超大基坑的三個(gè)相鄰分基坑同步施工方案的優(yōu)化

卞耀洪

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

宜家購(gòu)物中心上海臨空項(xiàng)目（圖1）秉承“薈生活 聚精彩”的獨(dú)到理念，致力于打造集企業(yè)辦公、時(shí)尚購(gòu)物、休閑美食、娛樂(lè)聚會(huì)、文化教育于一體的理想聚會(huì)場(chǎng)所，成為中國(guó)未來(lái)聚會(huì)體驗(yàn)中心的引領(lǐng)者。

圖1 工程模型

項(xiàng)目總建筑面積逾43萬(wàn) m2，地下建筑面積逾26萬(wàn) m2，地上建筑面積逾17萬(wàn) m2，集商業(yè)購(gòu)物中心、宜家家居賣(mài)場(chǎng)以及5棟辦公樓等于一體。地下4層，地上裙房5層、塔樓（A、B、C、D、E）8層，地下為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，上部均為鋼結(jié)構(gòu)形式。

本項(xiàng)目基坑?xùn)|西長(zhǎng)約300 m，南北寬約290 m，面積約6.33萬(wàn) m2，開(kāi)挖深度20.85～21.25 m（局部最大落深3.6 m），圍護(hù)結(jié)構(gòu)周長(zhǎng)約1 110 m，內(nèi)分隔墻長(zhǎng)約742 m，基坑安全等級(jí)一級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)二級(jí)。基坑圍護(hù)采用地下連續(xù)墻結(jié)合5道支撐（局部4道支撐），外圈地下連續(xù)墻采用兩墻合一的形式，接頭采用H型鋼接頭，分隔墻采用地下連續(xù)墻結(jié)合鎖口管的接頭形式，深坑加固采用三軸攪拌樁＋高壓旋噴樁形式，基坑降水采用深井真空管。

2 基坑工程原施工方案簡(jiǎn)介

基坑均采用明挖順作法施工，分兩期實(shí)施（圖2），一期（Ⅰ區(qū)）實(shí)施Ⅰ-1分區(qū)、Ⅰ-2分區(qū)、Ⅰ-3分區(qū)，二期（Ⅱ區(qū)）實(shí)施Ⅱ-1分區(qū)、Ⅱ-2分區(qū)，Ⅱ區(qū)基坑需在Ⅰ區(qū)相鄰基坑完成地下室B0樓板，且主體結(jié)構(gòu)樓板與中隔墻有效連接（采用底板后澆帶設(shè)置工字鋼臨時(shí)支撐、樓板先行跳倉(cāng)施工窄板帶作為連接支撐）后，方可進(jìn)行第2層土方的開(kāi)挖。中隔墻需待兩側(cè)地下室完成后，從上至下逐層拆除并連通兩側(cè)地下室結(jié)構(gòu)。

圖2 基坑分區(qū)示意

在Ⅰ區(qū)基坑B2樓板完成之后，開(kāi)挖Ⅱ區(qū)基坑的第1層土方，施工第1道鋼筋混凝土支撐、棧橋，Ⅱ區(qū)基坑降水在Ⅰ區(qū)基坑B1層結(jié)構(gòu)施工時(shí)同時(shí)進(jìn)行。

Ⅰ區(qū)基坑自下而上逐層拆除鋼筋混凝土支撐，施工地下結(jié)構(gòu)至B1樓板，汽車(chē)坡道范圍設(shè)置工字鋼對(duì)撐換撐，基坑周邊局部設(shè)置工字鋼斜撐換撐，在拆除第1、2道鋼筋混凝土支撐及棧橋后，施工B0樓板。

Ⅱ區(qū)基坑自下而上逐層拆除鋼筋混凝土支撐，施工地下結(jié)構(gòu)至B1樓板，基坑周邊局部設(shè)置工字鋼斜撐換撐。

拆除Ⅱ區(qū)基坑第1（第2）道鋼筋混凝土支撐、棧橋、格構(gòu)柱，鑿除中隔墻至B1樓板，貫通主體結(jié)構(gòu)B0樓板，以同樣方法施工至底板結(jié)構(gòu)貫通。

