逆作法在鬧市區(qū)深大基坑施工中的應(yīng)用

上海巖土工程勘察設(shè)計研究院有限公司 上海 200070

1 工程概況

擬建工程位于福建省莆田市中心城區(qū)，占地面積約8.5 萬m2，總建筑面積約50 萬m2，為莆田最大的城市綜合體項目。該項目地上建筑為8 幢4～5 層的鋼結(jié)構(gòu)商業(yè)裙房、5 幢30 層高層住宅，整體設(shè)3 層地下室?；映什灰?guī)則的手槍形，單邊最長為330 m，地下室單層面積約71 732 m2，基坑開挖深度19.6 m。

項目周邊環(huán)境復(fù)雜，北側(cè)和東側(cè)為繁華的商業(yè)街和道路，地下室邊線距離人行道6～10 m；西側(cè)和南側(cè)地下室外墻距離用地紅線1.5～5.2 m，紅線外為下磨溪（泄洪河流）。基坑周邊環(huán)境如圖1所示。

根據(jù)勘察報告，擬建場地屬于興化濱海相平原與剝蝕殘丘過渡地貌單元，樁端持力層主要分布⑨強風(fēng)化凝灰熔巖層或者⑩中風(fēng)化凝灰熔巖層。

圖1 基坑周邊環(huán)境

2 基坑支護選型

福建莆田以往的工程一般設(shè)置1～2 層地下室，深基坑工程一般采用“排樁＋錨桿”的支護形式。對本項目而言，將近20 m的開挖深度已經(jīng)超越當(dāng)?shù)匾酝こ探?jīng)驗，況且該項目地處莆田市中心黃金地段，一旦工程發(fā)生任何事故，后果不堪設(shè)想，故基坑安全和周邊環(huán)境保護非常重要?；颖眰?cè)有深10 m地下商業(yè)街，南側(cè)和西側(cè)存在較深河流，故錨桿方案無法施工。另一方面，由于基坑面積巨大，若采用內(nèi)支撐，工程造價和工期都非常驚人，因此內(nèi)支撐方案也被否決。同時，建設(shè)單位要求商業(yè)裙房盡量能提前達到銷售節(jié)點以快速回籠資金，而地下車庫和高層住宅的工期則可相對滯后。根據(jù)以上要求，基坑設(shè)計單位和建設(shè)單位反復(fù)協(xié)商，最終決定本項目采用逆作法施工。

3 基坑支護設(shè)計方案[1-5]

根據(jù)計算分析，本項目采用厚800 mm的地下連續(xù)墻作為深基坑的臨時圍護結(jié)構(gòu)，并兼作地下室的永久結(jié)構(gòu)外墻。地下連續(xù)墻墻身進入第⑨層強風(fēng)化凝灰熔巖不小于5 m，或者進入第⑩層中風(fēng)化凝灰熔巖不小于2.5 m。地下連續(xù)墻采用鎖扣管接頭，槽段分縫處在基坑外側(cè)采用3 根Φ800 mm高壓旋噴樁，高壓旋噴樁的入土需穿透第⑧層全風(fēng)化凝灰?guī)r，以防止漏水。地下連續(xù)墻每幅槽段內(nèi)設(shè)置2根注漿管進行墻趾后注漿，便以控制地下連續(xù)墻的豎向沉降。

本項目采用逆作法施工，裙樓各層地下室的結(jié)構(gòu)梁板替代水平支撐，因其支撐剛度大，對水平位移的控制較為有效，同時也避免了臨時支撐拆除過程中因圍護墻的二次受力和二次變形而對環(huán)境造成進一步的影響。

高層住宅區(qū)域采用順作法施工，地下室各層樓板在這些區(qū)域開洞，開洞區(qū)域設(shè)置混凝土臨時支撐?？紤]到將來混凝土支撐鑿除比較麻煩，臨時支撐設(shè)計成寬扁梁的形式，兩側(cè)預(yù)留出相應(yīng)的梁板鋼筋，將來這些混凝土支撐直接澆筑在地下室樓板結(jié)構(gòu)里，只要不影響建筑使用功能的都無需拆撐。

本逆作施工期間通過一柱一樁來傳遞梁板豎向荷載（柱網(wǎng)間距一般為9 m×9 m）。本項目一柱一樁采用鋼管混凝土柱＋沖(鉆)孔灌注樁。根據(jù)上部荷載的不同，鋼管采用Φ700～Φ900 mm，壁厚10～12 mm，鋼管內(nèi)灌注C50混凝土，鋼管插入沖(鉆)孔灌注樁內(nèi)3 m，灌注樁Φ1 200～Φ1 800 mm。立柱樁均利用工程樁，樁端進入⑩中風(fēng)化凝灰熔巖不少于1 m，以控制一柱一樁和地下結(jié)構(gòu)的沉降，單樁豎向承載力特征值為5 650～16 250 kN。

4 土方開挖方案

常規(guī)逆作法土方大部分為暗挖，出土效率較低[6]。本項目利用土質(zhì)條件較好的優(yōu)勢，充分利用放坡盡可能多明挖土方。具體方法為，在正負零樓板澆筑之前，地下連續(xù)墻周邊預(yù)留2 跨（西北角土質(zhì)不好的區(qū)域預(yù)留4 跨）土方不挖，其余區(qū)域均采用盆式挖土的方法直接開挖至B1層梁底，然后再依次澆筑中心島區(qū)域的B1樓板和全部的B0層樓板。由于B1層土方大部分均為明挖，土方車直接下坑作業(yè)，出土效率非常高。B1層土方盆式開挖的工況見圖2。

