經(jīng)驗介紹：超大超深基坑工程中心區(qū)無支撐化順作施工技術(shù)
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作者：張毅
隨著我國城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，超大超深基坑工程的數(shù)量和規(guī)模逐年攀升，且這些基坑工程往往位于城市中心區(qū)域，基坑施工工程量大、環(huán)境保護(hù)要求高，因此，采用何種施工方法不僅涉及基坑施工速度、變形控制，還對工程造價產(chǎn)生重大影響。傳統(tǒng)順作法和逆作法的優(yōu)缺點都很顯著，故越來越多的基坑工程都結(jié)合自身的實際情況，劃分不同的區(qū)域分別采用適宜的施工方式，如上海中心大廈主樓區(qū)順作、裙房區(qū)逆作，上海仲盛商業(yè)中心中心島順作、周邊環(huán)板逆作，上海莘莊龍之夢廣場中心順作、周邊踏步式逆作等。這種施工思路綜合了順作法和逆作法的優(yōu)勢，加快了基坑施工速度，減少了對周邊環(huán)境的影響，降低了工程成本投入，取得了良好的實施效果。
本文基于這種施工思路，對上海市浦東金融廣場項目基坑工程實施過程中的施工工況進(jìn)行研究，提出了無支撐順作施工方案，即利用周邊分區(qū)基坑已完成地下室作為中心區(qū)基坑的支護(hù)體系，中心區(qū)基坑取消水平支撐的施工方法。
1 工程概況
上海市浦東金融廣場基坑工程位于上海市浦東新區(qū)浦東南路以東、商城路以北、南泉北路以西、世紀(jì)大道以南圍繞地塊�；匦螤顬椴灰�(guī)則六邊形，東西向最長為280 m，南北向最寬為240 m，占地面積約為48 500 m2，由1幢40層塔樓、2幢20層塔樓、1幢11層商業(yè)中心、1層公交樞紐站和3-4層地下室組成，建筑面積約472 000 m2（圖1）。
基坑工程占地面積42 000m2，采用地下連續(xù)墻的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，坑內(nèi)地下連續(xù)墻將整個基坑分為8個分區(qū)基坑，分別為1-a、1-b、2-a、2-b、3-a、3-b、4、5區(qū)，如圖2所示。其中北側(cè)5個分區(qū)基坑區(qū)域為地下4層，開挖深度為20 m，坑內(nèi)采用4道鋼筋混凝土水平支撐；南側(cè)靠近軌道交通9號線的3個分區(qū)基坑區(qū)域為地下3層，開挖深度為16.80 m，坑內(nèi)采用首道鋼筋混凝土支撐加3道鋼支撐。
基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，包含有交通主干道、市政管線網(wǎng)、鄰近建筑物及運營中軌交線路，其中基坑西北側(cè)的超高層建筑世界廣場基礎(chǔ)距本基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最近處為11 m，基坑北側(cè)為運營中軌交2號線東昌路站，基坑南側(cè)為運營中軌交9號線商城路站，車站主體結(jié)構(gòu)與本基坑工程南側(cè)圍護(hù)共墻。
2 中心區(qū)基坑方案及優(yōu)化
根據(jù)原施工工況，待1-a、1-b區(qū)出士0.00 m，2-a、2-b區(qū)底板完成后，3-a區(qū)基坑工程開始第2層土方開挖，采用挖1層土做1道支撐的流程施工至基礎(chǔ)底板，結(jié)構(gòu)回筑采用拆1道支撐回做l層結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行，最后拆除3-a區(qū)與各分區(qū)基坑間分隔墻。
根據(jù)現(xiàn)場實際施工進(jìn)度，2-a、2-h區(qū)基礎(chǔ)底板于2014年1月完成，1-b區(qū)出±0.00m于2014年8月完成，l-a區(qū)出±0.00 m于2014年10月完成，即滿足3-a區(qū)進(jìn)行第2層土方開挖的施工條件。2014年10月，2-b區(qū)亦完成地下室結(jié)構(gòu)出±0.00 m、2-a區(qū)完成地下2層結(jié)構(gòu)（第1道支撐棧橋保留）。