3 各分基坑現(xiàn)場(chǎng)工況及方案優(yōu)化必要性分析

3.1各分基坑現(xiàn)場(chǎng)工況

在考慮Ⅰ-1分區(qū)、Ⅰ-2分區(qū)、Ⅱ-1分區(qū)三個(gè)相鄰分基坑提前同步施工方案優(yōu)化時(shí)，各分基坑現(xiàn)場(chǎng)工況如下：

Ⅰ-1分區(qū)：于2021年6月21日完成B2層結(jié)構(gòu)，正在施工B1層結(jié)構(gòu)（部分B1層夾層、樓梯完成），預(yù)計(jì)2021年10月上旬完成除暫時(shí)保留棧橋部分以外的B1層結(jié)構(gòu)。

Ⅰ-2分區(qū)：于2021年6月28日完成B2層結(jié)構(gòu)，正在施工B1層結(jié)構(gòu)（部分B1層夾層、樓梯完成），預(yù)計(jì)2021年10月上旬完成除暫時(shí)保留棧橋部分以外的B1層結(jié)構(gòu)。

Ⅰ-3分區(qū)：因不受污染土影響，已于2021年5月6日完成地下結(jié)構(gòu)，于2021年7月31日地上鋼結(jié)構(gòu)封頂，正在進(jìn)行各地上樓層內(nèi)零星鋼結(jié)構(gòu)吊裝、樓層板混凝土等施工。

Ⅱ-1分區(qū)：除東北側(cè)分塊以外區(qū)域的第1道鋼筋混凝土支撐、棧橋完成。

Ⅱ-2分區(qū)：除南端頭、北端頭分塊以外區(qū)域的第1道鋼筋混凝土支撐、棧橋完成。

3.2分基坑提前同步施工方案優(yōu)化的必要性分析

根據(jù)工程總進(jìn)度計(jì)劃，Ⅰ-1分區(qū)是Ⅰ區(qū)基坑施工的關(guān)鍵路線，Ⅱ-1分區(qū)是Ⅱ區(qū)基坑施工的關(guān)鍵路線（服務(wù)整個(gè)項(xiàng)目的35 kVA開(kāi)關(guān)站在Ⅱ-1分區(qū)地下室內(nèi)），Ⅰ-1分區(qū)、Ⅰ-2分區(qū)B1層結(jié)構(gòu)的施工，需要在汽車(chē)坡道范圍設(shè)置工字鋼對(duì)撐換撐，基坑周邊局部設(shè)置工字鋼斜撐換撐后，拆除第2道鋼筋混凝土支撐及第1道鋼筋混凝土支撐、棧橋，棧橋下B1層結(jié)構(gòu)施工與棧橋拆除分塊交替進(jìn)行（為滿足清運(yùn)拆除下來(lái)的支撐、棧橋碎混凝土及B1層勁性鋼柱吊裝的要求）。在局部區(qū)域具備條件后即需開(kāi)始地上鋼結(jié)構(gòu)的吊裝作業(yè)，因場(chǎng)地非常狹小，必將致使場(chǎng)內(nèi)交通組織難度極大，鋼筋加工場(chǎng)及材料堆場(chǎng)需不斷地進(jìn)行位置更換，勢(shì)必嚴(yán)重制約B1層結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)程。為確保工程整體進(jìn)度計(jì)劃大節(jié)點(diǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)布要求及Ⅰ-1分區(qū)、Ⅰ-2分區(qū)、Ⅱ-1分區(qū)這三個(gè)分基坑同步施工的工況條件，進(jìn)行施工方案的技術(shù)優(yōu)化，提前滿足Ⅰ區(qū)基坑與Ⅱ區(qū)基坑的同步施工條件，使工程總進(jìn)度計(jì)劃中的兩分段關(guān)鍵路線變“串聯(lián)”為部分“并聯(lián)”，縮短工程整個(gè)關(guān)鍵路線的時(shí)間，以加快工程整體施工進(jìn)度。

4 分基坑提前同步施工方案的優(yōu)化及實(shí)施

經(jīng)過(guò)仔細(xì)深入分析，咨詢專家意見(jiàn)，嚴(yán)格計(jì)算驗(yàn)證，編制、完善優(yōu)化方案，組織召開(kāi)方案專家論證會(huì)給予論證，以及提交基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)確認(rèn)，并反饋專家意見(jiàn)作最終確認(rèn)，形成切實(shí)可行的優(yōu)化方案，主要采取和實(shí)施的優(yōu)化措施有以下6條[1-3]。

