軟土地區深大基坑逆作法設計技術研究

李雋毅 （上海申元巖土工程有限公司，上海 200011）

1 引言

基坑工程按照施工順序可分為順作法及逆作法施工，傳統常規項目一般順作法施工。逆作法系指基坑支護結構和主體結構相結合的施工工藝，地下室各層主體結構采用自上而下的施工順序，首先施工圍護墻（樁）、結構柱勁性構件和工程樁，然后開挖坑內土方，分層施工地下室結構梁板兼做水平支撐體系、結構柱及工程樁兼做豎向支承體系的施工工藝，在地下室施工期間，也可考慮同步施工地上部分[1-4]。本文以逆作法實際工程為背景，研究了軟土地區深大基坑逆作法設計技術。

2 工程概況及地質條件

本項目位于上海市五角場翔殷路以南、黃興路以東。擬建2棟塔樓（酒店7～25層，辦公樓34層）及商業裙房（3～6層），下設4層地下室。地下室基坑平面上呈倒馬蹄形，東西長約340m，南北寬約110～190m，基坑開挖面積約4.2萬m2，基坑開挖深度為20.45～21.65m。地下室外墻退紅線距離約在4.5～9m，紅線外三側臨路，一側臨近淺基礎建筑，局部距離在12.5～26.4m。周邊道路有國定東路、黃興路及翔殷路，路下埋設有多種市政管線，管線與地下室外墻最近距離為18.6m。具體平面位置如圖1所示。

本工程場地為典型的上海軟土地層。場地淺層富有潛水，該地區淺層第②3層為灰色砂質粉土層，層厚較厚，滲透系數較大，容易產生管涌、流砂等不良地質現象，亦不利于圍護結構施工。具體土層參數詳見表1。

圖1 周邊環境總圖

3 基坑圍護設計概況

本項目基坑采用以地下連續墻作為臨時圍護結構、主體結構梁板為水平支撐體系、結構柱的勁性構件為豎向支承系統的逆作法設計方案。本項目圍護結構平面圖可見圖2。塔樓區位置設置了剛度較大的圓環形鋼筋混凝土臨時支撐構件與地下室主體結構框架體系連為一體，可確保主樓的獨立順作施工，滿足業主對主樓快速向上施工的要求。

考慮到逆作法為暗挖施工，挖土施工速度慢且不方便，為加快出土速度，同時結合核心筒的平面位置，設置了3個圓形出土口。在酒店、辦公兩塔樓處設置2個直徑65m的圓形出土口，在基坑中央區域設置1個直徑90m的圓形出土口，并在90m直徑的圓形出土口內設置了下行棧橋，棧橋通向B2層，在B1層、B2層分別設置有出土平臺；另外根據車行路線的安排，設置了13處較小的矩形出土口。首層樓板開口及行車路線示意圖見圖3。

4 逆作法設計技術要點

4.1 圍護結構采用臨時性的地下連續墻結合三軸水泥土槽壁加固

采用臨時性地墻主要為增大地下室使用空間，在地下室外墻退界距離確定的情況下，地下室外墻越薄，相應的地下室空間就越大。且外墻采用順作法的外防水方式，比常規逆作法內防水的方式，防水可靠。本場地淺層砂土較厚，為避免地墻施工時坍孔、大肚皮，地墻兩側設置了槽壁加固的攪拌樁，以避免開挖時地墻大肚皮影響施工工期和施工質量。本項目在實際開挖過程中，僅發生了局部滲水的情況，也說明了槽壁加固的必要性。

土層物理力學性質綜合成果表1

圖2 圍護結構平面布置圖

圖3 首層樓板開口及行車路線示意圖

圖4 實景圖

4.2 支撐體系以結構梁板為主、核心筒區域則輔以圓環支撐

本基坑圍護結構頂部和腰間設置剛度較大的環梁，與四層結構梁連接，形成完整的四道水平支撐體系。另外，考慮到逆作豎向支撐體系難以確保高層建筑核心筒位置的施工精度要求，因此塔樓區采用了順作法施工，其外圍設置剛度較大的圓環形鋼筋混凝土臨時支撐構件與地下室主體結構框架體系連為一體，這樣既解決支撐體系的難題，又便于主樓的獨立施工，滿足業主對主樓快速向上施工的要求。