通過對其實際工況進(jìn)行分析，3-a區(qū)基坑距離整個基坑外側(cè)圍護(hù)墻最短不小于40 m，且相鄰各分區(qū)基坑已基本完成地下室框架結(jié)構(gòu)體系，因此，以3-a區(qū)相鄰分區(qū)基坑地下室框架結(jié)構(gòu)體系作支護(hù)體系的條件已滿足，故對3-a區(qū)基坑施工進(jìn)行以下優(yōu)化：取消3-a區(qū)基坑內(nèi)水平支撐系統(tǒng)；在挖土階段隨土方開挖拆除3-a區(qū)與相鄰分區(qū)基坑間的分隔墻。
因此，3-a區(qū)基坑采用無支撐化施工，即由上而下分1 1層開挖（第1層土方開挖已完成），隨土方開挖逐層開鑿3-a區(qū)與l-a、1-b、2-b間的分隔墻（3-a區(qū)與2-a區(qū)之間分隔墻保留），開挖至坑底后進(jìn)行結(jié)構(gòu)底板施工，由下而上回筑地下室結(jié)構(gòu)。
3 中心區(qū)基坑優(yōu)化方案數(shù)值模擬
根據(jù)3-a區(qū)基坑優(yōu)化方案建立分析模型，鄰近商業(yè)樓部分的地下室邊界施加水平約束，原2-b區(qū)與1-a區(qū)和1-b區(qū)間的分隔墻保留。
分析模型中考慮地下室各樓層樓板恒載，不考慮活荷載，如圖3所示，整個基坑外側(cè)水土壓力直接施加到地下室外墻上，如圖4所示。
如圖5、圖6所示，整體地下室框架結(jié)構(gòu)x、y向的位移主要在1-2 mm之間；同時可以發(fā)現(xiàn)，保留的2道墻對整體結(jié)構(gòu)位移起到了一定的重新分布的作用。
同時對無支撐化順作施工工況下的地下室核心筒剪力墻、樓板應(yīng)力進(jìn)行了模擬分析，應(yīng)力較大位置主要集中在剪力墻角部和洞口邊，但附加內(nèi)力和附加應(yīng)力的數(shù)值都相對較小，滿足設(shè)計要求。
4 中心區(qū)域基坑無支撐化順作施工
4.1施工前準(zhǔn)備工作
為減小無支撐開挖對主體結(jié)構(gòu)的影響，采取如下措施：
1) 3-a區(qū)開挖前需要臨時封閉1-a、l-b、2-b區(qū)內(nèi)B3、B2、B1板的沉降后澆帶，保證結(jié)構(gòu)的整體性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；
2) 3-a區(qū)開挖前通過在分隔墻上開洞的方式將3-a區(qū)與l-a、1-b、2-b區(qū)間分隔墻位置處的一圈結(jié)構(gòu)主梁在B1、B2、B3層上均連成環(huán)梁，增加邊緣結(jié)構(gòu)整體剛度；
3) 3-a區(qū)開挖過程中，保留2-b區(qū)與1-a、l-b區(qū)間分隔墻，并在已完成結(jié)構(gòu)與分隔墻之間按50%施工混凝土板撐，混凝士板撐長度500 mm，間距1m。
4.2降水施工
由于3-a區(qū)采用無支撐化施工，故需對降壓井采取保護(hù)措施：保留降壓井位置附近的格構(gòu)柱，通過抱箍形式將降壓井與格構(gòu)柱進(jìn)行固定，并繞降壓井一圈搭設(shè)鋼管圍護(hù)，避免挖土過程中被挖機(jī)損壞。
4.3土方施工
1) 3-a區(qū)第1道支撐棧橋拆除完成后，開始進(jìn)行第2層土方開挖，分11層開挖至底（第1層土方開挖已完成），西側(cè)2-a區(qū)棧橋作為出土口。
2)第2、3層土方開挖采用3臺大挖機(jī)先沿3-a區(qū)與1-a、1-b、2-b區(qū)分隔墻向基坑內(nèi)開挖出寬10 m的鎬頭機(jī)操作面，操作面開挖完成后再用鎬頭機(jī)由東向西進(jìn)行退挖，完成該層土方開挖，土方開挖采用1：1.15放坡。土方車直接進(jìn)入基坑內(nèi)裝運土方，再通過2-a區(qū)棧橋出入基坑，第3層土方開挖時土方車通過3-a區(qū)與2-a區(qū)棧橋交界處1：5放坡上下2-a區(qū)棧橋。
3)第4-6層土方開挖先由3臺大挖機(jī)沿3-a區(qū)與1-a、l-b、2-b區(qū)分隔墻向基坑內(nèi)開挖出寬10 m的鎬頭機(jī)操作面，然后采用3臺大挖機(jī)在坑內(nèi)翻土，由東向西駁運土方至3-a區(qū)基坑西側(cè)棧橋處，2臺長臂挖機(jī)于棧橋上取土，最后由土方車外運。
