上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

0 前言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，周邊環(huán)境復(fù)雜的超大、超深基坑越來越多。上海地區(qū)為軟土地質(zhì)地區(qū)，地質(zhì)環(huán)境差，地下軌道線路復(fù)雜，地上交通網(wǎng)絡(luò)縱橫交錯(cuò)，建筑物密度高，建筑工地對環(huán)境影響比較突出。針對上海地區(qū)基坑工程的特點(diǎn)，確?；幼冃畏€(wěn)定和施工安全，減少對周邊環(huán)境的影響，逆作法這一基坑工程施工形式越來越得到推廣[1-4]。

1 工程概況

森蘭商都二期（D5-3、D5-4）項(xiàng)目位于上海浦東新區(qū)外高橋保稅區(qū)森蘭園區(qū)內(nèi)，西臨森蘭商都，東臨蘭谷路，北側(cè)為擬建啟帆路，南側(cè)為規(guī)劃河道，二期項(xiàng)目分為D5-3和D5-4兩個(gè)地塊，兩地塊基坑連為一體，本工程建設(shè)內(nèi)容為新建商業(yè)用房及配套設(shè)施，擬建6幢商業(yè)用房，地上2～6層，地下2層，框架結(jié)構(gòu)，建筑高度約23.95 m?；用娣e約為38 680 m2，場地呈扇形，總建筑面積約為136 800 m2，其中地上建筑面積約58 800 m2，地下建筑面積約78 000 m2，采用樁筏基礎(chǔ)，鉆孔灌注樁擋土，外設(shè)三軸水泥土攪拌樁止水帷幕，坑內(nèi)利用地下室主體結(jié)構(gòu)梁板件作為水平支撐，框架半逆作法施工，開挖深度約為11.70 m，局部落深1.2～1.7 m（圖1）。

圖1 工程項(xiàng)目周邊環(huán)境示意

2 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)

1）基坑安全等級(jí)為一級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)為二級(jí)，基坑變形控制要求高?；?xùn)|側(cè)蘭谷路下市政管線離基坑最近的為6.4 m，該側(cè)另有一鋼管架空線，高7.6 m，距離基坑3.4～4 m，東南角椿樹浦橋距離基坑約為11 m，橋面及河底預(yù)埋多條管線，南側(cè)和西側(cè)為椿樹浦河，距離基坑分別為5.0 m和5.1 m，此區(qū)域水位較高，地下土質(zhì)差異大，必須做好地下降水，合理安排挖土?；颖眰?cè)和蘭谷路東側(cè)藝術(shù)島項(xiàng)目即將開工，開挖深度接近，相距較近，需要協(xié)調(diào)好工期關(guān)系。

2）本工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和圍護(hù)設(shè)計(jì)是分開的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又分為人防設(shè)計(jì)和非人防設(shè)計(jì)，圍護(hù)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)配合協(xié)調(diào)任務(wù)繁重，前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要在圍護(hù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，這部分時(shí)間更為緊張，對施工單位的工期有一定的影響。由于采用半逆作法施工，圍護(hù)設(shè)計(jì)擬在部分梁柱節(jié)點(diǎn)上增加配筋處理，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不允許截面加大，配筋的加大處理，導(dǎo)致鋼筋穿格構(gòu)柱的難度增大，同時(shí)給混凝土澆筑帶來困難。

3）本工程工程樁共計(jì)為2 688根，其中需要插入鋼立柱的有975根，臨時(shí)鋼立柱尺寸為460 mm×460 mm，垂直度在1/300內(nèi)；“一樁一柱”鋼立柱尺寸為480 mm×480 mm，垂直度在1/500內(nèi)。數(shù)量多，精度要求高，定位和調(diào)直任務(wù)重；鋼立柱間隔小，給取土工作帶來諸多不便，影響挖土速度。

4）本工程超大面積基坑采用鉆孔灌注樁擋土、地下室主體結(jié)構(gòu)梁板件作為水平支撐圍護(hù)的半逆作法施工方法，在上海地區(qū)十分罕見，缺少一定的施工經(jīng)驗(yàn)，需要在實(shí)踐中探索。

3 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

本工程基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)要求在技術(shù)可行的前提下，盡量減少造價(jià)和縮短工期，結(jié)合該區(qū)域周邊環(huán)境影響、地質(zhì)勘測狀況、基坑面積大小、開挖深度等現(xiàn)場情況，最終圍護(hù)設(shè)計(jì)思路是：鉆孔灌注樁擋填土，三軸水泥土攪拌樁止水帷幕，地下室主體梁板結(jié)構(gòu)作為水平支撐，柱和外墻板等豎向結(jié)構(gòu)順作。

