房霆宸 龔 劍

1. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080；2. 同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院 上海 200092；3. 上海超高層建筑智能建造工程技術(shù)研究中心 上海 200080

隨著我國城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，土地資源日益稀缺，超高層建筑作為高效利用城市土地和空間資源的建筑類型，如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，已經(jīng)成為城市發(fā)展的必然趨勢。然而超高層建筑往往坐落于中心城區(qū)繁華地帶，周邊環(huán)境逼仄，空間資源緊張，地下工程施工環(huán)境極其復(fù)雜，對環(huán)境保護(hù)和基坑微變形控制要求嚴(yán)苛，樁基與基坑施工難度極大，既有施工技術(shù)已無法滿足工程需要。

鑒于此，本文從樁基工程、地下連續(xù)墻工程、基坑工程施工這3個方面進(jìn)行討論，并重點介紹了樁基工程的超長鉆孔灌注樁、超大超深地下連續(xù)墻施工工藝、深大基坑微變形控制技術(shù)等樁基與基坑工程施工新技術(shù)。

1 樁基工程施工技術(shù)

超高層工程的樁基礎(chǔ)形式主要為預(yù)制混凝土樁、鋼管樁以及鋼筋混凝土灌注樁這3種形式，其中預(yù)制混凝土樁、鋼管樁屬于打入型樁基，鋼筋混凝土灌注樁屬于鉆孔灌注樁。隨著超高層建筑規(guī)模的擴(kuò)大，樁基基底的荷載也變得越來越大，在設(shè)計時往往要求樁基需要穿越上覆土層并進(jìn)入受力相對較好的持力層以便獲取較高的承載力，同時控制變形也有相應(yīng)的要求[1-2]。

我國早期的超高層建（構(gòu)）筑物工程樁基多采用打入型樁基，如東方明珠電視塔工程，該工程采用預(yù)制混凝土方樁，樁基斷面為500 mm×500 mm，樁長48 m，樁基設(shè)計承載力為4 500 kN；金茂大廈采用φ914 mm鋼管樁，壁厚20 mm，樁長83 m，靜載試驗分析得出單樁容許承載力達(dá)到7 500 kN；上海環(huán)球金融中心工程采用的是φ700 mm鋼管樁，樁長為79 m和60 m，其中4根典型鋼管樁的容許承載力分別為6 917、5 232、5 677和3 912 kN[3]。打入型樁基施工普遍存在擠土、振動以及噪聲等危害，對施工現(xiàn)場周邊環(huán)境的影響較大，難以適應(yīng)中心城區(qū)繁華地帶的苛刻施工控制要求[4-5]。

鉆孔灌注樁具有抗震性能好、大承載力、適用性強(qiáng)、施工噪聲小等諸多優(yōu)點，如上海中心大廈工程采用φ1 m、樁長最長達(dá)86 m的大承載力后注漿鉆孔灌注樁，主樓樁均采用樁端后注漿施工，其中2根試樁的極限承載力分別為26 000、28 000 kN，另外2根試樁的極限承載力則分別不小于30 000、31 000 kN，樁端極限承載力增長了近4倍。目前，大直徑超深鉆孔灌注樁的應(yīng)用已成為一種趨勢，如天津117大廈、北京中信大廈、上海國金中心等工程均采用了樁體后注漿工藝[6-7]。但大直徑超深鉆孔樁因其施工工藝，難于避免樁側(cè)泥皮、樁端沉渣過厚和孔壁松弛效應(yīng)明顯等缺陷，因此單樁承載力達(dá)不到設(shè)計要求的工程事例屢見不鮮，選擇合適的成孔機(jī)具、工藝和輔助措施甚為關(guān)鍵。

2 地下連續(xù)墻工程

隨著超高建筑對地下空間的充分利用，地下連續(xù)墻工藝已成為超高層建筑基礎(chǔ)施工主流工藝技術(shù)。地下連續(xù)墻具有剛度大、整體性好、施工對周邊環(huán)境影響小、防滲及耐久性能優(yōu)越等特點，被廣泛應(yīng)用于超高層建筑深大基坑施工。地下連續(xù)墻既可作為臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)，也可作為永久性的擋土、擋水以及承重結(jié)構(gòu)，目前超高層建筑基坑施工普遍采用主體地下室外墻與圍護(hù)墻“兩墻合一”的現(xiàn)澆地下連續(xù)墻技術(shù)[8]，地下連續(xù)墻施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到后續(xù)開挖的安全及主體結(jié)構(gòu)的使用壽命。

隨著地下空間開發(fā)工藝與裝備的發(fā)展，地下連續(xù)墻施工工藝已由傳統(tǒng)的抓土成槽工藝發(fā)展到了抓銑結(jié)合以及套銑成槽的施工工藝，其深度也不斷增大。如金茂大廈工程率先采用“兩鉆一抓”施工工藝，解決了鐵板砂層地下連續(xù)墻成槽技術(shù)難題；上海中心大廈工程采用抓銑結(jié)合成槽工藝，首次在深厚砂質(zhì)地層中采用套銑成槽工藝，完成了墻厚1.2 m、槽深50 m的地下連續(xù)墻施工。

目前最新的技術(shù)采用了套銑接頭的新型施工工藝，該工藝取消了傳統(tǒng)的鎖口管，實現(xiàn)了超深地下連續(xù)墻技術(shù)的突破，如在蘇州河段深層排水調(diào)蓄管道系統(tǒng)工程中，采用德國寶峨MC128雙輪銑槽機(jī)施工，地下連續(xù)墻施工深度達(dá)到106 m，試驗施工深度已經(jīng)達(dá)到150 m，創(chuàng)造了國內(nèi)最深地下連續(xù)墻的施工紀(jì)錄。

