限時施工技術在建筑基坑變形控制中的應用

曹科嵬

上海富達工程管理咨詢有限公司 上海 200032

常用的基坑支撐系統按其材料可分為現澆鋼筋混凝土支撐體系和鋼支撐體系，以及二者的組合支撐體系。在長條形基坑（如地鐵車站基坑）中采用混凝土支撐加鋼支撐的組合支撐體系，在長寬比較小的建筑基坑中一般采用單一的鋼筋混凝土支撐體系。因鋼筋混凝土支撐體系基坑在土方開挖過程中處于無支撐暴露狀態的時間較長，變形控制的難度大，如何盡早完成混凝土支撐的施工，并使其盡快達到一定強度是一個很有現實意義的課題。

1 混凝土支撐和鋼支撐的特點

混凝土支撐硬化后強度和剛度大，變形小，整體穩定性強，但支撐施工和養護的時間長，基坑支護結構處于無支撐暴露狀態的時間較長[1]，對基坑變形控制不利。在施工過程中如不采取可靠的措施，則基坑變形較大，混凝土支撐后期拆撐較為困難。

鋼支撐結構受力明確[2]，拆裝方便，可施加預應力甚至是采用伺服系統，及時架設鋼支撐提供的軸力可有效地控制圍護結構的變形[3]，但基坑寬度較大或基坑為不規則基坑時，鋼支撐失穩風險大或無法架設鋼支撐。

2 鋼筋混凝土支撐體系基坑變形控制的方法

為了保證基坑本身及周邊環境的安全，必須采取措施控制基坑的變形。下面著重從施工角度，探討采取何種措施可以盡量控制鋼筋混凝土支撐體系基坑的變形。

首先，按設計要求對被動土壓力區土體進行加固；其次，分段分層開挖，減小每次開挖圍護結構處土體的尺寸，避免“時空效應”[4-5]；再次，減少開挖后未及時支撐的暴露時間；最后，坑內疏干井應盡早開啟，降壓井按需降水。鋼筋混凝土支撐最大的短板是施工和養護的時間長，基坑支護結構處于無支撐暴露狀態的時間較長。為了盡量減小基坑無支撐暴露的時間，勢必要在施工過程中采取一定措施，以盡早完成混凝土支撐的施工并使其盡早達到一定強度。為此，嘗試將限時施工的理念引入鋼筋混凝土支撐施工的實踐之中，在建筑基坑案例中加以實踐，以驗證限時施工技術在建筑基坑變形控制中的有效性。

3 建筑基坑案例

上海某房建工程基坑面積為9 491 m2，周長共543 m，基坑平面位置如圖1所示。基坑北側城市快速路（橋梁）距離基坑最近16.3 m；西側有一已建35 kV變電站（地上5層），距離基坑14.9 m；南側和東側為地下結構已封頂的地下3層結構，基坑周邊環境較為復雜。

圖1 基坑平面示意

基坑設3道鋼筋混凝土支撐，大面積開挖深度約15.4 m（主樓底板下為15.7 m）。圍護結構深度范圍內地層情況為①1層雜填土、②層粉質黏土、③層淤泥質粉質黏土夾砂質粉土、④層淤泥質黏土、⑤層1-1粉質黏土、⑤2層黏質粉土夾粉質黏土，坑底位于④層淤泥質黏土。

坑內加固在基坑北側及西側采用裙邊攪拌樁加固形式，攪拌樁與地下連續墻間隙采用高壓旋噴樁加固。基坑典型斷面如圖2所示。

圖2 基坑典型斷面示意

基坑開挖共分4層進行：第1層土方開挖即首層卸土，挖深1.5 m，共分為5塊（圖3），第1道混凝土支撐隨土方開挖逐步形成。第2、3層土方挖深分別為5.5、5.3 m，開挖及支撐施工遵循“分層、分塊、留土護壁、對稱、限時”的原則，利用時空效應原理，盡量減少基坑無支撐的暴露時間（圖4）；分塊、分層開挖時，留土坡度不小于1∶1.5，每層厚度不大于2.5 m。第4層土方開挖即收底，挖深3.1～3.4 m，為避免大面積開挖土方對圍護變形造成不利的影響，按施工縫分塊組織施工，由基坑西側向東側開挖，實現土方收底、墊層和底板流水施工（圖5）。

圖3 第1層土方開挖流程示意

圖4 第2、3層土方開挖的流程示意

圖5 第4層土方開挖的流程示意

限時施工技術主要應用在第2、3層土方開挖和第2、3層混凝土支撐施工，以及第4層土方開挖及底板施工之中。

4 限時施工采取的措施及效果分析

在分析鋼筋混凝土支撐施工各工序耗時的基礎上，采取有針對性的措施，盡量縮短各工序的耗時，并在各工序間適當搭接，以盡早完成鋼筋混凝土支撐的澆筑，并適當提高鋼筋混凝土支撐的早期強度，這樣可以在一定程度上彌補鋼筋混凝土支撐的最大短板。文獻[6-8]中均提及限時施工，但都沒有在工序層面進行詳述。在案例基坑施工過程中，縮短基坑無支撐暴露狀態時間的措施主要有：

1）土方開挖和鋼筋混凝土支撐、底板流水施工。土方開挖過程中保證開挖面有2個點取、運土，租借場地用于土方臨時短駁，將不可控因素對土方挖、運的影響降至最低，并根據施工進度備足鋼筋、模板等材料，以保證土方開挖及鋼筋混凝土支撐、底板施工連續流水作業。

2）地下連續墻鼓包限時鑿除。在上海地區基坑的前10 m挖深范圍內，地下連續墻存在較普遍的鼓包現象，鼓包鑿除后才能進行后續支撐或底板施工，地下連續墻鼓包限時鑿除需要專業熟練的作業人員，如有必要，分班24 h不間斷施工。

3）混凝土支撐的底模采用木模板。木底模鋪設后即可進行混凝土支撐鋼筋綁扎施工，而不必在混凝土墊層澆筑后等待強度達到要求后才施工，因而可節約較多時間，但前提是鋼筋混凝土支撐下的坑內加固質量要合格，坑內臨時集水明排后無多余積水，疏干降水到位。

4）鋼筋綁扎、驗收及封模限時完成，如有必要分班24 h不間斷施工。鋼筋加工、鋼筋綁扎及封模板屬于勞動密集型工序，只要工作面允許，投入盡量多的熟練作業人員進行流水施工。

5）混凝土限時連續澆筑完成，并采用早強混凝土。混凝土泵車后要有足夠多的混凝土罐車等候，保證混凝土連續澆筑，不得出現等混凝土的現象，如有必要須多臺泵車同時澆筑。

案例基坑在實際施工中，從開挖交出分段工作面至鋼筋混凝土支撐澆筑完成的時間基本控制在48 h以內，個別因天氣原因耗時略長，但均不超過72 h。底板施工完成及地下結構回筑完成，圍護結構測斜數據基本控制在設計要求的報警值50 mm以內，僅有個別點超過報警值，但均未超過60 mm。

5 結語

鋼筋混凝土支撐最大的短板是施工和養護的時間長，基坑支護結構處于無支撐暴露狀態的時間較長。在混凝土支撐施工過程中引入限時施工技術，盡量縮短混凝土施工時各工序的耗時，盡力彌補鋼筋混凝土支撐的最大短板，以控制基坑變形。列舉了基坑施工過程中縮短基坑無支撐暴露狀態時間的措施，在案例基坑實踐中取得了較好的基坑變形控制效果。