大型場館復(fù)雜群坑施工技術(shù)

國 杰

上海金舒建筑工程有限公司 上海 201100

1 工程概況

上海海昌極地海洋公園項(xiàng)目東區(qū)標(biāo)段，總建筑面積117 527.5 m2，其中地上建筑面積84 527.5 m2，地下建筑面積33 000 m2。本工程由珊瑚水母館、夢幻餐廳、沙塔餐廳、海底世界館、火山鯨鯊館、云頂纜車火山站、海豚表演場、2區(qū)燃?xì)庹{(diào)壓站、2區(qū)能源中心、辦公宿舍樓、主題度假酒店、酒店垃圾房等建筑組成。項(xiàng)目東側(cè)場地區(qū)域圍繞著海底世界館和火山鯨鯊館設(shè)置漂流區(qū)域。漂流區(qū)域主要包含回水管、大小水池、水泵房、回水池、漂流池、機(jī)房、水泵房以及飛碟餐廳等附屬建筑。

在群體基坑施工中將面臨較單一基坑更顯著的相互影響問題[1]。海洋公園單體建筑多、基坑形式復(fù)雜多變、施工任務(wù)非常集中、工期要求高，對(duì)施工的組織設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2 地質(zhì)條件

本工程現(xiàn)場自然地面標(biāo)高在4.5 m左右。地質(zhì)條件復(fù)雜，擬建場地在勘察深度范圍內(nèi)揭露的地基土均屬第四紀(jì)沉積物，主要由黏性土、粉性土及砂性土組成。由上而下主要有：①吹填層、②3灰色砂質(zhì)粉土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤粉質(zhì)黏土、⑥粉質(zhì)黏土、⑦粉砂。

基坑開挖深度范圍內(nèi)有吹填土和砂性土。填土較厚，一般在1.0～4.6 m間，夾較多灰黃色黏性土，含植物根莖，土質(zhì)不均?；娱_挖有影響的是淺部土層中的潛水，地下水埋深1.00～1.40 m。場地內(nèi)②3層滲透系數(shù)較大，尤其是該層土厚度普遍超過9 m。場地內(nèi)①、④層均屬于高壓縮性土，是具有含水量高、孔隙比大、壓縮模量小等特性的軟弱土層。

3 場館基坑施工

本工程涉及的單體多，有海豚表演場、火山鯨鯊館、能源中心、沙塔餐廳、水母餐廳、珊瑚水母館、主題酒店、辦公宿舍樓等（圖1），且大部分基坑開挖深度超過5 m，屬于超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程。工種多，施工任務(wù)非常集中，工期較緊，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高，因此對(duì)于基坑施工的有序組織至關(guān)重要[2-4]。

3.1 圍護(hù)施工

本工程各場館圍護(hù)共有水泥土攪拌樁、型鋼水泥土攪拌墻和少量鉆孔灌注樁等3種形式。

圖1 場地場館布置

由于砂性土與水泥漿不易混合攪拌，為確保攪拌樁質(zhì)量，選用SJB-Ⅱ型、JB160型等大功率攪拌樁機(jī)施工。辦公及員工宿舍樓、主題酒店、海豚表演場等3個(gè)單體場館，配備5臺(tái)雙頭深層攪拌樁機(jī)進(jìn)行施工。其余場館配備6臺(tái)雙軸攪拌樁機(jī)、1臺(tái)三軸攪拌樁機(jī)和1臺(tái)鉆孔灌注樁機(jī)。為確保施工進(jìn)度，所有場館圍護(hù)體系同時(shí)開始施工。

攪拌樁施工時(shí)水泥標(biāo)號(hào)采用新鮮P.O 42.5水泥。水泥摻量要求為雙軸攪拌樁13%、三軸攪拌樁20%。采用“兩噴三攪”的施工工藝，鄰近工程樁的攪拌樁嚴(yán)格控制每臺(tái)班施工量≤100 m3，以減少攪拌樁施工的擠土作用。設(shè)計(jì)要求樁身垂直度≤1/150，按照此要求在樁架上兩個(gè)方向設(shè)置水平尺（牢固綁扎或焊接）及高3 m的垂直線球，使垂直線球保持在刻度范圍內(nèi)。每根樁打樁前檢查一次，每鉆進(jìn)提升一次檢查一次，使打樁全過程保持在允許的垂直度范圍內(nèi)。

型鋼水泥土攪拌墻的型鋼在攪拌樁施工完畢30 min內(nèi)依靠自重插入，振動(dòng)錘輔助到位。型鋼于基坑覆土完成后拔出，使用2個(gè)千斤頂同時(shí)向上頂住起拔架的橫梁部分進(jìn)行起拔。待第2次起拔時(shí)，用鋼絲繩穿入H型鋼上部的圓孔吊住H 型鋼。邊拔邊用注漿充填H型鋼拔除后的空隙，減小對(duì)鄰近建筑物及地下管線的影響。