3 基坑工程

軟土深大基坑施工往往會產(chǎn)生較強(qiáng)的環(huán)境效應(yīng)，基坑開挖時往往也會引起周圍土體應(yīng)力場和位移場的變化，對周邊環(huán)境將產(chǎn)生一定的不利影響。超高層建筑往往位于城市中心繁華地帶，項目周邊建（構(gòu)）筑物密集、場地四周各類地下管線交織，對深基坑設(shè)計、施工的變形控制要求越來越嚴(yán)格。深基坑工程由早期的穩(wěn)定控制進(jìn)入了變形控制的時代，對于地鐵、高鐵、機(jī)場等對變形控制要求高的環(huán)境條件，其環(huán)境變形控制要求已經(jīng)由厘米級控制進(jìn)入了0～10 mm、精度1 mm的毫米級控制。傳統(tǒng)變形被動控制理論與方法已不能滿足毫米級控制要求，深大基坑變形對環(huán)境安全影響的毫米級微變形主動控制也成為新的城市發(fā)展環(huán)境下的重大需求。

工程實測的數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)基坑寬度達(dá)100 m以上時，軟土深大基坑的周邊沉降值以及沉降影響范圍往往會比常規(guī)的基坑增大1倍左右。其主要產(chǎn)生機(jī)理，是圍護(hù)結(jié)構(gòu)以下土體的深層滑移帶的產(chǎn)生和發(fā)展而造成的。根據(jù)工程施工時深層滑移帶的分布特點，當(dāng)基坑為狹窄基坑時，土體不易形成深層滑移帶，其基坑變形的影響范圍和程度也較小，而隨著基坑開挖寬度的不斷增大，土體深層的滑移帶將逐漸擴(kuò)展，直至完全形成。因此，對緊鄰地鐵等重點保護(hù)對象的深大基坑工程，在充分考慮場地布局的基礎(chǔ)上，可有針對性地采用深大基坑分區(qū)支護(hù)技術(shù)，將其分為遠(yuǎn)離保護(hù)對象的大基坑和緊鄰保護(hù)對象的狹窄基坑。

通過加大基坑與保護(hù)對象的距離，并借助后開挖的狹窄基坑剛度大的隔擋作用，進(jìn)而控制大基坑卸荷對保護(hù)對象所產(chǎn)生的影響?；娱_挖時，通常遠(yuǎn)離保護(hù)對象的大基坑先開挖，盡可能使保護(hù)對象處在較大基坑開挖影響范圍之外；緊鄰保護(hù)對象的狹窄基坑后開挖，通過控制狹窄基坑的寬度（一般基坑寬度可設(shè)為20 m左右）以便限制深層滑移帶的形成和發(fā)展，同時輔以分層分段形式開挖、快速形成支撐等變形控制措施來滿足深大基坑微變形的控制要求。其中，較大基坑一般位于中心位置并遠(yuǎn)離保護(hù)目標(biāo)，根據(jù)需要還可進(jìn)一步逐層分級細(xì)分[9-11]。

基坑開挖時，采取開挖一段支撐一段的措施，以減少基坑暴露時間，縮短基坑平衡力系建立的時間，控制基坑的變形。如在上海靜安嘉里中心基坑施工時，針對需要重點保護(hù)的地鐵車站、毛澤東故居等建（構(gòu)）筑物，通過預(yù)留小基坑將大基坑進(jìn)行分隔，實施效果顯著，施工期間的地下連續(xù)墻側(cè)向變形控制在開挖深度的0.1%以內(nèi)；淮海路3號地塊基坑緊鄰多條在建或已經(jīng)運營的地鐵區(qū)間隧道及車站，特別是基坑北側(cè)地下連續(xù)墻距軌交1號線隧道最近處僅7.5 m，為保護(hù)地鐵安全，在北側(cè)平行于地鐵位置設(shè)置4個寬約16 m的小基坑，與大基坑相隔離，同時在小基坑的開挖中采用了最新的鋼支撐軸力自動伺服系統(tǒng)。經(jīng)監(jiān)測，地下連續(xù)墻側(cè)向變形控制在了10 mm以內(nèi)。

4 結(jié)語

20世紀(jì)90年代以來，尤其是近年來，我國在樁基和基坑施工技術(shù)方面取得了舉世矚目的成就，但其發(fā)展仍存在一定的不足。

一是樁基和基坑施工理論研究存在不足，尤其樁基和基坑施工受力及變形機(jī)理、施工風(fēng)險耦合理論等方面還需進(jìn)一步研究。

二是系統(tǒng)性的信息化、數(shù)字化施工技術(shù)應(yīng)用方面存在不足，現(xiàn)有樁基和基坑施工多以點上應(yīng)用信息化、數(shù)字化施工技術(shù)為主，對于信息化數(shù)字化的系統(tǒng)性應(yīng)用較少。

三是現(xiàn)有樁基和基坑施工裝備相對于制造業(yè)發(fā)展滯后，亟須引入智能化、工業(yè)化建造理念對現(xiàn)有裝備進(jìn)行升級改造。

鑒于此，樁基和基坑施工理論、數(shù)字化控制、機(jī)械化施工將是未來的研究重點和發(fā)展趨勢。