圍護(hù)區(qū)域普遍采用φ1 000 mm、φ1 100 mm、φ1 150 mm、φ1 250 mm鉆孔灌注樁擋土，外設(shè)φ850 mm三軸水泥土攪拌樁止水帷幕，鉆孔灌注樁有效樁長為26.45～28.95 m，三軸水泥土攪拌樁樁長為18.70～19.90 m。坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)、集水井及電梯井區(qū)域采用φ700 mm深層攪拌樁加固，坑底以上水泥摻量為8%，坑底以下水泥摻量為13%?；铀闹軈^(qū)域，-6.85～-13.30 m 水泥摻量為8%，13.30～-17.10 m水泥摻量為13%。圍護(hù)鉆孔樁與三軸攪拌樁的縫隙、坑內(nèi)被動(dòng)土區(qū)域與圍護(hù)鉆孔灌注樁的縫隙采用壓密注漿，電梯井坑底采用壓密注漿封底。

3.2 支撐體系

支撐采用φ800 mm鉆孔灌注立柱樁（一柱一樁），有效樁長為36.00 m（44.00 m），臨時(shí)鋼立柱采用內(nèi)插160 mm×16 mm等邊角鋼。棧橋下立柱樁采用同樣直徑和樁長的鉆孔灌注立柱樁（一柱一樁），鋼立柱采用內(nèi)插180 mm×16 mm等邊角鋼。立柱樁采用樁端注漿工藝，單樁水泥用量2.0 t。

鉆孔灌注樁所用混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為水下C30；φ850 mm三軸水泥土攪拌樁水泥摻量為20%，用P.O 42.5水泥，水灰比為1.5；φ700 mm深層攪拌樁采用P.O 42.5水泥，水灰比為0.55；壓密注漿采用P.O 42.5水泥，水灰比為0.55[5,6]。

4 施工技術(shù)措施

4.1 “一柱一樁”施工技術(shù)措施

本工程結(jié)構(gòu)施工采用逆作法施工，故對立柱施工中的垂直度要求極高。針對這一問題，總結(jié)以往施工經(jīng)驗(yàn)，傳統(tǒng)的法蘭校直架施工成本較低，但施工難度大、偏差大，且存在安全隱患。因此，通過考察學(xué)習(xí)，最終將在隧道項(xiàng)目施工中控制偏差的SIS426雙軸傾角儀，運(yùn)用到本工程校正立柱的工作中。

鋼立柱采用460 mm×16 mm和480 mm×16 mm兩種等邊角鋼拼裝而成，內(nèi)填混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為水下C30，采用無收縮混凝土，鋼立柱內(nèi)填混凝土實(shí)際灌注高度比設(shè)計(jì)鋼立柱混凝土頂標(biāo)高高出2.0 m或以上。垂直度要求為1/500，立柱中心線偏差±5 mm（圖2）。

圖2 校正器調(diào)垂系統(tǒng)示意

本工程鋼立柱共975根，數(shù)量多，精度要求高，在施工過程中須嚴(yán)格質(zhì)量管理和加強(qiáng)監(jiān)控，調(diào)節(jié)精度控制在20～30 mm之間，控制精度傾角儀的X軸、Y軸讀數(shù)一般為0.12°，基本滿足設(shè)計(jì)要求的1/500。

4.2 降水施工技術(shù)措施

根據(jù)本工程的開挖深度及開挖剖面土層分布情況分析，降水疏干的土層分別為②褐黃-灰黃色粉質(zhì)黏土、③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾灰色黏質(zhì)粉土，基底埋深土層為③淤泥質(zhì)黏土層的上部。綜合土層土質(zhì)情況分析，又考慮到工期緊，最終采用深層真空井點(diǎn)降水方案。

基坑開挖深度為11.7 m，由于基坑內(nèi)部分區(qū)域采用雙軸攪拌樁土體加固及壓密注漿，其有效降水面積約為38 680 m2，共布置196口深井，開挖前20 d開始降水，水位降至開挖面500 mm時(shí)開挖，根據(jù)不同開挖面深度，實(shí)時(shí)監(jiān)測、控制水位高度，減少坑底隆起和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形量，防止坑外地表過量沉降。

