逆順結合在超大深基坑工程中的應用

馬輝

（上海外高橋集團股份有限公司森蘭置地分公司，上海200137）

1 引言

超大超深基坑工程的設計施工方法有順作法和逆作法2種。順作法作為一種常規的施工方法，優點是出土及地下結構施工方便；缺點是大量水平臨時支撐后期需要鑿除，經濟性不佳。逆作法作為一種支護結構與主體結構相結合的設計方法，優點是利用主體水平結構作為支撐，支撐剛度大可有效控制變形和提高基坑穩定性；節省大量水平臨時支撐，經濟性明顯。缺點是地下結構部分墻板柱需二次施工，出土相對不便。

本工程為一商業項目（以下稱“D4-3 項目”）與緊鄰的地下連通道項目（以下稱“連通道項目”），2 個項目共坑，中間無分隔措施，合在一起同步進行施工。基坑面積32 100m2，總延長760m，開挖深度11.70m，屬超大深基坑工程。D4-3 項目采用周邊臨時圍護體系結合坑內水平框架體系的半逆作法圍護設計。連通道項目采用2 道混凝土臨時支撐的順作法圍護設計。

2 工程概況

2.1 建筑概況

D4-3 項目建筑面積80 699m2。地上建筑面積33 656m2，包括6 棟3～4 層商業樓。地下建筑面積47 043m2，包括2 層整體地下室，層高均為6.0m，埋深12.30m，部分用作人防，平時用作車庫。結構形式為框架結構。

連通道項目建筑面積9 079m2，主要用作連接另一商業項目（下稱“D5-3 項目”）與D4-3 項目的車行連通道、人行連通道及車庫，設計為地下1 層，局部2 層，層高為8.4m 和3.6m，埋深7.70～10.80m。結構形式為框架結構。

2.2 環境概況

場地總體環境如圖1 所示。

圖1 基坑周邊環境示意圖

基坑北側：規劃河道。基地西側：空地。

基坑東側：蘭谷路，路寬30m，道路以東為D6-5 地塊，目前已完成工程樁的施工。基坑邊線距離東側紅線約2.3m，距離蘭谷路上管線（給水電信路燈等）4.1～6.8m，其余管線在1 倍開挖深度以外。蘭谷路東北側處為人工湖橋，在橋面及河底有較多管線，基坑與橋梁邊線約10.3m。

基坑南側：在建D5-3 項目，采用框架逆作工藝，正在土方開挖。本工程在D5-3 項目基坑底板完成后進行基坑開挖。

2.3 工程地質條件

2.3.1 場地地層構成與特征

本工程基坑圍護設計深度范圍內主要由黏性土、粉性土組成。第①1 層雜填土；第①2 層灰黑色浜底淤泥；第②層褐色～灰黃色粉質黏土；第③層灰色淤泥質粉質黏質粉土；第④層灰色淤泥黏土；第⑤1 層灰色黏土；第⑤2 層灰色黏質粉土夾粉質黏土；第⑤3 層灰色粉土黏土夾黏質粉土，分布于古河道區域，局部⑤2 層分布較厚處缺失；第⑤4 層綠色粉土黏土，古河道區域局部分布；第⑥層暗綠色粉質黏土。

2.3.2 水文地質條件

根據勘察報告，勘察區域存在潛水及承壓水：潛水埋深一般為地表下0.3～1.5m；場地勘察深度內有第⑤2 層的微承壓水及第⑦層的承壓水，其埋深最淺在離地面約26.0m 和30.0m以下。

2.3.3 不良地質情況

根據勘察報告，本場地基坑范圍內局部有明浜分布，水深約0.50～1.00m，浜底淤泥厚度約0.80～1.70m。連通道場地內有暗浜分布，寬約6～14m，最大埋深約2.80m；本場地的第③層灰色淤泥質粉質黏土夾黏質粉土層夾薄層狀粉性土、粉砂，對基坑開挖不利。

3 深基坑支護設計

3.1 基坑設計控制標準

根據DG/TJ 08-61—2018《基坑工程技術規范》，本工程基坑開挖深度約11.70m，基坑自身安全等級為一級。基坑東側蘭谷路處（除連通道區域外）環境保護等級定為二級，其余區域周圍環境保護等級定為三級。

