超大超深基坑工程中心區無支撐化順作施工技術

同濟大學 上海 200092

0 引言

隨著我國城市建設的迅猛發展，超大超深基坑工程的數量和規模逐年攀升，且這些基坑工程往往位于城市中心區域，基坑施工工程量大、環境保護要求高，因此，采用何種施工方法不僅涉及基坑施工速度、變形控制，還對工程造價產生重大影響。傳統順作法和逆作法的優缺點都很顯著，故越來越多的基坑工程都結合自身的實際情況，劃分不同的區域分別采用適宜的施工方式，如上海中心大廈主樓區順作、裙房區逆作，上海仲盛商業中心中心島順作、周邊環板逆作，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勢，加快了基坑施工速度，減少了對周邊環境的影響，降低了工程成本投入，取得了良好的實施效果[1-3]。

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行研究，提出了無支撐順作施工方案，即利用周邊分區基坑已完成地下室作為中心區基坑的支護體系，中心區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浦東南路以東、商城路以北、南泉北路以西、世紀大道以南圍繞地塊。基地形狀為不規則六邊形，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）。

圖1 浦東金融廣場工程總平面示意

基坑工程占地面積42 000 m2，采用地下連續墻的圍護結構，坑內地下連續墻將整個基坑分為8個分區基坑，分別為1-a、1-b、2-a、2-b、3-a、3-b、4、5區，如圖2所示。其中北側5個分區基坑區域為地下4層，開挖深度為20 m，坑內采用4道鋼筋混凝土水平支撐；南側靠近軌道交通9號線的3個分區基坑區域為地下3層，開挖深度為16.80 m，坑內采用首道鋼筋混凝土支撐加3道鋼支撐。

圖2 浦東金融廣場基坑分區平面示意

基坑周邊環境復雜，包含有交通主干道、市政管線網、鄰近建筑物及運營中軌交線路，其中基坑西北側的超高層建筑世界廣場基礎距本基坑圍護結構最近處為11 m，基坑北側為運營中軌交2號線東昌路站，基坑南側為運營中軌交9號線商城路站，車站主體結構與本基坑工程南側圍護共墻。

2 中心區基坑方案及優化

根據原施工工況，待1-a、1-b區出±0.00 m，2-a、2-b區底板完成后，3-a區基坑工程開始第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底板，結構回筑采用拆1道支撐回做1層結構的方式進行，最后拆除3-a區與各分區基坑間分隔墻。

根據現場實際施工進度，2-a、2-b區基礎底板于2014年1月完成，1-b區出±0.00 m于2014年8月完成，1-a區出±0.00 m于2014年10月完成，即滿足3-a區進行第2層土方開挖的施工條件。2014年10月，2-b區亦完成地下室結構出±0.00 m、2-a區完成地下2層結構（第1道支撐棧橋保留）。

通過對其實際工況進行分析，3-a區基坑距離整個基坑外側圍護墻最短不小于40 m，且相鄰各分區基坑已基本完成地下室框架結構體系，因此，以3-a區相鄰分區基坑地下室框架結構體系作支護體系的條件已滿足，故對3-a區基坑施工進行以下優化：取消3-a區基坑內水平支撐系統；在挖土階段隨土方開挖拆除3-a區與相鄰分區基坑間的分隔墻。

因此，3-a區基坑采用無支撐化施工，即由上而下分11層開挖（第1層土方開挖已完成），隨土方開挖逐層開鑿3-a區與1-a、1-b、2-b間的分隔墻（3-a區與2-a區之間分隔墻保留），開挖至坑底后進行結構底板施工，由下而上回筑地下室結構[4-6]。

3 中心區基坑優化方案數值模擬

根據3-a區基坑優化方案建立分析模型，鄰近商業樓部分的地下室邊界施加水平約束，原2-b區與1-a區和1-b區間的分隔墻保留。

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，整個基坑外側水土壓力直接施加到地下室外墻上，如圖4所示。

圖3 結構分析模型

圖4 外圍水土壓力施加

如圖5、圖6所示，整體地下室框架結構x、y向的位移主要在1～2 mm之間；同時可以發現，保留的2道墻對整體結構位移起到了一定的重新分布的作用。

圖5 地下室結構在水土壓力下x向位移

圖6 地下室結構在水土壓力下y向位移

同時對無支撐化順作施工工況下的地下室核心筒剪力墻、樓板應力進行了模擬分析，應力較大位置主要集中在剪力墻角部和洞口邊，但附加內力和附加應力的數值都相對較小，滿足設計要求。

