建筑工程基坑支護(hù)總體方案優(yōu)選淺論

吳興洋

【摘要】基坑支護(hù)總體方案的選擇直接關(guān)系到工程造價(jià)、施工進(jìn)度及周圍環(huán)境的安全?？傮w方案主要有順作法、逆作法和順逆相結(jié)合等三種基本形式，它們具有各自鮮明的特點(diǎn)。在同一個(gè)基坑工程中，順作法和逆作法也可以在不同的基坑區(qū)域組合使用，從而在特定條件下滿足工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性要求。

【關(guān)鍵詞】土建施工 基坑支護(hù) 方案優(yōu)選

1順作法基坑支護(hù)方案

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)通常由圍護(hù)墻、隔水帷幕、水平內(nèi)支撐系統(tǒng)（或錨桿系統(tǒng)）以及支撐的豎向支承系統(tǒng)組成。所謂順作法，是指先施工周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)，然后由上而下分層開挖，并依次設(shè)置水平支撐（或錨桿系統(tǒng)），開挖至坑底后，再由下而上施工主體地下結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底板、豎向墻柱構(gòu)件及水平樓板構(gòu)件，并按一定的順序拆除水平支撐系統(tǒng)，進(jìn)而完成地下結(jié)構(gòu)施工的過程。當(dāng)不設(shè)支護(hù)結(jié)構(gòu)而直接采用放坡開挖時(shí)，則是先直接放坡開挖至坑底，然后自下而上依次施工地下結(jié)構(gòu)。

順作法是基坑工程的傳統(tǒng)開挖施工方法，施工工藝成熟，支護(hù)結(jié)構(gòu)體系與主體結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立，相比逆作法，其設(shè)計(jì)、施工均比較便捷。由于是傳統(tǒng)工藝，對(duì)施工單位的管理和技術(shù)水平的要求相對(duì)較低，施工單位的選擇面較廣。另外順作法相對(duì)于逆作法而言，其基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與主體設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)性較低，受主體設(shè)計(jì)進(jìn)度的制約小，基坑工程有條件盡早開工。

順作法常用的總體方案包括放坡開挖、直立式圍護(hù)體系和板式支護(hù)體系三大類;其中直立式圍護(hù)體系又可分為水泥土重力式圍護(hù)、土釘支護(hù)和懸臂板式支護(hù);板式支護(hù)又包括圍護(hù)墻結(jié)合內(nèi)支撐系統(tǒng)和圍護(hù)墻結(jié)合錨桿系統(tǒng)兩種形式。

2逆作法基坑支護(hù)方案

相對(duì)于順作法，逆作法則是每開挖一定深度的土體后，即支設(shè)模板澆筑永久的結(jié)構(gòu)梁板，用以代替常規(guī)順作法的臨時(shí)支撐，以平衡作用在圍護(hù)墻上的土壓力。因此當(dāng)開挖結(jié)束時(shí)，地下結(jié)構(gòu)即已施工完成。這種地下結(jié)構(gòu)的施工方式是自上而下澆筑，同常規(guī)順作法開挖到坑底后再自下而上澆筑地下結(jié)構(gòu)的施工方法不同，故成為逆作法。當(dāng)逆作地下結(jié)構(gòu)的同時(shí)還進(jìn)行地上結(jié)構(gòu)的施工，則稱為全逆作法，如圖11 所示;當(dāng)僅逆作地下結(jié)構(gòu)而并不同步施工地上結(jié)構(gòu)時(shí)，則稱為半逆作法，如圖12 所示。由于逆作法的梁板重量較常規(guī)順作法的臨時(shí)支撐要大得多，因此必須考慮立柱和立柱樁的承載能力問題。尤其是采用全逆作法時(shí)，地上結(jié)構(gòu)所能同時(shí)施工的最大層數(shù)應(yīng)根據(jù)立柱和立柱樁的承載力確定。

逆作法通常采用支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合，根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的程度，逆作法可以有兩種類型，即周邊臨時(shí)圍護(hù)體結(jié)合坑內(nèi)水平梁板體系替代支撐采用逆作法施工、支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)全面相結(jié)合采用逆作法施工。

逆作法的主要優(yōu)點(diǎn)：樓板剛度高于常規(guī)順作法的臨時(shí)支撐，基坑開挖的安全度得到提高，且一般而言基坑的變形較小，因而對(duì)基坑周邊環(huán)境的影響較小。當(dāng)采用全逆作法時(shí)，地上和地下結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，因此可縮短工程的總工期。地面樓板先施工完成后，可以為施工提供作業(yè)空間，因此可以解決施工場(chǎng)地狹小的問題。逆作法采用支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合，因此可以節(jié)省常規(guī)順作法中大量臨時(shí)支撐的設(shè)置和拆除，經(jīng)濟(jì)性好，且有利于降低能耗、節(jié)約資源。