3.2 圍護方案選型

3.2.1 基坑工程特點

1）基坑本身的特點。本工程基坑形狀呈不規則矩形，東西向最大長度約193m，南北向長度約190m，基坑雙向長度較長，對于變形控制不利；由于基坑面積大，基坑底部土體較易產生較大程度的隆起，導致基坑內部立柱上浮，并增大基坑外側土體沉降；基坑南側的D5-3 項目，采用灌注樁+結構框架逆作工藝，正在進行基坑的開挖。

2）連通道結構特點。D5-3 項目與D4-3 項目之間采用地下連通道進行連接。地下連通道結構為一層結構，層高8m（見圖2），在中心區域30m 寬度內為局部2 層結構（見圖3）。由于連通道位于市政道路下，頂板與地面間存在4m 的覆土厚度，故該通道頂板呈斜板。

圖2 地下連通道南北向剖面示意圖

圖3 地下連通道東西向剖面示意圖

3.2.2 總體方案選型

綜上，對本基坑工程采用以下設計：

1）D4-3 項目：采用半逆作法的設計，旋挖灌注樁結合三軸攪拌樁止水帷幕+周邊環板、中間結構水平框架體系逆作的圍護設計。在結構框架逆作完成后進行結構外墻及部分板的澆筑，主樓共設置2 道混凝土水平支撐系統，其中，第1 道混凝土支撐系統對應地下室結構B0 板，第2 道混凝土支撐對應地下室結構B1 板。

2）連通道項目：連通道區域由于為1 層地下室，且頂板為斜板，故該區域采用順作法的設計，采用2 道鋼筋混凝土水平臨時支撐作為傳力體系，一端與D4-3 項目的水平支撐相對應，另一端撐在D5-3 項目壓頂梁及圍檁處。第1 道、第2 道支撐平面布置圖如圖4 和圖5 所示。

圖4 第1 道支撐平面布置圖

圖5 第2 道支撐平面布置圖

3.3 基坑圍護設計

3.3.1 圍護體系

1）基坑普遍側

由于基坑除東側外環境保護等級較低，故基坑普遍側的圍護結構均采用φ1 000mm@1 200mm 旋挖成孔灌注樁加φ850mm@600mm 三軸水泥土攪拌樁止水帷幕，旋挖樁內邊與外墻留設約1.6m 間距。基坑西側旋挖成孔灌注樁有效長度28.25m，插入基底以下17.5m，如圖6 所示。

2）東側臨近引橋處

東側蘭谷路上的人工湖橋，引橋部分有一定高差，對基坑產生一定的附加荷載。故在該側圍護結構采用φ1 250mm@1 450mm 鉆孔灌注樁加φ850mm@600mm 三軸水泥土攪拌樁止水帷幕。鉆孔灌注樁有效長度27.25m，插入基底以下16.5m。在臨近引橋處增設一道斜拋鋼管支撐，該處中心底板完成后架設拋撐，最后開挖支撐下方土體，如圖7 所示。

圖6 普遍側剖面

圖7 近橋梁處剖面

3.3.2 支撐系統

支撐系統包括框架支撐和連通道臨時支撐體系2 部分。

1）框架支撐，利用結構框架設2 道水平支撐如表1 所示。

表1 框架支撐結構

2）連通道臨時支撐體系如表2 所示。

表2 連通道臨時支撐體系

3.3.3 立柱和立柱樁

框架逆作時采用“一柱一樁”施工工藝，在基坑施工時在結構柱位設置鋼立柱，立柱樁利用工程樁，部分臨時支撐采用新增立柱樁。非棧橋區鋼立柱采用4L160mm×16mm，截面為460mm×460mm，立柱樁采用φ800mm 鉆孔樁；棧橋區鋼立柱采用4L180mm×16mm，截面為480mm×480mm，立柱樁采用φ800mm 鉆孔樁，頂部擴徑至φ850mm，鋼立柱在結構逆作完成后外包混凝土形成勁性柱。

4 基坑工程施工方案

4.1 施工步驟

施工步驟包括以下幾步：

1）施工D4-3 項目、連通道區域立柱樁、圍護結構及地基加固。待達到強度后，D4-3 項目逆作施工，整體開挖至-3.200m標高，連通道區域暫不開挖。

2）D4-3 項目盆邊留土30m，二級放坡開挖至-7.750m，盆中區域搭設排架進行B1 板施工。

3）D4-3 項目盆中結構B1 板框架結構完成后，進行盆中區域B1板上方及周邊B0 層結構施工，B0層結構采用間隔跳挖的方式；連通道區域需待D5-3 項目底板完成后，開挖土方施工第一道支撐，與D4-3 項目B0 層結構對應。

