順逆結(jié)合多塔樓深大基坑工程的設(shè)計(jì)方案分析

林圣杰 孫海忠

(上海市建工設(shè)計(jì)研究總院有限公司，上海 200235)

隨著城市用地的不斷吃緊，“超高層建筑+深大基坑工程”越來(lái)越多地出現(xiàn)在城市中心繁華地段。為保障工程施工的安全、減少基坑開(kāi)挖周邊建構(gòu)筑物的影響、避免支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)施工場(chǎng)地的大面積占用并縮短工期，內(nèi)支撐順作法或利用地下室樓板的逆作法被廣泛地運(yùn)用到了基坑支護(hù)工程中。然而由于項(xiàng)目功能、挖深或所在地的不同，順作法和逆作法又須進(jìn)行一定的取舍或結(jié)合，這給基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了一定的困難。本次研究將結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)采用順逆結(jié)合工藝的基坑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行一定分析，為今后的類似工程提供一定借鑒。

1 工程背景

1.1 工程概況

剛泰國(guó)際中心項(xiàng)目基坑工程位于浙江省臺(tái)州市椒江區(qū)，南至東海大道，東至中心大道。該項(xiàng)目分為住宅樓及公建兩大片區(qū)：住宅樓區(qū)域由4棟31層住宅樓構(gòu)成；公建區(qū)由2棟27層辦公樓、2棟37層辦公樓、1棟62層辦公樓及商業(yè)裙房等組成；整體設(shè)-3F地下室。基坑呈不規(guī)則形狀，基坑總周長(zhǎng)約849 m，大地庫(kù)總開(kāi)挖面積約42 674 m2，其中住宅區(qū)開(kāi)挖面積12 894 m2，公建區(qū)開(kāi)挖面積29 780 m2,基坑開(kāi)挖深度最深達(dá)17.25 m。

1.2 周邊環(huán)境分析

場(chǎng)地東側(cè)為主干道中心大道，道路邊線距基坑9.8 m；場(chǎng)地南側(cè)為主干道東海大道及臺(tái)州實(shí)驗(yàn)中學(xué)，道路邊線距基坑約9.0 m，實(shí)驗(yàn)中學(xué)距基坑較遠(yuǎn)，約有62 m；場(chǎng)地西側(cè)為四號(hào)路，道路邊線距基坑約8.4 m；場(chǎng)地北側(cè)為內(nèi)環(huán)路及五號(hào)路，道路邊線距基坑約6.4 m；上述道路均已成型，其下分布有多條市政管線。

1.3 工程地質(zhì)條件

基坑開(kāi)挖影響土層主要有③1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及③2層淤泥，均為浙江沿海地區(qū)常見(jiàn)深厚海淤，呈流塑狀，是場(chǎng)地主要軟弱土層，具有含水量高、孔隙比大、強(qiáng)度低等特點(diǎn)；地下水類型為上部孔隙潛水和下部孔隙承壓水及深部的基巖裂隙水。根據(jù)分析，場(chǎng)地地下水穩(wěn)定水位高程應(yīng)在2.00 m～2.50 m之間。場(chǎng)地內(nèi)承壓含水層位于⑦層圓礫層，承壓水水頭位于基坑底以下，故對(duì)本工程有影響的主要為淺部潛水。在本次設(shè)計(jì)中，潛水水位按不利條件采用：地下水位埋深為0.50 m。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

2.1 本基坑工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

1)深大基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)性及經(jīng)濟(jì)性取舍。

對(duì)于超大面積的基坑工程來(lái)說(shuō)，若采用全順作法施工，則坑內(nèi)需設(shè)置和拆除大量臨時(shí)的支撐系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)性較差。大規(guī)?；庸こ虈o(hù)方案的選型至關(guān)重要，不同的圍護(hù)方案工期、造價(jià)以及施工便利性差異很大，如何在滿足基坑安全的前提下提高經(jīng)濟(jì)性以及施工的方便性成為本基坑工程設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題之一。

2)加快地下結(jié)構(gòu)及住宅區(qū)施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)業(yè)主訴求。

本工程業(yè)主期望地下室整體結(jié)構(gòu)及住宅樓區(qū)域盡快施工，達(dá)到住宅樓開(kāi)啟預(yù)售的條件。另外客觀上由于住宅區(qū)挖深較淺，且樁基先行進(jìn)場(chǎng)，施工進(jìn)度必然較公建區(qū)快，為達(dá)到整體地下室先出±0.000的目標(biāo)，在安全性與經(jīng)濟(jì)性前提下，科學(xué)、合理安排總體施工流程，縮短公建區(qū)地下室施工進(jìn)度，是本基坑工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)也是難點(diǎn)之一。