1）以不額外加大基坑圍護(hù)體變形為前提進(jìn)行分析驗(yàn)算，確定在Ⅰ-1分區(qū)、Ⅰ-2分區(qū)沿B1層地下室周邊，在B1樓板以上增加設(shè)置H350 mm×350 mm×12 mm×19 mm工字鋼或φ609 mm鋼管斜撐換撐加固措施（Q345），以控制圍護(hù)地下連續(xù)墻懸臂變形（Ⅰ-3分區(qū)已進(jìn)行地上鋼結(jié)構(gòu)吊裝），斜撐換撐增加設(shè)置情況為：在Ⅰ-1分區(qū)東側(cè)棧橋下及東側(cè)棧橋的北側(cè)增加設(shè)置3根工字鋼斜撐換撐，在Ⅰ-2分區(qū)東側(cè)棧橋下及東側(cè)棧橋的南、北兩側(cè)增加設(shè)置6根工字鋼斜撐換撐，在Ⅰ-2分區(qū)東南側(cè)基坑轉(zhuǎn)角的北側(cè)增加設(shè)置3根鋼管斜撐換撐，在Ⅰ-2分區(qū)南側(cè)棧橋下及南側(cè)棧橋的東、西兩側(cè)增加設(shè)置4根工字鋼斜撐換撐。在鋼筋混凝土支撐或棧橋格構(gòu)柱位置的B1樓板板面做鋼筋混凝土矮柱，矮柱內(nèi)設(shè)置鋼板預(yù)埋件，作為斜撐換撐腳部支撐點(diǎn)，對(duì)應(yīng)位置剝除圍護(hù)地下連續(xù)墻內(nèi)側(cè)鋼筋保護(hù)層至露出主筋，在圍護(hù)地下連續(xù)墻主筋上焊接后置鋼板埋件，鋼板與圍護(hù)地下連續(xù)墻之間的空隙用灌漿料填實(shí)，作為斜撐換撐頂部支撐點(diǎn)。增加設(shè)置的斜撐換撐安裝到位后，再開(kāi)始拆除第1、2道鋼筋混凝土支撐及棧橋（圖3、圖4）。

圖3 增加設(shè)置斜撐換撐

圖4 Ⅰ-2分區(qū)東南側(cè)增加斜撐

2）Ⅱ-1分區(qū)第1道鋼筋混凝土支撐以下的土方開(kāi)挖時(shí)，Ⅰ-1分區(qū)、Ⅰ-2分區(qū)對(duì)應(yīng)區(qū)域的第1道鋼筋混凝土支撐先不拆除（Ⅰ-3分區(qū)B0樓板以及樓板與中隔墻之間的換撐已完成），待Ⅱ-1分區(qū)該區(qū)域的第2道鋼筋混凝土支撐施工完成、達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再進(jìn)行拆除，以避免Ⅱ-1分區(qū)因“谷倉(cāng)土壓力”而使鋼筋混凝土支撐受拉。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況為：Ⅱ-1分區(qū)先行開(kāi)挖西北側(cè)的1-1分塊、1-2分塊、2-1分塊、2-2分塊，對(duì)應(yīng)Ⅰ-1分區(qū)西南角與Ⅰ-2分區(qū)西北角的第1道鋼筋混凝土角撐暫時(shí)先不拆除（因場(chǎng)地狹小，之前按照經(jīng)圍護(hù)設(shè)計(jì)確認(rèn)的臨時(shí)板方案，對(duì)鋼筋混凝土角撐進(jìn)行了工字鋼加固及在鋼筋混凝土角撐面上澆筑了鋼筋混凝土板，作為臨時(shí)鋼筋加工場(chǎng)地，暫緩拆除也延長(zhǎng)了該兩塊場(chǎng)地的使用時(shí)間，一定程度上緩解了短時(shí)間內(nèi)的場(chǎng)地緊張狀況），該兩部分角撐及臨時(shí)板直至Ⅱ-1分區(qū)對(duì)應(yīng)區(qū)域的第2道鋼筋混凝土支撐施工完成后才進(jìn)行拆除（圖5）。