4）D4-3 項目待B0 板框架結構逆作完成后，進行周邊B1 板土方開挖及框架結構逆作施工，周邊B1 層結構采用間隔跳挖方式；連通道區域，開挖施工第2 道支撐，與D4-3 項目B1 層結構對應。

5）待第2 道框架支撐及臨時支撐達到設計強度，D4-3 項目及連通道區域基坑周邊留設20m 平臺，中部基坑2 級放坡開挖至-13.300m，底板結構施工。

6）待中部基坑底板結構施工完成后，進行邊坡區域開挖及底板施工，采用間隔跳挖的方式。其中D5-3 項目與連通道交界處，攪拌樁鑿至底板換撐下50cm，并用中粗砂回填，底板換撐預留鋼筋接頭及止水帶。

7）待底板全部形成后，D4-3 項目自下而上施工B2 層柱墻，拆除連通道區域第2 道臨時支撐并進行連通道區域局部B1層結構施工。在局部1 層結構區域設置斜拋撐換撐（連通道東西兩側），連通道區域與D5-3 項目交界處梁板內設置型鋼換撐，撐于封堵墻處。

8）D4-3 項目B2 層柱墻完成，連通道區域待B1 層結構達到強度后，分段拆除連通道與D5-3 間封堵墻，預留部分圍護樁作為立柱樁，兩側結構對接。

9）D4-3 項目B1 層柱墻完成，連通道區域待B1 層換撐結構形成并達到強度后，分段拆除第1 道臨時支撐（僅拆除與5-3 項目壓頂連接處桿件，東西方向對撐保留），進行B0 層斜向梁板施工。

10）鑿除連通道與D5-3 項目封堵墻至換撐下50cm，中粗砂回填后進行底板結構連接；連通道區域待頂板完成達到強度后，拆除剩余第1 道臨時支撐。

4.2 施工技術要點

4.2.1 柱與梁板鋼筋、混凝土澆筑

D4-3 項目采用“一柱一樁”施工，挖土后在柱頂部加設錨筋，然后進行梁板施工，施工梁板結構時在柱位置預留柱插筋及混凝土澆搗孔。地下一層以下各層逆作挖土至樓板下方澆搗好墊層后，在立柱上按設計要求施焊鋼牛腿，完成后，施工本層托梁以及其他梁和板，并在柱位置預留柱插筋及混凝土澆搗孔。格構柱通過設在梁上的預留澆灌孔進行混凝土澆筑，如圖8 所示。

4.2.2 側墻與樓板連接

順作側墻澆搗筑混凝土時，在樓板與側墻連接處預留澆筑側墻混凝土的澆灌口，混凝土應添加膨脹劑以減少收縮，為使外墻混凝土澆筑密實可做出一假牛腿，混凝土從墻頂部的側面入模，混凝土硬化后可鑿去。考慮剛澆筑混凝土的收縮，在結合面處易出現縫隙。為此，在結合面處預留若干壓漿孔，用壓力灌漿方法消除縫隙，保證構件連接處的密實性，如圖9 所示。

圖8 地下室結構柱預留澆搗孔示意圖

圖9 地下室外墻 側向澆搗示意圖

4.2.3 格構柱的拆除

由于逆作施工中，結構荷載主要由插入樁中的鋼立柱承受，在柱、剪力墻置換工作完成后，受力構件將轉換為結構柱與剪力墻，在鋼立柱與結構柱的置換工作中，勢必將引起結構應力的重分布。為避免因內力重分布而對結構造成損傷，鋼立柱拆除順序：先地下2 層，然后逐層依次拆除，從周圍向中間對稱拆除。

5 基坑監測

本項目于2015 年6 月開始首層土開挖，2016 年1 月底大底板澆筑完成，2016 年10 月頂板澆筑完畢。在整個基礎施工過程中，施工單位始終對保護周邊環境非常重視，根據監測信息及時調整了相關施工工藝，在確保基坑自身安全的前提下，最大限度地對減小了施工對周邊環境的影響，收到了良好的效果。雖然大部分監測點變化均超過報警值，但圍護結構相對穩定，蘭谷路道路及橋梁未受影響，無地下管線損壞。

6 結語

本工程屬超大超深基坑，2 個項目共坑，同步進行施工，中間無分隔措施。其中D4-3 項目采用半逆作法，連通道項目采用順作法，同一基坑中逆順結合取得了良好的效果，為超大深基坑圍護設計與施工提供了一個新的解決方案。