3.2 降水施工

火山鯨鯊館和海底世界館使用深井降水。其余場館采用井點(diǎn)降水。所有場館圍護(hù)施工完畢后立即各自開始降水作業(yè)。開挖前預(yù)降水不少于30 d。

3.3 支撐施工

混凝土棧橋區(qū)域的支撐梁側(cè)模、混凝土棧橋平臺(tái)底模均采用機(jī)制夾板。底模拼裝時(shí)為了便于拆模，在2塊夾板之間留設(shè)寬3 cm的縫隙，縫隙用纖維板補(bǔ)，同時(shí)澆搗混凝土?xí)r在每塊夾板上預(yù)留φ75 mm的PVC管圓孔，以方便擊落底模。

鋼支撐所有支撐拼接必須順直。為此，每次安裝前先控制水平標(biāo)高，以支撐的軸線用φ10 mm水平管檢驗(yàn)支撐的位置。每道支撐安裝后，及時(shí)按設(shè)計(jì)要求施加預(yù)應(yīng)力。鋼管支撐應(yīng)施加1 000 kN預(yù)應(yīng)力，分500 kN和500 kN兩級(jí)施加。預(yù)應(yīng)力施加至設(shè)計(jì)要求加鋼楔頂緊后，再拆除千斤頂。

3.4 基坑開挖

為縮短工期，工程基坑施工順序如下：海豚表演場先行開挖，火山鯨鯊館、海底世界館、珊瑚水母館、沙塔餐廳、辦公及員工宿舍樓、主題酒店按照各單體后澆帶分區(qū)，挖土同時(shí)開始，各單體互不影響。

由于各場館圍護(hù)支撐體系、挖深各不相同，對(duì)各個(gè)場館基坑施工順序進(jìn)行了針對(duì)性的優(yōu)化，以提升施工效率。

火山鯨鯊館開挖面積5 267 m2，基坑開挖深度5.25～8.30 m，開挖深度較深?；鹕仅L鯊館基坑與能源中心基坑最小間距 12.50 m，2個(gè)基坑同時(shí)施工。根據(jù)設(shè)計(jì)工況需要，必須確保基坑相鄰處同時(shí)挖土，支撐同時(shí)施工，確保相鄰區(qū)域大底板同時(shí)澆筑，以減小土方側(cè)壓力及安全風(fēng)險(xiǎn)。為此，首先將基坑南側(cè)與能源中心相鄰處開挖2.30 m，至支撐底標(biāo)高，施工第1道混凝土支撐以及鋼管支撐。待支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后，基坑整體采用盆式開挖。

中心區(qū)域挖至5.25 m，隨后分塊進(jìn)行周圍區(qū)域的挖土施工，基本按照從南到北、從東向西順序退挖的原則施工。西南側(cè)落深區(qū)開挖土體至挖深5.10 m，開槽施工第2道混凝土圍檁，安裝型鋼支撐，即澆筑墊層、底板及換撐帶。待其他所有區(qū)域底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，開始中心區(qū)域的底板施工。辦公及員工宿舍樓、主題酒店和海豚表演場基坑相鄰，劃分為同一施工段。開挖面積32 407 m2，開挖深度5.4～7.1 m。結(jié)合底板后澆帶，將本施工段分為5個(gè)分區(qū)（圖2）。

圖2 辦公、酒店、海豚館區(qū)域挖土分區(qū)及挖土方向

首先開挖1區(qū)東西兩端區(qū)域，并設(shè)置支撐和棧橋，為基坑開挖施工提供行車路線。隨后，1區(qū)、2區(qū)和4區(qū)依內(nèi)部分區(qū)同時(shí)進(jìn)行挖土和結(jié)構(gòu)施工的流水作業(yè)，3區(qū)同時(shí)布置斜撐。待其他區(qū)域底板基本施工完成后，開始3區(qū)基坑施工，最后單獨(dú)開挖施工5區(qū)的車道。珊瑚水母館、沙塔餐廳館等挖深較小的場館直接由東向西退挖至預(yù)定標(biāo)高，以盡快為后續(xù)施工提供條件。根據(jù)施工總進(jìn)度計(jì)劃，最大程度地滿足及時(shí)配備機(jī)械設(shè)備和人工投入的要求，開挖時(shí)每天外運(yùn)土方4 000 m3以上，以確保施工進(jìn)度。

3.5 地下水池施工

本工程為海洋公園工程，火山鯨鯊館、海豚表演場、海底世界館等場館均設(shè)有水池。由于水池混凝土結(jié)構(gòu)防滲漏要求比普通結(jié)構(gòu)高，混凝土一次澆筑完成，不留設(shè)施工縫。

