較大高差相鄰基坑同步施工工藝探索

房浩

[上海城建市政工程（集團）有限公司，上海市 200065]

0 引言

工業建筑中通常包含水池結構，其深度通常比廠房的基礎開挖深度更深。由于兩者結構是相連的，當高差超過一定程度，需要采用不同的圍護形式時，基坑圍護與基礎結構施工就產生了沖突，相互制約，對基坑施工的質量、安全、工期提出了更高的要求[1]。近年來行業內對于深基坑的研究論著較多，對類似工況的研究相對較少。戴斌等[2]研究了同步開挖的基坑間設置合理的緩沖區寬度；陶東軍等[3]運用MIDAS對相鄰基坑開挖后本體基坑在位移、支撐軸力等方面的變化做了分析；高芬芬等[4]考慮了軟土地區相鄰基坑同時開挖各工序的安全風險控制措施；周婉[5]針對某個不等深基坑的同步開挖的設計思路進行了探討；陸麗君[6]對分區基坑同步開挖的可行性進行了論證。以上的論證分析都是基于分區基坑，對于結構相連接的相鄰基坑則比較少見。為此，本文結合某個實際項目的施工，對這種工況的施工工藝進行了總結和分析，對如何行程更加科學、經濟的施工工藝進行了分析和研究。

1 工程概況

在某個廠房建筑中，主要包括廠房主體和水池結構，廠房的基礎梁與水池側墻相連。廠房區域長68.3 m，寬50.75 m，樁基礎頂標高為-2.100 m，開挖深度2.3 m，采用放坡開挖；水池區域包括3個小水池，總長度也是68.3 m，寬11.85 m，樁頂標高為-5.100 m，開挖深度5.3 m，兩個基坑底高差為3 m。由于基坑周邊場地狹小，不具備放坡條件，因此采用12 m拉森鋼板樁+1道樁頂水平支撐。平面圖、斷面示意圖如圖1和圖2所示。

圖1 基坑平面示意圖（單位：mm）

圖2 基坑斷面示意圖（單位：mm）

在廠房與水池同步施工過程中，出現了廠房基礎梁與水池圍護結構相沖突的問題。水池結構在施工完成、土方回填之前，無法拆除支撐及圍護結構，也就不能將廠房基礎與水池側墻連接形成整體，只能在水池完成以后再施工廠房，這在工期較為緊張的情況下難以滿足建設方的工期要求。

2 幾種施工工藝的優缺點分析

2.1 常規施工工藝

按照由淺到深的順序施工，在較深的基坑施工完成后回填、拔出鋼板樁，再施工較淺的基坑，施工流程圖如圖3各圖所示。這種施工工藝簡單，重點明確，安全可靠，質量控制易于保證，對施工管理水平要求不高，但施工周期長、成本高。施工周期表見表1。

圖3 常規施工工藝流程圖

表1 常規施工工藝施工計劃表

2.2 半同步施工工藝

本項目實際采用的是半同步施工工藝。在較深基坑正常施工的同時，較淺基坑的基礎從另一側開挖并施工，至鋼板樁圍護一定距離停止開挖，以防鋼板樁圍護失去后靠背的支撐而變形；待深基坑施工完成并拔出圍護樁后再進行后續施工，施工流程圖如圖4各圖所示。這種工藝可以部分的加快施工，雖然最終的上部結構的開始施工時間還是受制于較深基坑的完成時間，但可以節省部分基礎、框柱及排架同步施工的工期，施工周期表見表2。此外，淺基坑的基礎分為2個階段施工，如果沒有其他工序施工，則施工工人存在二次進場，對施工管理和經濟管控不利。

圖4 半同步施工工藝流程圖

表2 半同步施工工藝施工計劃表

該工藝如管理得當，可以在不增加額外費用的情況下節約工期，但施工時要做好各道工序之間的銜接，否則將會導致等工、窩工情況，以及材料的浪費。實際上本項目在施工過程中，廠房同步施工范圍30 m，保留安全距離約20 m（保留靠近水池的1條軸線未開挖），平面布置圖如圖5所示。但由于水池施工受到客觀因素影響工期滯后，導致廠房同步開挖區域的基礎早已完成，在排架搭設完成后仍不能施工剩余基礎，最終約有1.7萬m3排架等工1個月，造成直接損失（租金）十余萬元。

圖5 半同步施工現場平面圖

2.3 同步施工工藝

該項目的基坑無法同步施工的難點在于周邊場地狹小，不具備放坡開挖的條件；緊鄰通道，必須采取可靠的圍護措施；土質差，自立高度不超過50cm。針對類似工況，如何施工才能達到節省工期、降低成本的目的，作者進行了相關研究。

要解決深淺基坑同步施工的問題，就要在保證深基坑穩定的同時進行較淺基坑的開挖和施工。由于不能采用削坡的方式降低基坑深度，因此深基坑必然要采用圍護結構。同步施工的難點在于較淺基坑的基礎梁與水池的側墻相連接，深基坑的圍護結構與基礎梁沖突。