另外，本項目B1、B2層用作商業(yè)賣場，B3層為機械式停車庫和商業(yè)的混合體，層高為5.5 m、5.2 m；在地下車庫中部還設(shè)有多級自動扶梯，南北方向長約120 m，東西方向為1 跨，寬9 m。

基坑設(shè)計充分利用結(jié)構(gòu)上述特點，首先對永久汽車坡道和B1層部分樓板進行結(jié)構(gòu)局部加強，等B0板完全形成后，土方車通過汽車坡道直接開到B1層樓板，如圖3所示。

圖2 地下室B1層土方盆式開挖工況（明挖）

圖3 土方車從永久汽車坡道直接到達B1層

另外，在逆作法土方開挖階段，中部多級自動扶梯的區(qū)域樓板暫時不澆筑，充分利用土體自身的結(jié)構(gòu)強度，形成一個1∶9左右的臨時土坡，在土坡東西兩側(cè)的臨空面采用1∶2～1∶3放坡（遇到立柱設(shè)置平臺），土方車通過該臨時土坡可直接再從B1層樓板到達基坑底。

采用上述結(jié)構(gòu)坡道結(jié)合臨時土坡，B2、B3層土方為下坑開挖，出土效率大為提高，成功克服了傳統(tǒng)逆作法土方暗挖和垂直運輸效率低的缺點。

5 實施情況

本工程一柱一樁采用沖孔灌注樁，設(shè)計要求樁端進入⑩中風(fēng)化凝灰熔巖不少于1 m。樁基入巖的終孔驗收條件最為關(guān)鍵。本工程根據(jù)樁位附近的勘探孔對樁端巖樣進行初步判斷，另外根據(jù)沖孔灌注樁的施工效率來判斷，一般在中風(fēng)化凝灰熔巖內(nèi)1 h的掘進深度為5～10 cm確定為中風(fēng)化凝灰熔巖。

為確保地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量，本項目采用德國進口的利勃海爾成槽機[7]。對于強風(fēng)化凝灰?guī)r以上的地層，成槽機的抓斗可輕易將其抓碎，施工效率較高；但對于中風(fēng)化凝灰?guī)r，成槽機基本不能掘進。根據(jù)試驗確定以下施工方法：先采用成槽機完成強風(fēng)化巖以上成槽，入中風(fēng)化巖區(qū)段則改用沖孔灌注樁設(shè)備，先將基巖破碎，然后再用成槽機的抓斗清除。地下連續(xù)墻的終孔驗收方法與一柱一樁類似。

項目實施過程中，東北角區(qū)域各方對中風(fēng)化巖與強風(fēng)化巖的鑒別爭議較大，導(dǎo)致地下連續(xù)墻實際進入中風(fēng)化巖的深度可能還不到2.5 m。坑底土方開挖后在該區(qū)域施工抗浮錨桿時，坑底墊層以下的巖石裂隙水從錨桿孔冒上來，導(dǎo)致地下連續(xù)墻墻趾巖體泡水出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，同時錨桿施工時間要2 個月，對基坑安全非常不利?；谶@種情況，為確?；影踩?，圍護設(shè)計和施工單位商量確定臨邊區(qū)段先澆筑基礎(chǔ)底板，在底板上預(yù)留錨桿孔洞[8]，如圖4所示，等底板達到設(shè)計強度后再施工抗浮錨桿。

圖4 底板上預(yù)留錨桿孔洞

本項目從2011年年初開始施工工程樁和地下連續(xù)墻，2011年5月份開始第一皮土方開挖，并隨即進行±0.00 m樓板和裙房商業(yè)上部結(jié)構(gòu)的施工。由于采用逆作法上下同步施工，2012年元旦前夕裙房商鋪即進行全面銷售和招商（從第一皮土方開挖算只用半年時間），有效地確保了建設(shè)單位的資金鏈，充分體現(xiàn)了逆作法的優(yōu)勢。后由于建設(shè)單位資金原因，直到2013年6月份，本項目最后一塊基礎(chǔ)底板才澆筑完畢。

雖然基坑工程的時間跨度偏長，但地下結(jié)構(gòu)的各層樓板給基坑支護結(jié)構(gòu)提供了足夠的抗側(cè)移剛度，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明地下連續(xù)墻測斜最大值僅為28.8 mm，基坑外市政道路地表最大沉降量均不超過3 cm，周圍地下管線最大位移為25.7 mm，有效地確保了基坑自身安全，并很好的保護了周圍環(huán)境。

6 結(jié)語

（a） 對于周圍環(huán)境復(fù)雜的超深超大基坑而言，逆作法施工工藝是一種很好的選擇，尤其當(dāng)上部建筑有銷售節(jié)點要求時更能體現(xiàn)逆作法的優(yōu)點。

（b）采用逆作法施工時，地下連續(xù)墻、一柱一樁以及梁柱節(jié)點必須精心設(shè)計，嚴格控制施工質(zhì)量和垂直度。

（c） 對于嵌巖的地下連續(xù)墻和工程樁，必須確保樁（墻）端入巖深度，一方面可根據(jù)巖樣結(jié)合勘察資料初步判斷，另一方面可根據(jù)入巖施工效率進行綜合判斷。

（d）結(jié)合地質(zhì)條件可先在地下連續(xù)墻周邊預(yù)留土方，中間盆式開挖至地下室B1或B2層板底，然后再澆筑B0層樓板，這樣減少暗挖土方量。在地下室層高許可的前提下，可充分利用結(jié)構(gòu)坡道結(jié)合臨時土坡作為土方車下坑通道，以提高逆作法的出土效率。