逆作法不足：技術(shù)復(fù)雜，垂直構(gòu)件續(xù)接處理困難，接頭施工復(fù)雜。對(duì)施工技術(shù)要求高，例如對(duì)一柱一樁的定位和垂直度控制要求高，立柱之間及立柱與連續(xù)墻之間的差異沉降控制要求高等。采用逆作暗挖，作業(yè)環(huán)境差，結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量易受影響。逆作法設(shè)計(jì)與主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)度大，受主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)度的制約。

當(dāng)工程具有以下特征或技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求時(shí)，可以考慮選用逆作法方案：大面積的深基坑工程，采用逆作法方案，節(jié)省臨時(shí)支撐體系費(fèi)用?；又苓叚h(huán)境條件復(fù)雜，且對(duì)變形敏感，采用逆作法有利于控制基坑的變形。施工場(chǎng)地緊張，利用逆作的地下首層樓板作為施工平臺(tái)。工期進(jìn)度要求高，采用上下部結(jié)構(gòu)同時(shí)的全逆作法設(shè)計(jì)方案，施工縮短總工期。

3順逆結(jié)合基坑支護(hù)方案

3.1主樓先順作、裙樓后逆作方案

一般來(lái)說主樓為超高層建筑工期控制的主導(dǎo)因素，在施工場(chǎng)地緊張的情況下，可先采用順作法施工主樓地下室，而裙樓暫時(shí)作為施工場(chǎng)地，待主樓進(jìn)入上部結(jié)構(gòu)施工的某一階段，再逆作施工裙樓地下室，這種順逆結(jié)合的方案即為主樓先順作、裙樓后逆作方案。主樓先順作、裙樓后逆作具有其特有的優(yōu)點(diǎn)：該方案一方面解決了施工場(chǎng)地狹小、操作困難的問題;另一方面塔樓順作基坑面積較小，可加快施工速度;裙樓逆作施工不占用絕對(duì)工期，縮短了總工期，并可減少前期投資額。裙樓地下室逆作能夠有效地控制基坑的變形，可減小對(duì)周邊環(huán)境的影響;同時(shí)又由于省去了常規(guī)順作法中支設(shè)和拆除大量的臨時(shí)支撐，經(jīng)濟(jì)性較好。

3.2裙樓先逆作、主樓后順作方案

對(duì)于由塔樓和裙樓組成的超高層建筑，有時(shí)裙樓的工期要求非常高（例如裙樓作為商業(yè)建筑時(shí)往往希望能盡快投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)）而塔樓工期要求相對(duì)較低，此時(shí)裙樓可先采用全逆作法地上地下同時(shí)施工，以節(jié)省工期，并在主樓區(qū)域設(shè)置大空間出土口（主樓由于其構(gòu)件的重要性不適合采用逆作法），待裙樓地下結(jié)構(gòu)施工完成后，再順作施工主樓區(qū)地下結(jié)構(gòu)，從而形成裙樓先逆作、主樓后順作的方案。該方案具有以下特點(diǎn)：主樓區(qū)域設(shè)置的大空間出土口出土效率高，可加快裙樓逆作的施工速度;裙樓區(qū)域在地下結(jié)構(gòu)首層結(jié)構(gòu)梁板施工完成后，有條件立即向地上施工，可大大縮短裙樓上部結(jié)構(gòu)的工期;裙樓區(qū)域結(jié)構(gòu)梁板代支撐，支撐剛度大，對(duì)基坑的變形控制有利;在逆作階段主樓區(qū)域的大空間出土口可以顯著地改善裙樓逆作區(qū)域地下作業(yè)的通風(fēng)和采光條件;由于主樓區(qū)域需要在裙樓區(qū)域逆作完成后再施工，因此一般情況下將會(huì)增加主樓的工期與工程的總工期。

3.3中心順作、周邊逆作方案

該方案具有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：將整個(gè)基坑分為中心順作區(qū)和周邊逆作區(qū)兩部分，周邊部分采用結(jié)構(gòu)梁板作為水平支撐，而中心部分則無(wú)需設(shè)置支撐，從而節(jié)省了大量臨時(shí)支撐。同時(shí)由于中部采用敞開式施工，出土速度較快，大大加快了整體施工進(jìn)度。在基坑周邊首先施工一圈具有一定水平剛度的結(jié)構(gòu)環(huán)板，中心區(qū)域施工過程中利用被動(dòng)區(qū)多級(jí)放坡留土和結(jié)構(gòu)環(huán)板約束圍護(hù)體的位移，從而達(dá)到控制基坑變形、保護(hù)周圍環(huán)境的目的。由于僅周邊環(huán)板采用逆作法施工，可僅對(duì)首層邊跨結(jié)構(gòu)梁板和一柱一樁進(jìn)行加固，作為施工行車通道，并利用周邊圍護(hù)體作為施工行車通道的豎向支承構(gòu)件，減少了常規(guī)逆作法中施工行車通道區(qū)域結(jié)構(gòu)梁板和支承立柱和立柱樁的加固費(fèi)用。