4 中心區域基坑無支撐化順作施工

4.1 施工前準備工作

為減小無支撐開挖對主體結構的影響，采取如下措施：

1）3-a區開挖前需要臨時封閉1-a、1-b、2-b區內B3、B2、B1板的沉降后澆帶，保證結構的整體性和結構強度；

2）3-a區開挖前通過在分隔墻上開洞的方式將3-a區與1-a、1-b、2-b區間分隔墻位置處的一圈結構主梁在B1、B2、B3層上均連成環梁，增加邊緣結構整體剛度；

3）3-a區開挖過程中，保留2-b區與1-a、1-b區間分隔墻，并在已完成結構與分隔墻之間按50%施工混凝土板撐，混凝土板撐長度500 mm，間距1 m。

4.2 降水施工

由于3-a區采用無支撐化施工，故需對降壓井采取保護措施：保留降壓井位置附近的格構柱，通過抱箍形式將降壓井與格構柱進行固定，并繞降壓井一圈搭設鋼管圍護，避免挖土過程中被挖機損壞。

4.3 土方施工

1）3-a區第1道支撐棧橋拆除完成后，開始進行第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2-a區棧橋作為出土口。

2）第2、3層土方開挖采用3臺大挖機先沿3-a區與1-a、1-b、2-b區分隔墻向基坑內開挖出寬10 m的鎬頭機操作面，操作面開挖完成后再用鎬頭機由東向西進行退挖，完成該層土方開挖，土方開挖采用1∶1.15放坡。土方車直接進入基坑內裝運土方，再通過2-a區棧橋出入基坑，第3層土方開挖時土方車通過3-a區與2-a區棧橋交界處1∶5放坡上下2-a區棧橋。

3）第4～6層土方開挖先由3臺大挖機沿3-a區與1-a、1-b、2-b區分隔墻向基坑內開挖出寬10 m的鎬頭機操作面，然后采用3臺大挖機在坑內翻土，由東向西駁運土方至3-a區基坑西側棧橋處，2臺長臂挖機于棧橋上取土，最后由土方車外運。

4）第7～11層土方開挖時，將3-a區西側前期保留棧橋拆除，將取土點設置在東側2-b區首層結構樓面上，坑內3臺大挖機在坑邊翻土，先沿3-a區與1-a、1-b、2-a區分隔墻向基坑內開挖出寬10 m的鎬頭機操作面（2-b區一側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區東側基坑邊，由2臺長臂挖機（第10、11層土方開挖時采用2臺克令吊）于2-b區首層結構樓板上取土，最后由土方車外運，如圖7所示[7-9]。

圖7 土方開挖典型工況

4.4 支撐棧橋及分隔墻拆除施工

1）先拆除3-a區第1道支撐棧橋，隨土方開挖，由上至下逐層開鑿3-a區與1-a、1-b、2-b間的分隔墻（3-a區與2-a區之間分隔墻保留），分隔墻鑿除深度高于土方開挖面以上0.50 m。

2）在分隔墻拆除作業面與結構交界處設置安全防護網，保護已完成結構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 信息化監測及結果

3-a區無支撐化順作施工過程中，要求監測單位在進行基坑及周邊環境持續監測的基礎上，對3-a區相鄰分區基坑內的核心筒剪力墻角部和結構大開洞處設置裂縫監測點。

3-a區基坑施工完成出±0.00 m后，根據監測結果顯示，相鄰分區基坑已完成地下室結構累計變形1～2 mm，整個基坑外側圍護墻深層水平位移最大不超過1.80 mm，滿足要求；地下室結構樓板未發現有裂縫的情況。

6 結語

本工程3-a區基坑施工方案優化后采用無支撐化順作施工，加快了土方開挖節奏和地下室回筑速度，取得了良好的社會效益和經濟效益：

1）無支撐化施工取消3道鋼筋混凝土支撐，節約了鋼筋、混凝土等建筑材料和模板、鋼管扣件等周轉材料的使用，節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分隔墻，與原方案中分隔墻暗拆施工相比，節約了通風、照明設施的費用；

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到強度后再開挖下1層土方，土方開挖節奏加快，同時改善了土方開挖條件，土方開挖速度加快；地下室結構回筑時，無需待拆除混凝土支撐后再施作結構，地下室結構施工速度加快，減少了大量的施工間歇時間，節約了3-a區基坑的施工工期；

4）3-a區基坑與相鄰分區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，而且在地下室結構回筑時，即可將3-a區地下室與周邊地下室結構進行連接，減少了結構施工縫的產生，更好地保證了結構施工質量[10,11]。