方法一是擴大深基坑的圍護，圍護示意圖如圖6所示。但由于淺基坑的基礎梁呈網格狀，除非將整個淺基坑全部包圍起來，否則并沒有解決基礎梁與圍護樁沖突的問題。此外圍護結構平面尺寸過大，還將增加格構柱及臨時支撐，工期大大增加，用無論是從經濟性出發還是從工期考慮都不可行。

圖6 同步施工比選方案示意圖（一）（單位：mm）

方法二是降低靠淺基坑一側的圍護樁，采用角度傾斜的對撐，基礎梁從圍護樁上方與側墻相連，斷面示意圖如圖7所示。這種方法目前未見有先例，圍護支撐的安全性有待驗證，但在基礎梁施工前需要將水池結構與圍護之間的空間進行回填，這將基坑的圍檁都埋在土中，包括這一側的圍護樁都無法拔出。即便采用支撐方式施工基礎梁，后續可以采取特殊措施將圍檁和圍護樁拔出，也將大大增加施工的安全風險，以及基礎梁底部的壓實質量風險。本方案可以在特殊情況下做研究性質的探索，不推薦作為施工方案。

圖7 同步施工比選方案示意圖（二）

方法三是采用剛度和強度更大的圍護結構（如SMW工法），取消對撐和角撐，對交界處的土體進行加固后分別按設計標高同步開挖并施工，圍護及開挖示意圖如圖8所示，施工周期表見表3。這種方案經濟上也是可行的，由于原設計需要對基坑區域的地基采用攪拌樁加固，可直接利用現有的攪拌樁機施工SMW圍護，相比常規施工工藝，只是將拉森鋼板樁替換為H型鋼并增加了鋼筋混凝土地梁，卻節省了交界面的一排鋼板樁，整體經濟性相差無幾。

表3 同步施工工藝施工計劃表

圖8 同步施工比選方案示意圖（三）

2.4 各種施工工藝比較

以上幾種工藝各有優缺點，通過對以上幾種施工工藝的特點、安全性等多個方面進行進行比較，對比情況見表4。

表4 各種施工工藝特點比較

3 同步施工關鍵控制點分析

3.1 驗證圍護方案的安全性

本文同步施工工藝中，深基坑的圍護結構是非常規形式，由于取消了對撐和角撐，坑底以上的圍護結構處于懸臂狀態，圍護后方存在土壓力、車輛荷載；地基加固可以認為是另一側的基坑圍護，在其附近區域同步施工時也將對基坑的安全性造成不利影響。因此必須要充分考慮現場的施工工況，驗證圍護方案的安全性。

3.2 深淺基坑交界處的細部處理

在采取了水泥土攪拌樁進行地基加固后，垂直開挖深度還沒有具體研究，參照黏土的極限垂直高度3.84 m，可以認為該工況下可以垂直開挖。深基坑結構在這一側采用貼邊法施工，在垂直的開挖面上張貼外防水并當做澆筑側墻混凝土的外模。這里有個待解決的問題就是結構底板通常超出側墻20~30 cm，以及素混凝土傳力帶，如采用同步施工工藝則需要予以取消，如圖9（a）所示。

圖9 同步施工設計優化

此外垂直開挖面的精度也直接影響到后續施工的，如表面不平整還需要采用一些材料進行填充，過大的空隙還可能會對基礎梁的墊層施工帶來困難。實際施工的話可以考慮采用噴射混凝土對開挖面進行修面，同時也起到保護開挖面的作用，如圖9（b）所示。

3.3 基礎梁與側墻連接的細部處理

基礎梁與側墻連接施工，一次澆筑?；A梁底標高為-2.3 m，頂標高-1.7 m，側墻頂標高為0 m，因此在連接處有1.7 m高的混凝土壓力，在澆筑混凝土時要調整澆筑順序，先將側墻澆筑至基礎梁頂，然后立即澆筑基礎梁，并且在側墻混凝土初凝前澆筑完成后再返回澆筑側墻上方的混凝土，如圖10所示。此時應控制澆筑速度，防止澆筑過快導致過大的壓力將連接處的混凝土擠變形，甚至破壞初凝的基礎梁混凝土。

圖10 基礎梁及側墻澆筑順序

4 結 語

通過對工程項目的實踐，總結了在具有較大高差的相鄰基坑施工中存在的問題，提出了一種同步施工工藝，在滿足安全質量的基礎上，并且費用沒有明顯增加的前提下，可以較快的完成施工任務。圍護的設計及施工，交界面的處理及澆筑順序是否得當對安全和質量有密切聯系，因此該工藝對對施工現場的精細化管理水平提出一定的要求。

在實際應用中，尤其在市區等場地比較緊張的工地，可以進一步采用全貼邊法施工，并且如果高差進一步增加，可以在土體內打入土釘等措施，并采用UHPC混凝土進行噴射施工，增加圍護的安全系數。