圖5 Ⅰ-1分區(qū)西南角第1道鋼筋混凝土角撐暫時(shí)保留

3）Ⅱ-1分區(qū)三處端頭區(qū)域（1-1分塊、4-1分塊、4-2分塊）采取有效措施保證鋼筋混凝土角撐軸力傳遞至中隔墻。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況為：Ⅱ-1分區(qū)西北側(cè)（1-1分塊）和東北側(cè)（4-1分塊）的鋼筋混凝土角撐面上，按照補(bǔ)充圍護(hù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)黾釉O(shè)置鋼筋混凝土板帶，待板帶混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再拆除Ⅰ-1分區(qū)對(duì)應(yīng)區(qū)域的鋼筋混凝土角撐，因場(chǎng)地狹小，Ⅱ-1分區(qū)的污染水處理設(shè)備及蓄水設(shè)施布置在該兩塊板帶上，待Ⅱ-1分區(qū)的污染水處理完成后，該兩塊場(chǎng)地作為臨時(shí)輕型材料堆場(chǎng)，一定程度上緩解了短時(shí)間內(nèi)的場(chǎng)地緊張狀況；Ⅱ-1分區(qū)東南側(cè)（4-2分塊）背靠Ⅰ-2分區(qū)的對(duì)應(yīng)區(qū)域，暫時(shí)保留一根鋼筋混凝土角撐以承受側(cè)向荷載，該鋼筋混凝土角撐所在區(qū)域塊的B0樓板暫緩施工，待Ⅱ-1分區(qū)東南側(cè)（4-2分塊）的第2道鋼筋混凝土支撐施工完成、達(dá)到強(qiáng)度要求后，再拆除此根暫時(shí)保留的鋼筋混凝土角撐，以及補(bǔ)缺該區(qū)域塊的B0樓板（圖6～圖8）。

圖6 新增角撐板帶及保留角撐

圖7 Ⅱ-1分區(qū)1-1分塊新增板帶

圖8 對(duì)應(yīng)區(qū)域暫時(shí)保留的一根角撐

4）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，通過(guò)計(jì)算整體復(fù)核Ⅱ-1分區(qū)圍護(hù)地下連續(xù)墻、鋼筋混凝土支撐與棧橋，以及Ⅰ-1分區(qū)、Ⅰ-2分區(qū)的汽車(chē)坡道范圍工字鋼對(duì)撐換撐、基坑周邊局部工字鋼斜撐換撐、基坑周邊局部增加設(shè)置的工字鋼或鋼管斜撐換撐結(jié)構(gòu)后，確定調(diào)整Ⅰ-1分區(qū)和Ⅰ-2分區(qū)的B1樓板與中隔墻之間的回頂范圍，即增加B1層水平結(jié)構(gòu)的回頂截面，把B1樓板先行跳倉(cāng)施工窄板帶作為連接支撐回頂截面改為B1層水平結(jié)構(gòu)（所有B1樓板及梁結(jié)構(gòu)）全截面施工至中隔墻邊，以實(shí)現(xiàn)滿頂（Ⅰ-3分區(qū)B1樓板、B0樓板以及B1樓板、B0樓板與中隔墻之間的換撐已完成），確保滿足受力要求，從而嚴(yán)格控制基坑圍護(hù)體的變形。

5）Ⅱ-1分區(qū)第1道鋼筋混凝土支撐以下的土方自西北側(cè)向東南側(cè)及東北側(cè)臺(tái)階式分層放坡開(kāi)挖，臺(tái)階式逐層施工第2、3、4道鋼筋混凝土支撐，分層開(kāi)挖的每層厚度不超過(guò)3 m、縱向動(dòng)態(tài)放坡坡度不大于1∶1.5，分層開(kāi)挖的相鄰臺(tái)階之間的凈間距確保大于一個(gè)分塊長(zhǎng)度，每層土方開(kāi)挖分塊與鋼筋混凝土支撐施工布置塊相互對(duì)應(yīng)，鋼筋混凝土支撐施工緊跟挖土進(jìn)度，盡可能縮短每層土方開(kāi)挖完成后到鋼筋混凝土支撐形成之間的基坑暴露時(shí)間，在第5層土方開(kāi)挖時(shí)，進(jìn)一步細(xì)分小塊，隨挖土隨澆筑混凝土墊層，如果有因如污染土等不確定因素影響而導(dǎo)致基坑圍護(hù)體變形過(guò)大情況的發(fā)生，則采取雙層雙向加筋墊層等措施及時(shí)形成“對(duì)撐”結(jié)構(gòu)，并盡快完成每個(gè)分塊底板的混凝土澆筑，以嚴(yán)格控制基坑變形速率，確保基坑安全（圖9）。

