④1黏土、④2粉質黏土、⑤1砂質粉土夾粉砂、⑤2粉砂夾砂質粉土、⑥粉質黏土、⑧1黏土。

2 項目特點

1）工期緊。隨著已建一期項目醫療用房的使用日趨飽和，以及古城內原有部分醫療部門將整體搬遷進入第一醫院總院內，建設單位對總院二期項目的建設進度非常重視，工期要求非常嚴格，只允許比原有工期計劃安排提前，而不能推后。

2）場地小。基坑臨邊與場地紅線距離小，其中南側僅有2 m，其余側15 m左右，在進行基坑及地下室施工階段能作為施工區域利用的場地小，周轉場地非常有限。

3）交通組織難度大。本項目地處主城區，周邊車流量大，基坑開挖面積大、開挖土方量大，基坑施工階段土方開挖的快慢、結構施工階段如何合理規劃利用場地，以及大量材料的組織運輸、交叉施工的合理安排等，都將影響本項目的順利開展。

3 基坑方案優化研究

3.1 基坑初步方案

基坑圍護結構采用排樁結合2道內支撐的支護體系，以布設圓環支撐（含棧橋）的方式，如圖2所示。圍護排樁為φ900 mm/φ1 000 mm的鉆孔灌注樁，基坑止水帷幕采用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁進行隔斷，基坑內采用管井進行疏干降水。第1道支撐采用800 mm×800 mm的現澆鋼筋混凝土支撐，第2道支撐采用900 mm×800 mm的現澆鋼筋混凝土支撐。

圖2 支撐平面布置示意

結合本項目特點情況，基坑圍護初步方案的優缺點分析如下。

1）優點：做法比較常規，土方開挖和結構一次施工完成。

2）缺點：支撐和立柱工程量大，2道混凝土支撐施工養護，換撐拆除，地下結構施工周期長。考慮周邊施工場地限制，組織施工難度大，需布設大量棧橋、平臺，造價高。支撐、立柱眾多，挖土難度大、速度慢。

3.2 基坑支撐優化

針對初步方案的優缺點分析，并結合項目實際情況，我們提出需突破原有思維，優化深基坑支撐體系，調整挖與撐的施工順序，考慮逆作法的思路。

逆作法作為一種圍護結構與主體結構相結合的施工方法，其優勢主要集中在4個方面。

1）利用主體水平結構作為支撐，支撐剛度大，可有效控制基坑變形和提高基坑的穩定性，十分適用于周邊環境有嚴格保護要求的基坑工程。

2）在常規的框架結構中采用逆作法，可以節省大量臨時圍護結構的工程量，具有較為明顯的經濟優越性。

3）可實現地上、地下同步施工，大大加快地上結構的施工進度，節省總工期，使業主在取得經濟效益的同時，能夠樹立良好的工程進度形象。

4）逆作法可將地下室頂板加固作為施工平臺和材料堆場，可有效解決周邊施工場地不足的問題，加快材料轉運和施工進度。

根據以上分析并結合本項目的特點，基坑方案與設計單位共同討論，進行如下優化，調整如圖3所示。

對深基坑支撐體系的優化研究，調整挖與撐的施工順序，在深基坑豎向結構完成后，中心區域先行開挖，周邊留置土體作為臨時護坡，對支護結構進行反壓。針對西側厚填土區域采用φ700 mm@500 mm雙軸攪拌樁進行深層土體加固，確保土體穩定。

采用中心區域先行完全敞開挖土施工。中心區域面積約占基坑總面積60%，可大幅加快挖土速度，最大程度縮短中心區域主體結構的施工工期，取消大量臨時混凝土支撐、棧橋及立柱樁，減少后期支撐拆除工作。

在工程進度上，中心區域范圍內4#塔樓和1#門診樓等大部分區域可以率先進行上部結構施工，滿足建設單位針對工期提前的要求。待中心區域結構施工B0樓板形成，結構中心島區域轉化為施工平臺和材料堆場，有效解決周邊施工場地困難問題，加快材料轉運。

中心區域地下1層和地下2層結構樓板與支撐連接，參與圍護支撐體系的傳力，第2道支撐由混凝土支撐優化為鋼支撐，加快安裝和拆除的施工速度。中心區域上部結構與周邊區域挖土和地下結構同步實施，進一步加快中心區域上部結構施工進度。

