框架逆作在異形深基坑中的應(yīng)用★

張 云 海

(1.上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200433; 2.上海市非開挖建造工程技術(shù)研究中心,上海 200433)

超深大面積基坑采用傳統(tǒng)的順作法需要設(shè)置大量的臨時(shí)混凝土支撐，后續(xù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)仍需要鑿除，浪費(fèi)了資源的同時(shí)增加了工作量，而且混凝土支撐的整體剛度偏小，不利于控制基坑變形。若采用逆作法施工，結(jié)構(gòu)樓板的剛度遠(yuǎn)大于混凝土支撐的剛度，對變形控制有利，同時(shí)減少了大量鑿除工作，但逆作法出土效率慢，作業(yè)環(huán)境惡劣，不利于工期控制。結(jié)合順作與逆作法優(yōu)點(diǎn)的框架逆作通過先澆筑結(jié)構(gòu)框架梁，后澆筑結(jié)構(gòu)板的方法加快了土方開挖的效率又滿足了支撐體系剛度的要求。

傳統(tǒng)的框架逆作法一般適用于結(jié)構(gòu)軸線比較規(guī)則或體型較小的基坑，鮮有在結(jié)構(gòu)不規(guī)則的大型基坑中運(yùn)用，究其原因主要為在不規(guī)則結(jié)構(gòu)中梁結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，容易對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。針對上海某超大異形深基坑首次嘗試采用框架逆作工藝施工，通過對該工藝的改進(jìn)，使其在背景工程中取得了良好的效果。本文介紹了背景工程在結(jié)構(gòu)體系較為復(fù)雜的情況下采用框架逆作的施工方法，為今后類似工程的施工提供一定的借鑒。

1 概況

1.1 工程概況

背景工程位于上海浦東新區(qū)，地下設(shè)置2層地下室?；?xùn)|西向最大長度約300 m，南北向長度約125 m，面積達(dá)到38 680 m2，基坑開挖深度11.7 m。結(jié)構(gòu)軸網(wǎng)呈不規(guī)則形。

1.2 周邊環(huán)境概況

本工程基坑?xùn)|側(cè)為已建道路，南側(cè)與西側(cè)暫為天然河道，北側(cè)為一在建地塊，后期將與本工程地下室連通，周圍總體環(huán)境保護(hù)要求不高(見圖1)。

1.3 地質(zhì)概況

本工程基坑開挖范圍內(nèi)主要存在③層及④層灰色淤泥質(zhì)粘土層，土體對擾動(dòng)較為敏感，且部分區(qū)域夾砂，含水較多?；貎?nèi)土層分布如表1所示。

表1 土層物理性質(zhì)參數(shù)

1.4 方案選型

1)軟土地區(qū)如此大規(guī)模的基坑若整體開挖對于基坑變形及坑底隆起控制比較困難，一般需要將其分坑施工，而分坑施工既增加資金投入又延長了工期，與業(yè)主的要求相悖。

2)而采用逆作施工工藝可以解決分坑施工的問題，且其支撐剛度較大，對變形控制較為有利，但逆作施工的土方開挖、采光、通風(fēng)都受到了限制，對工期控制較為不利。

3)如此深的基坑通常采用地墻或鉆孔樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，而地墻在設(shè)計(jì)上有較多的限制，比如深坑位置、預(yù)埋件標(biāo)高、連接點(diǎn)設(shè)計(jì)等，這些條件都制約著整體工期。

4)參考了較多的工程案例后，最終采用了排樁圍護(hù)體系結(jié)合結(jié)構(gòu)框架作為水平支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。同時(shí)對異形框架逆作結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。

2 實(shí)施方案

2.1 異形結(jié)構(gòu)疊合梁與周邊環(huán)板結(jié)合

本工程主體結(jié)構(gòu)軸網(wǎng)不規(guī)則，尤其基坑南側(cè)位置呈現(xiàn)曲線型，梁系受力較為復(fù)雜。通過采用有限元建模分析，僅利用純結(jié)構(gòu)框架梁作為支撐，在局部存在受力集中、應(yīng)力不足的情況?？紤]利用建筑消防通道作為基坑施工時(shí)的棧橋體系，將整個(gè)工程框架梁區(qū)域集中于號(hào)房區(qū)域，同時(shí)基坑南側(cè)剪力墻較多，故采用大開口避開剪力墻區(qū)域，保證豎向結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。其余區(qū)域采用逆作板封孔，最終形成框架梁結(jié)合環(huán)板的支撐體系。B1層整體模型見圖2。

2.2 地下室樓板與圍護(hù)連接節(jié)點(diǎn)處理

在逆作施工階段，B1板框架梁支撐體系通過環(huán)梁與圍檁之間的型鋼混凝土組合傳力帶進(jìn)行水平力的傳遞，該種傳力帶具有剛度大、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，對逆作開挖階段的變形起到很好的控制(見圖3)。

在B1板及圍檁施工時(shí)，將型鋼埋入結(jié)構(gòu)環(huán)梁及圍檁內(nèi)，一同澆筑。待底板施工完畢后，再鑿除B1板混凝土傳力板帶，保留H型鋼作為傳力構(gòu)件。在由下往上順作外墻時(shí)，將型鋼周圍滿焊止水鋼板，墻筋無法穿越時(shí)可適當(dāng)在翼緣和腹板進(jìn)行開孔。外墻施工完成，待基坑回填及外墻防水施工時(shí)再將露出外墻的剩余部分的型鋼予以割除(見圖4，圖5)。