圖9 土方放坡開(kāi)挖縱向示意

6）針對(duì)可能因污染土影響而致使基坑施工周期延長(zhǎng)，從而導(dǎo)致基坑圍護(hù)體變形過(guò)大等情況，進(jìn)一步編制基坑施工緊急預(yù)案，全面深入分析可能會(huì)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，細(xì)化引起風(fēng)險(xiǎn)的各項(xiàng)因素。針對(duì)各項(xiàng)因素，制定有針對(duì)性的應(yīng)急措施，其中針對(duì)降水井的管理、保護(hù)、保養(yǎng)、維修，安排專人負(fù)責(zé)，要求每天對(duì)所有降水井進(jìn)行一遍地毯式排查，如發(fā)現(xiàn)有被損壞的情況，立即進(jìn)行修復(fù)，尤其從開(kāi)挖第3層土方開(kāi)始，著重關(guān)注減壓井是否有被損壞的情況，若有，則第一時(shí)間進(jìn)行修復(fù)，嚴(yán)格控制好承壓水對(duì)基坑的影響，以及每天審查、核對(duì)降水情況，確保地下水位隨時(shí)滿足開(kāi)挖條件要求，并在現(xiàn)場(chǎng)做好常規(guī)應(yīng)急設(shè)備和應(yīng)急材料方面的準(zhǔn)備，以便風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)能第一時(shí)間啟動(dòng)應(yīng)急措施，高效控制突發(fā)事態(tài)的發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

按照經(jīng)各方確認(rèn)的Ⅰ-1分區(qū)、Ⅰ-2分區(qū)、Ⅱ-1分區(qū)三個(gè)相鄰分基坑同步施工的優(yōu)化方案，認(rèn)真落實(shí)以上各項(xiàng)措施后，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果為：Ⅰ-1分區(qū)除暫時(shí)保留棧橋區(qū)域以外的B0樓板于2021年10月5日完成，上部鋼結(jié)構(gòu)于2021年9月17日開(kāi)始東北側(cè)E塔樓的局部吊裝，Ⅰ-2分區(qū)除暫時(shí)保留棧橋區(qū)域以外的B0樓板于2021年10月4日完成（西南角暫時(shí)保留一根鋼筋混凝土角撐區(qū)域塊的B0樓板于2021年9月29日完成），上部鋼結(jié)構(gòu)于2021年9月26日開(kāi)始西南側(cè)C塔樓的局部吊裝。

如果按照原施工方案實(shí)施的話，Ⅱ-1分區(qū)第2層土方開(kāi)挖最早需從2021年10月6日開(kāi)始，而實(shí)施三個(gè)相鄰分基坑提前同步施工優(yōu)化方案后，Ⅱ-1分區(qū)實(shí)際于2021年8月4日開(kāi)始第2層土方開(kāi)挖，比原施工方案提前了63 d，即工程整體進(jìn)度計(jì)劃的關(guān)鍵路線工期提前了63 d。

在確保基坑安全的前提下，通過(guò)嚴(yán)格計(jì)算驗(yàn)證，因地制宜地制定滿足“時(shí)空效應(yīng)”要求的優(yōu)化施工方案，盡可能地縮短非必要的時(shí)間，大大加快了施工進(jìn)度，從而給本項(xiàng)目后續(xù)的施工提供了較大的彈性進(jìn)度空間，為實(shí)現(xiàn)整體工程的進(jìn)度目標(biāo)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)當(dāng)前類似基坑工程的方案優(yōu)化具有一定的參考價(jià)值。隨著超深、超大基坑工程數(shù)量越來(lái)越多，該項(xiàng)優(yōu)化技術(shù)具有廣泛的借鑒應(yīng)用前景。