4)第7-11層土方開挖時，將3-a區(qū)西側(cè)前期保留棧橋拆除，將取土點設(shè)置在東側(cè)2-b區(qū)首層結(jié)構(gòu)樓面上，坑內(nèi)3臺大挖機(jī)在坑邊翻土，先沿3-a區(qū)與1-a、1-b、2-a區(qū)分隔墻向基坑內(nèi)開挖出寬10 m的鎬頭機(jī)操作面（2-b區(qū)一側(cè)分隔墻待本層土方開挖完成后再鑿除），然后由西向東駁運土方至3-a區(qū)東側(cè)基坑邊，由2臺長臂挖機(jī)（第10、1 1層土方開挖時采用2臺克令吊）于2-b區(qū)首層結(jié)構(gòu)樓板上取土，最后由土方車外運，如圖7所示。
4.4支撐棧橋及分隔墻拆除施工
1)先拆除3-a區(qū)第1道支撐棧橋，隨土方開挖，由上至下逐層開鑿3-a區(qū)與l-a，1-b、2-b間的分隔墻（3-a區(qū)與2-a區(qū)之間分隔墻保留），分隔墻鑿除深度高于土方開挖面以上0.50 m。
2)在分隔墻拆除作業(yè)面與結(jié)構(gòu)交界處設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng)，保護(hù)已完成結(jié)構(gòu)及確保拆除施工安全，另在分隔墻鑿除施工過程中做好灑水防塵工作。
5 信息化監(jiān)測及結(jié)果
3-a區(qū)無支撐化順作施工過程中，要求監(jiān)測單位在進(jìn)行基坑及周邊環(huán)境持續(xù)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，對3-a區(qū)相鄰分區(qū)基坑內(nèi)的核心筒剪力墻角部和結(jié)構(gòu)大開洞處設(shè)置裂縫監(jiān)測點。
3-a區(qū)基坑施工完成出±0.00 m后，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果顯示，相鄰分區(qū)基坑已完成地下室結(jié)構(gòu)累計變形1-2 mm，整個基坑外側(cè)圍護(hù)墻深層水平位移最大不超過1.80 mm，滿足要求；地下室結(jié)構(gòu)樓板未發(fā)現(xiàn)有裂縫的情況。
6 結(jié)語
本工程3-a區(qū)基坑施工方案優(yōu)化后采用無支撐化順作施工，加快了土方開挖節(jié)奏和地下室回筑速度，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益：
1)無支撐化施工取消3道鋼筋混凝土支撐，節(jié)約了鋼筋、混凝土等建筑材料和模板、鋼管扣件等周轉(zhuǎn)材料的使用，節(jié)省了拆除鋼筋混凝土支撐的費用，共計約550萬元人民幣；
2)采用無支撐明挖順作法施工，在土方開挖的同時拆除相鄰區(qū)分隔墻，與原方案中分隔墻暗拆施工相比，節(jié)約了通風(fēng)、照明設(shè)施的費用；
3)無支撐化施工取消3道鋼筋混凝土支撐，無需待混凝土支撐達(dá)到強(qiáng)度后再開挖下1層土方，土方開挖節(jié)奏加快，同時改善了土方開挖條件，土方開挖速度加快；地下室結(jié)構(gòu)回筑時，無需待拆除混凝土支撐后再施作結(jié)構(gòu)，地下室結(jié)構(gòu)施工速度加快，減少了大量的施工間歇時間，節(jié)約了3-a區(qū)基坑的施工工期；
4) 3-a區(qū)基坑與相鄰分區(qū)基坑間分隔墻隨土方開挖由上而下拆除，不僅改善了分隔墻拆除施工條件，而且在地下室結(jié)構(gòu)回筑時，即可將3-a區(qū)地下室與周邊地下室結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，減少了結(jié)構(gòu)施工縫的產(chǎn)生，更好地保證了結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。
7摘要：
以上海浦東金融廣場項目為工程背景，在綜合分析了基坑特點、施工進(jìn)度、環(huán)境影響等因素的基礎(chǔ)上，對中心區(qū)基坑原施工方案進(jìn)行優(yōu)化，提出了無支撐化順作施工方法，并搭建模型對新方案下各施工工況進(jìn)行數(shù)值模擬。工程實踐表明，無支撐化順作施工加快了土方開挖節(jié)奏和地下室回筑速度，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著；且監(jiān)測結(jié)果與計算結(jié)果吻合度較高，滿足設(shè)計要求。