2.3 框架逆作結(jié)合中心順作環(huán)板逆作施工

工況一：將基坑分層，基坑邊留土30 m寬，放坡開挖至B1層結(jié)構(gòu)板排架位置，施工B1層結(jié)構(gòu)梁板。由于留土寬度大，不會(huì)對周邊環(huán)境造成大的影響，在確?；影踩那疤嵯卤M量加快挖土及結(jié)構(gòu)施工速度(見圖6)。

工況二：分別將盆邊30 m留土范圍開挖至B0層結(jié)構(gòu)板排架位置，施工B0層梁板結(jié)構(gòu)，此時(shí)因圍護(hù)處于懸臂狀態(tài)，盆邊挖土不宜過深，一般不超過2 m。B0層結(jié)構(gòu)貫通(見圖7)。

工況三：采用分區(qū)對稱、抽條跳挖的方式開挖盆邊土方，施工B1層剩余結(jié)構(gòu)，B1層結(jié)構(gòu)貫通(見圖8)。

工況四：由于底板工期一般時(shí)間較長，盆邊留土的反壓逐漸失去作用，進(jìn)而導(dǎo)致坑底位移增大，因此將盆式開挖改為島式開挖，集中優(yōu)勢將盆邊土方開挖完成，并迅速澆筑墊層，避免反壓土的蠕變位移。沿邊范圍內(nèi)設(shè)置加厚墊層，墊層厚度不宜小于30 cm，加厚范圍不小于10 m，并配置鋼筋網(wǎng)片，利用加厚墊層的水平剛度暫時(shí)控制位移(見圖9)。

工況五：開挖剩余的盆中土方、澆筑墊層，施工底板，并完成所有底板結(jié)構(gòu)(見圖10)。

3 實(shí)施效果

3.1 框架逆作法對基坑變形的影響

在基坑工程施工的全過程中，對基坑支護(hù)體系及周邊環(huán)境進(jìn)行有效地監(jiān)測，為信息化施工提供參數(shù)。通過對圍護(hù)測斜的監(jiān)測，基坑采用框架逆作工藝，開挖至基底時(shí)，圍護(hù)最大側(cè)向位移約為34.7 mm。根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料，統(tǒng)計(jì)顯示采用混凝土支撐與排樁相結(jié)合的明挖順作法，圍護(hù)最大側(cè)移平均值為0.46%H，而采用地下連續(xù)墻圍護(hù)的傳統(tǒng)逆作法施工，圍護(hù)最大側(cè)移平均值為0.26%H，H表示基坑開挖深度。本基坑開挖至基底后，圍護(hù)體最大側(cè)向位移為34.9 mm，約為0.29%H，介于0.26%H與0.46%H之間，與傳統(tǒng)逆作法相差不大，整體圍護(hù)側(cè)向位移控制較好。

3.2 經(jīng)濟(jì)性評價(jià)

參照本工程相鄰地塊某基坑面積近2萬m2，開挖深度近10 m，從土方開挖至地下室結(jié)構(gòu)施工完成，整個(gè)施工周期約8個(gè)月。本工程若采用順作分坑施工，分為兩個(gè)大小近2萬m2的基坑進(jìn)行施工，其整個(gè)地下室工期預(yù)估為16個(gè)月。本工程實(shí)際從土方開挖至地下室結(jié)構(gòu)施工完成僅為10個(gè)月，工期大大提前。

工程造價(jià)方面，采用框架逆作取消了分坑施工的封堵墻及大量臨時(shí)支撐的工程量，避免了后期大量的鑿除工作，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯。

4 結(jié)語

通過對本工程異形結(jié)構(gòu)框架逆作的分析，結(jié)合順作開挖速度快與逆作支撐剛度好的優(yōu)勢，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了框架逆作與結(jié)構(gòu)環(huán)板相結(jié)合的支撐方式?？蚣苣孀髋c結(jié)構(gòu)環(huán)板相結(jié)合的水平支撐方式解決了異形框架結(jié)構(gòu)無法解決的應(yīng)力復(fù)雜的問題，也解決了框架逆作基坑在大面積基坑下變形控制差的缺點(diǎn)，根據(jù)整體分析增加桿件對應(yīng)力集中點(diǎn)進(jìn)行分解，并采用環(huán)板加強(qiáng)整個(gè)基坑水平向的剛度，完成了國內(nèi)首例利用異形結(jié)構(gòu)結(jié)合環(huán)板的框架逆作工法一次性進(jìn)行大面積深基坑的施工，摒除了框架逆作工藝僅適合于結(jié)構(gòu)梁系較為規(guī)則的工程中的理念，為今后國內(nèi)對在類似環(huán)境中進(jìn)行同類工程的開發(fā)與實(shí)踐積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn):

[1] 劉 征.超大型深基坑半逆作法設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].巖土工程學(xué)報(bào),2012,11(34):507-511.

[2] 王衛(wèi)東.新型逆作法結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報(bào),2006,11(28):1546-1551.

[3] 李進(jìn)軍.南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院新型逆作法設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].建筑結(jié)構(gòu),2009,4(39):725-730.