為確保水池表面的平整度，使用弧形定型鋼模板，接縫部位設(shè)置橡膠內(nèi)襯墊或復(fù)合PVC襯墊，支撐模板的穿墻鋼筋放置厚20 mm塑料墊圈。

對(duì)底板混凝土采取斜向分層澆筑，分層厚度應(yīng)根據(jù)設(shè)備配置、混凝土坍落度及流淌坡度、混凝土運(yùn)輸及泵送量、操作人員的安排統(tǒng)一考慮，防止冷縫產(chǎn)生。底板與墻板之間設(shè)置厚5 mm的止水鋼板，交界處的混凝土口上翻5 cm[5-7]。

4 漂流段基坑施工

漂流段基坑在所有場館基坑施工完成后進(jìn)行。漂流段基坑開挖面積超過18 000 m2，整體形狀為U形，且外邊形狀不規(guī)則。內(nèi)部劃分為回水池、水泵房、漂流池等眾多區(qū)域，基坑高差多變。漂流池挖深2.5～5.8 m，回水管與漂流池內(nèi)高差3.4～4.8 m，其余區(qū)域挖深在3.3～8.3 m之間。且漂流回水管基坑為新增基坑，在周邊原有單體均已完成地下室以及主體結(jié)構(gòu)的施工后進(jìn)行，對(duì)測量、圍護(hù)支撐施工、材料的進(jìn)出以及施工的組織要求高。

4.1 測量定位

漂流段形狀不規(guī)則，建筑總圖中均以坐標(biāo)定位，基坑軸線無規(guī)則且標(biāo)高多變，工況復(fù)雜，故在漂流段的開挖過程中均用全站儀來控制平面位置以及高程。

通過市政水準(zhǔn)點(diǎn)引進(jìn)坐標(biāo)，在海底世界建筑屋頂四角上引入4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)作為半永久點(diǎn)。同時(shí)在漂流段外側(cè)硬化場地穩(wěn)定區(qū)域引入4個(gè)外側(cè)半永久點(diǎn)，兩兩通視，且與海底世界館屋面的點(diǎn)也能通視。在基坑內(nèi)高程變化區(qū)域，均先進(jìn)行位置放樣，四周打入角樁，劃分好區(qū)域，后進(jìn)行各個(gè)高程的測量。對(duì)于漂流段的結(jié)構(gòu)位置，均利用坐標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確放樣，確保結(jié)構(gòu)的位置準(zhǔn)確。

4.2 基坑施工

基坑圍護(hù)共有3種形式。為提高施工效率，共配備7臺(tái)雙頭深層攪拌樁機(jī)、1臺(tái)三軸攪拌樁機(jī)同時(shí)進(jìn)行施工。鄰近工程樁的攪拌樁嚴(yán)格控制施工速度，以減少攪拌樁施工的擠土作用。

施工時(shí)，將漂流段分為3段，即AC段、AD段以及AA段（圖3）。3段同時(shí)開挖施工，互不影響，以減少工期消耗。為便于行車，在AA段和AC段中部設(shè)置施工棧橋。

AC段和AD段首先進(jìn)行首層土方開挖。AC段和AD段進(jìn)行第1道支撐、棧橋施工時(shí)進(jìn)行AA段土方開挖。隨后AC、AD、AA段依次進(jìn)行漂流段底板施工、第2皮土方開挖、漂流段結(jié)構(gòu)施工、回水池及水泵房、泵池底板施工、回水管分段埋設(shè)施工。待所有底板及回水管墊層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除基坑支撐，支撐拆除完畢后繼續(xù)漂流結(jié)構(gòu)施工。最后進(jìn)行漂流游樂設(shè)備的安裝。AC、AD以及AA段底板采用跳倉法施工，先施工澆筑先期區(qū)域底板。待5～6 d混凝土內(nèi)力釋放后施工澆筑剩余區(qū)域底板。在底板及傳力帶養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行后續(xù)施工。

圖3 漂流段基坑分段布置

5 實(shí)施效果

通過合理的基坑區(qū)域劃分和人員設(shè)備調(diào)配，本工程施工比預(yù)計(jì)工期提前2個(gè)月完成。漂流段施工工期為9個(gè)月，為完成預(yù)定工期目標(biāo)打下了良好基礎(chǔ)。所有場館中，除2個(gè)點(diǎn)位圍護(hù)水平位移和4個(gè)點(diǎn)位圍護(hù)垂直位移超過40 mm外，其余基坑變形在可控范圍內(nèi)，施工效果良好。

6 結(jié)語

本工程為大型水族館工程，施工區(qū)域廣、單體場館眾多、基坑形狀復(fù)雜。通過合理的施工流程安排和施工組織設(shè)計(jì)，提高施工效率，完成了預(yù)定工期目標(biāo)。