4.3 基坑圍護(hù)監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測

基坑開挖過程中對周邊地面道路、地下管線、建（構(gòu)）筑物等有一定的影響，需進(jìn)行變形監(jiān)測。為有效防范基坑施工對工程周邊環(huán)境及基坑圍護(hù)本身的危害，采用先進(jìn)、可靠的儀器及有效的監(jiān)測方法，對基坑圍護(hù)體系和周圍環(huán)境的變形情況進(jìn)行監(jiān)控，為工程實(shí)行動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)和信息化施工提供所需的數(shù)據(jù)，從而使工程處于受控狀態(tài)，確?；蛹爸苓叚h(huán)境的安全。

1）基坑圍護(hù)體系包括：圍護(hù)樁頂水平及垂直位移監(jiān)測；圍護(hù)樁和坑外土體測斜監(jiān)測；立柱垂直位移監(jiān)測；支撐軸力監(jiān)測；坑外地下水位監(jiān)測。

2）周邊環(huán)境保護(hù)體系包括：基坑周邊地表沉降監(jiān)測；鄰近地下管線沉降變形監(jiān)測；鄰近建（構(gòu)）筑物沉降監(jiān)測。

5 逆作挖土施工技術(shù)措施

5.1 挖土分區(qū)及開挖原則

根據(jù)圍護(hù)設(shè)計(jì)說明的相關(guān)要求，將地下室分為A、B、C 3個(gè)分區(qū)（圖3）。

圖3 地下室分區(qū)示意

基坑總挖土量約5×105m3。基坑土方開挖之前，根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算工況（-3.15 m設(shè)置B0板，-7.70 m設(shè)置B1板）來安排分層開挖的順序。支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求先撐后挖。即挖土至支撐設(shè)置標(biāo)高時(shí)，停止挖土，待支撐架設(shè)完畢并能起到作用后，再繼續(xù)往下開挖土方[7,8]。

1）本工程基坑土方按照時(shí)空效應(yīng)理論指導(dǎo)挖土支撐，“分區(qū)、分層、對稱、抽條、平衡”開挖并支撐，隨挖隨撐，不超挖，待支撐養(yǎng)護(hù)達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度且基坑降水達(dá)到開挖面以下1 m，才開始下一皮土體的開挖。

2）各施工區(qū)域或工作面內(nèi)采用盆式開挖方式，盆邊土的留土寬度為30 m，開挖面的高差控制在3 m以內(nèi)，采用1∶2放坡，最后挖除。立柱周邊對稱掏空，防止立柱受力不均勻。墊層混凝土以及混凝土支撐及圍檁均隨各層土方開挖而跟進(jìn)施工。

3）為確?；邮┕ぐ踩叵赂鲗优柽呁猎?6 h內(nèi)完成，采用小挖機(jī)配合駁運(yùn)至棧橋邊位置，隨后由棧橋上挖機(jī)抓斗取土裝車外運(yùn)。挖土過程中隨時(shí)測定標(biāo)高，嚴(yán)禁超挖，支撐隨挖隨搗。

4）挖土前降水水位在開挖面1 m左右，符合挖土條件，保證施工機(jī)械進(jìn)出場道路通暢和場地排水系統(tǒng)通暢，降水水位定時(shí)監(jiān)測，保證水位高度。

5）挖土采用挖機(jī)與加長臂挖機(jī)配合施工。淺層通過設(shè)置坡道和走道板，由挖機(jī)至挖土面進(jìn)行施工；深層由挖機(jī)將土駁至棧橋空當(dāng)間的出土口，由棧橋上的加長臂挖機(jī)運(yùn)出基坑。挖土機(jī)械的通道、挖土順序、土方駁運(yùn)、土方堆載等都應(yīng)避免引起對圍護(hù)、支撐、立柱和周圍環(huán)境的不良影響。嚴(yán)禁挖土機(jī)械碰撞圍護(hù)、支撐、立柱和井點(diǎn)。

6）圍護(hù)墻無支撐暴露時(shí)間控制在48 h內(nèi)，開挖面圍護(hù)墻無支撐暴露長度不大于30 m，墊層隨挖隨澆筑。

7）除真空深井降水措施外，開挖面及坑內(nèi)采取排水明溝與集水井相結(jié)合的排水措施。基坑邊嚴(yán)禁大量堆載，地面超載控制在20 kN/m2以內(nèi)。