圓環支撐的直徑大小是設計的難點，過大的圓環支撐會削弱支撐整體的剛度，且環形支撐位置需承受巨大的軸向壓力，故控制圓環直徑且滿足塔樓區順作法施工及出土需要是關鍵。本項目在酒店、辦公兩塔樓處設置2個直徑65m的圓形出土口，主要基于避開塔樓區核心筒來確定其直徑。對于中間90m的圓環支撐，一方面確保下行棧橋的坡度要求，另一方面需控制圓環開洞不至于影響支撐結構的整體剛度。圍護設計通過有限元模型分析計算了結構梁板逆作情況下的水平受力，圖中矩形小開洞為取土口，圓形為塔樓順作大開洞。

4.3 下行棧橋

對于工程地質條件較好的地區，土方車等施工車輛下坑運土并不少見，但在上海等類似軟土地區則較難，尤其是采用逆作法施工工藝時，受到頂板的限制，車輛下坑運土相當少見，對于挖土受限的逆作法而言，施車輛如能下坑運土顯得極其有意義。本項目在中間90m的圓環支撐位置布置了下行棧橋，棧橋通向B2層，在B1層、B2層分別設置有出土平臺，如圖5、6 所示。

圖5 廣場大圓環內斜棧橋平面圖

圖6 大圓環內斜棧橋剖面圖

圖7 斜棧橋實景圖

圖8 板面高低跨處理示例

4.4 首層結構的平面設計

首層平面結構設計對于逆作法設計相當重要，本項目圍護設計考慮以場地交通運輸為導向，精心設計了場地的分區布置。主要的分區包括行車區域、一般區域、堆場區域、矩形出土口及圓形出土口。同時，首層樓板由于建筑設計的要求，有較多的不規則布置的降板，采用了高差處理節點。

5 基坑實施情況

本項目在基坑施工過程中，第三方監測單位對基坑和周邊環境進行了實時監控，以指導現場信息化施工?；颖O測項目主要包括：圍護墻墻頂位移、圍護墻墻身測斜、深層土體位移、坑內外水位、支撐軸力、立柱沉降、周邊建筑及管線位移等。監測結果表明：本基坑工程實施過程中，基坑圍護結構變形和周邊市政管線、房屋的變形均在安全可控的范圍之內。

6 結語

本項目采用逆作法施工，針對逆作法出土工效低的重大缺點進行了改進，主要有以下技術措施。

①超深超大逆作法基坑實現

本工程為軟土地區超過20m挖深一次性實施的逆作法面積超大的基坑，基坑設計克服了淺層砂層、深層承壓水等地質問題，在滿足一次性開挖要求的條件下，采用逆作法施工，確保了基坑開挖安全，并保證了基坑周邊環境的安全。

②樓板大開洞

本工程通過設置3個大圓環的洞口，既滿足了主樓的施工需要，同時利用圓環位置加快了施工速度。確保了圓環開洞滿足施工要求的同時，結構梁板的整體剛度不至于被削弱。大開洞同時加強了地下室通風與照明，降低了逆作施工的難度。

③下行棧橋設計

逆作結構的土方、材料的垂直向運輸歷來為工程上的難點。本項目創新性的設置鋼筋混凝土斜棧橋，較好的解決了深層土方的開挖與運輸問題。通過中央斜棧橋的設計，本工程的垂直運輸困難得到了大幅度的緩解。

④以交通運輸為導向的首層平面設計

通過對土方、模板、鋼筋、混凝土等材料運輸的導向分析，結合材料堆放、鋼筋加工的要求，設計了首層平面的不同分區和分區之間的組織、連接。并處理了不同的建筑平面高差。首層平面最終解決了包括交通運輸、材料堆放、材料加工、綠化覆土、高低跨銜接、大小開洞、順逆連接、梁柱連接等多方面的技術難點，實現了首層樓板的施工利用最大化。

通過本工程的成功實施，可以為軟土地區深大基坑逆作法設計施工，提供一定的參考依據。