復雜環境中的狹長基坑支撐設計及挖土逆作法施工技術*

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

1 工程概況

上海陸家嘴中心區Z4-2地塊公共綠地綜合改造工程基坑面積約11 160 m2，①區挖深18.9 m、②區挖深15 m。基坑外形呈L形，其中靠上海中心一側的②區東西向長115 m、南北向寬25.2 m。

基地東側及北側為上海環球金融中心大廈，環球中心基坑距離本工程基坑10～15 m；西側及南側為銀城中路地下通道，通道基坑距離本工程基坑8～25 m。基坑西側、南側圍墻外側分布有電力、上水、燃氣、信息等多條地下管線。且靠上海中心一側基坑需先進行上海中心地下通道工作井施工，暫無法正式施工[1,2]。

2 工程難點

1）本工程周邊環境復雜，銀城中路地下通道及環球中心地下連續墻最近距離8 m。圍墻外側地下管線眾多。

2）基坑標高6.4 m處加設混凝土水平支撐后，地下室最后層土方開挖凈高2.7 m。

3）②區挖土口設置較少，土方坑內駁運距離較長。

3 原設計支撐方案

本工程②區第1道及第2道支撐均利用B0層結構樓板（+4.8 m標高）及B1層結構樓板（-2.6 m標高）作為水平支撐，在-6.4 m標高處增加了1道鋼筋混凝土水平支撐。

4 支撐方案的優化

4.1 首層棧橋方案調整

1）原棧橋設計：為滿足現場交通組織的需要，在第1道支撐上設置鋼筋混凝土棧橋板，棧橋平面布置見圖1。棧橋設置在一邊將造成坑內土方需駁運2根軸線，駁運距離較長，且原棧橋方案中棧橋寬6.8 m，無法滿足挖機與土方運輸車輛同時工作的道路寬度要求。

圖1 ②區棧橋平面布置示意

2）調整方案：擬將首道支撐上的棧橋移至中間軸線，調整后棧橋位置見圖2。考慮到棧橋移位后，棧橋跨度加大，原棧橋區域截面尺寸為800 mm×800 mm的支撐梁截面需加大至800 mm×1 100 mm。棧橋調整后，土方駁運距離為6～7 m，棧橋通行寬度增加至10 m。

4.2 基坑標高-6.4 m處臨時支撐優化

1）原支撐設計：基礎底板墊層底標高為-9.7 m，臨時支撐中心標高為-6.4 m，臨時支撐至基礎底板土方開挖凈高僅2.9 m，無法采用常規挖機進行開挖，影響挖土效率。

圖2 ②區棧橋調整后平面布置示意

2）優化原因：②區基坑北側距離環球金融中心基坑8～10 m，環球基坑地下4層，埋深17.85 m，2個基坑之間均為環球施工時回填土方，土體側向應力較小；南側距離已建成的銀城中路下立交25.3 m，埋深-9.07～-9.74 m，土體側向應力計算時可適當減小。考慮到原鋼筋混凝土支撐將造成挖土速度過慢，底板形成時間較長，不利于基坑周邊圍護墻體的變形控制。

3）優化方案：取消-6.4 m標高處臨時鋼筋混凝土支撐，采用在-3.3 m結構樓板下設置斜向牛腿加腋取代臨時支撐。每根框架梁底均設置1個斜向牛腿加腋，牛腿長度2 m、寬度0.6 m，牛腿下端錨固連接至地下連續墻一側環梁內，上端錨固連接至-3.3 m結構框架梁內，加腋部分在后續施工過程中進行鑿除。斜向牛腿加腋做法如圖3所示。調整后-3.3 m結構主梁底標高為-4.5 m，最后一層土方開挖凈高為5.2 m，可以滿足普通PC110挖機3.5 m的操作高度要求，并可提高最后層土方的開挖速度，以確保基礎底板盡快形成，減小坑底土的暴露時間，從而有效地控制基坑變形。

圖3 斜向牛腿加腋做法示意

5 挖土施工技術

5.1 施工原則

1）狹長基坑開挖擬參照地鐵基坑開挖的施工要求，嚴格按照時空效應的理論，分層、分段進行開挖，并遵循“隨撐隨挖、分層開挖、嚴禁超挖”的原則。

2）每層土方開挖前，必須進行充分的預降水，確保地下水位降至當前開挖面以下1 m；第2層以下土方開挖前，支撐或代替支撐的框架混凝土強度需達到設計強度后方可進行開挖。

3）每層土方應分段進行開挖，做到隨挖隨撐。每段開挖長度不超過30 m，每段開挖完成后，必須在12 h內澆筑墊層混凝土。

4）土方開挖采用逆作法施工技術，設Q1～Q6共6個取土口，每個取土口對角線長度均大于10 m，以便長臂挖機進行取土。

5.2 施工技術方案

1）施工區域劃分：考慮到基坑較為狹長，周邊環境復雜，為控制基坑變形，將②區劃分為4個施工區域，分區情況見圖4。

圖4 ②區施工區域劃分示意

2）施工流程：Ⅰ段→Ⅱ段→Ⅲ段→Ⅳ段。

3）首層土方開挖：從自然地坪（+4.00 m）開挖至+2.55 m（B0層結構板底2 m標高），采用2臺PC200挖機從Ⅰ段向Ⅳ段方向進行大開挖，并搭設高1.8 m短支排架依次施工B0層結構。

4）第2層土方開挖：從+2.55 m開挖至-1.50 m（B1層夾層結構板底2 m標高），在棧橋上布置2臺PC330挖機負責取土，另在坑內布置6臺PC110挖機負責土方坑內駁運。

5）第3層土方開挖：從-1.50 m開挖至-5.50 m（B1層結構板底2 m標高），在棧橋上布置2臺長臂挖機負責取土，另在坑內布置6臺PC110挖機負責土方坑內駁運。

6）第4層土方開挖：從-5.50 m開挖至-9.70 m（基礎墊層底標高），在棧橋上布置2臺抓斗負責取土，另在坑內布置6臺PC110挖機負責土方坑內駁運及收底。

6 結語

基礎底板完成混凝土澆筑時，基坑變形、周邊管線位移、建（構）筑物沉降均在有效控制范圍之內，滿足設計及相關主管單位的控制要求。施工過程中，在確保基坑變形控制及周邊環境安全的前提下，通過對狹長基坑逆作法支撐方案的優化、調整及挖土方案的合理選擇，成功地提高了逆作法土方開挖的施工速率，很好地解決了逆作法挖土凈高不足的施工難題，為同類型工程提供了借鑒[3,4]。