5.2 施工工況

根據(jù)本工程土方開挖原則、場地特點(diǎn)和施工工期等因素，共分為10個(gè)工況進(jìn)行施工。待圍護(hù)樁、三軸止水帷幕、被動(dòng)區(qū)土體加固等施工完畢，且降水水位達(dá)到開挖條件后，即開始進(jìn)行挖土施工。

1）工況一：開挖A區(qū)和C區(qū)盆中，挖至標(biāo)高B1板底（-7.70 m），盆邊各自留土30 m，二級(jí)放坡，坡度為1∶2，完成A區(qū)和C區(qū)盆中B1梁板結(jié)構(gòu)施工（圖4）。

圖4 工況一

2）工況二：待A區(qū)和C區(qū)盆中B1梁板結(jié)構(gòu)完成后，B區(qū)盆中開挖，挖至標(biāo)高B1板底（-7.70 m），B區(qū)盆邊留土30 m，二級(jí)放坡，坡度1∶2，完成B區(qū)盆中及A區(qū)、C區(qū)與B區(qū)相交位置的B1梁板結(jié)構(gòu)施工。

3）工況三：待A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)盆中B1梁板結(jié)構(gòu)施工完畢后，A區(qū)、C區(qū)盆邊挖土，抽條分塊跳挖，開挖至B0梁底（-3.15 m），完成A區(qū)、C區(qū)盆邊B0梁板結(jié)構(gòu)施工。

圖5 工況四

4）工況四：B區(qū)盆邊土開挖至B0梁板底（-3.15 m），抽條分塊跳挖，完成B區(qū)盆邊B0梁板結(jié)構(gòu)施工；完成A區(qū)、C區(qū)盆中B0梁板結(jié)構(gòu)施工（圖5）。

5）工況五：完成B區(qū)盆中B0梁板結(jié)構(gòu)施工；B0梁板結(jié)構(gòu)全部完成；A區(qū)、C區(qū)南北側(cè)盆邊土開挖至B1梁板底（-7.70 m），抽條分塊跳挖，完成A區(qū)、C區(qū)南北側(cè)盆邊B1梁板結(jié)構(gòu)施工。

6）工況六：B區(qū)盆邊土開挖至B1梁板底，抽條分塊跳挖，完成B區(qū)盆邊B1梁板結(jié)構(gòu)施工；A區(qū)、C區(qū)東西側(cè)盆邊土開挖至B1梁板底，抽條分塊跳挖，完成A區(qū)、C區(qū)盆邊B1梁板結(jié)構(gòu)施工；B1梁板結(jié)構(gòu)全部完成。

7）工況七：待B1梁板結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)完成后，A區(qū)、C區(qū)盆中開挖至底板（-13.30 m），盆邊留土20 m，二級(jí)放坡，坡度1∶2，完成相應(yīng)底板結(jié)構(gòu)（圖6）。

圖6 工況七

8）工況八：A區(qū)、C區(qū)盆邊土開挖至底板（-13.30 m），抽條分塊跳挖，完成相應(yīng)底板結(jié)構(gòu)施工。

9）工況九：B區(qū)盆中開挖至底板，盆邊留土20 m，盆式開挖，二級(jí)放坡，坡度1∶2，完成相應(yīng)底板結(jié)構(gòu)施工。

10）工況十：B區(qū)盆邊土開挖至底板，抽條分塊跳挖，完成相應(yīng)底板結(jié)構(gòu)（圖7）；底板結(jié)構(gòu)全部完成后，轉(zhuǎn)入豎向結(jié)構(gòu)順作施工。

圖7 工況十

6 結(jié)語

在上海軟土地基超大基坑施工中，突破傳統(tǒng)的地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的全逆作法，采用鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的半逆作施工，相對于地下連續(xù)墻，灌注樁造價(jià)低；相對于整個(gè)基坑開挖的順作施工，逆作法施工節(jié)省了大量支撐和拆除費(fèi)用，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。森蘭商都二期項(xiàng)目從2013年6月開始樁基施工，至2014年9月挖土施工B0梁板，僅用了10個(gè)月即完成了地下室結(jié)構(gòu)施工，為2016年5月竣工打下了扎實(shí)基礎(chǔ)。另外采用逆作施工，保證了基坑變形控制，減少了揚(yáng)塵，保護(hù)了周邊環(huán)境，為自貿(mào)區(qū)建設(shè)作出了貢獻(xiàn)[9-12]。