3.3 調整施工工況

因基坑開挖順序的改變，由“先撐后挖”調整為“先挖后撐”，施工工況也隨之改變，需重新繪制各階段施工工況，指導施工。

3.4 安全性驗算分析

在深基坑豎向結構完成后，中心區域先進行盆式開挖，周邊留置土體作為臨時護坡，對支護結構反壓。第1級坡高3.95 m，坡比1∶2.0，平臺長3.5 m；第2級坡高3.95 m，坡比1∶1.5。中心區域周邊土坡坡體穩定性分析，采用規范方法及有限元強度折減法進行坡體穩定計算。

針對基坑支撐體系的調整以及開挖順序的改變，對調整后的基坑各項安全數據進行復核驗算，安全系數滿足要求。

采用有限元分析軟件Plaxis建模，進行施工過程數值模擬，分析本工程基坑開挖對鄰近建（構）筑物、管線等的影響。為了提高計算精度，按對稱問題取基坑的一部分為計算范圍，采用平面有限元分析。根據整體模擬計算分析，基坑中部土方開挖至基底時，基坑周邊最大水平位移15.7 mm，豎向最大沉降位移13.9 mm；支撐結構形成后，周邊區域留置土體挖除，基坑周邊水平和豎向位移基本無變化。基坑開挖對周邊環境影響如表1所示。

表1 基坑開挖對周邊環境影響計算匯總

4 施工控制注意點

在基坑施工前，應進一步復核周邊環境，并明確周邊管線情況，細化周邊管線布置及保護處理措施。明確施工荷載，基坑邊嚴禁超載。在基坑開挖過程中，施工單位應采取有效措施，確保邊坡留土及動態土坡的穩定性。

編制詳細的土方開挖施工組織設計，針對中心區域土方合理分區，確定時序，克服長邊效應，土方開挖按施工區段劃分及進行施工組織，邊坡開挖后及時進行護坡噴錨工作，做到隨挖隨噴，確保邊坡穩定。

合理安排降水方案中的管井平面布置，可局部調整管井布置位置，避開地下室結構梁、柱，向坑中坑靠近；編制詳細的輕型井點施工方案及輕型井點、管井降水運行管理內容，在土方開挖、中心區域結構施工階段，確保基底水位在底板下0.5～1.0 m，同時編制好雨天基坑明排水的管理方案，確保特殊天氣的邊坡穩定。

中心島主體結構施工，應編制詳細且切實可行的施工進度計劃，重視施工對快速完成支撐的影響。主體結構中伸縮后澆帶改為膨脹混凝土加強帶，從而保證中心島區域地下l層結構的完整性，以滿足傳遞水平力的要求。

編制應急方案應具有針對性，特別是在應對圍護可能產生的變形及地下水方面。應急救援預案中須有應急物資配備，以及應對基坑變形、基坑滲漏、地下水突涌等的應急處理措施。

5 基坑監測數值分析

根據優化后的基坑施工方案，編制詳細的基坑監測方案。為確保基坑施工安全，沿基坑設置地表垂直位移監測點、圍護結構頂部垂直位移監測點、圍護結構頂部水平位移監測點、支撐軸力監測點、坑內外水位監測點。監測結果顯示，本項目自基坑開挖至地下室主體結構施工完成，地表最大垂直位移8.92 mm，樁頂最大垂直位移8.71 mm，樁頂最大水平位移13.30 mm。由此可知，位移變形數據均小于30 mm，滿足規范要求且均小于理論計算值。支撐應力最大為1 035.1 kN，小于控制值3 000 kN，亦符合設計要求。

通過位移數據及應力數據分析，中心區域開挖留置土體護坡穩定、優化體系受力合理，工程理論計算及工程實測數據均符合規范要求，達到了相互驗證的目的，優化方案可行性得到實踐證實。

6 結語

本項目位于主城區，又存在深厚填土的不利條件，在優化方案時突破傳統思維，對厚填土進行加固、反復驗算。本基坑采用將傳統力學方法和有限元數值分析相結合，針對工程特點進行設計方案和施工優化，先挖后撐，并結合了“順作法”和“逆作法”施工的優點，可以稱為“半逆作先挖后撐法”。目前這種方法具有保護環境、降低造價、方便施工等諸多優點，可在今后基坑工程中廣泛應用。