3)周邊環(huán)境較為復(fù)雜、軟弱土層深厚，基坑工程變形控制要求嚴(yán)格。

本工程位于浙江臺(tái)州椒江區(qū)中央商務(wù)區(qū)內(nèi)。地塊南側(cè)為東海大道，東側(cè)為中心大道，西側(cè)與北側(cè)也均為市政道路，基坑四周紅線外地下均埋設(shè)有較多的市政管線，基坑設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)有效控制市政管線的變形，對(duì)本工程的基坑變形提出了較高的要求。此外場(chǎng)地淺層分布有巨厚的高含水量、高壓縮性極軟弱的淤泥質(zhì)土、淤泥，對(duì)于基坑的挖土、降水和變形控制都極為不利，軟弱的土層條件是本基坑工程設(shè)計(jì)與施工中必須重點(diǎn)考慮并給予妥善處理的問(wèn)題之一。因此支護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制和周邊環(huán)境保護(hù)是本工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。

4)基地四周緊鄰用地紅線，施工場(chǎng)地狹小、施工難度高。

基地周邊基坑開(kāi)挖邊線距離用地紅線較近，基坑實(shí)施階段圍護(hù)體與用地紅線之間僅存的空間難以滿足施工車道、臨舍搭建以及施工材料堆放等施工場(chǎng)地布置需要，因此基坑工程施工場(chǎng)地較為狹小，基坑工程實(shí)施階段施工場(chǎng)地和施工道路的合理布置是本基坑工程難題之一。

2.2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

在綜合業(yè)主訴求、工期、本項(xiàng)目特征和造價(jià)等因素，最終采用了“住宅區(qū)順作+公建區(qū)半逆作”的方案，具體如下：

1)住宅區(qū)順作基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：住宅區(qū)大面積開(kāi)挖深度12.45 m，采用了直徑1 200 mm鉆孔灌注樁+兩道混凝土支撐的支護(hù)形式(見(jiàn)圖1)。

2)公建區(qū)半逆作基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：公建區(qū)群房及純地下室區(qū)域開(kāi)挖深度14.25 m，塔樓區(qū)挖深14.75 m～17.25 m。公建區(qū)基坑支護(hù)樁采用了“樁墻合一”的圍護(hù)形式，即直徑1 200 mm灌注樁既作為基坑開(kāi)挖階段的圍護(hù)體，同時(shí)作為地下室的結(jié)構(gòu)外墻的一部分，以達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)外墻的目標(biāo)。公建區(qū)基坑將塔樓及地下室汽車坡道范圍均作為逆作區(qū)取土口，對(duì)暗挖階段的出土帶來(lái)極大的方便，加快了純地下室的結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度。逆作樓板豎向支承構(gòu)件采用了“一柱一樁”的形式，即鋼格構(gòu)柱與鉆孔灌注樁相結(jié)合作為基坑開(kāi)挖階段的豎向支承系統(tǒng)，鋼格構(gòu)立柱主要采用了4L180×180 Q345的角鋼格構(gòu)，較傳統(tǒng)的鋼管混凝土立柱施工便捷且經(jīng)濟(jì)。

3 順逆作基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形計(jì)算

基坑支護(hù)的計(jì)算采用規(guī)范推薦的豎向彈性地基梁法，土的c,φ值均采用固結(jié)快剪指標(biāo)，支護(hù)樁變形、內(nèi)力計(jì)算和各項(xiàng)穩(wěn)定性參照了行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 120—2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程、浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)DB33/T 1096—2014建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程及浙江地方標(biāo)準(zhǔn)DB33/T 1112—2015建筑基坑逆作法技術(shù)規(guī)程等相關(guān)規(guī)范、規(guī)程。計(jì)算中地面超載原則上均取30 kPa，經(jīng)計(jì)算，基坑的整體穩(wěn)定性滿足安全性要求，圍護(hù)樁深層的最大位移在33.7 mm～52.4 mm范圍間，滿足一級(jí)基坑對(duì)于圍護(hù)墻深層水平位移控制在0.3%h以內(nèi)的要求。

4 順逆結(jié)合基坑支護(hù)施工措施

基坑工程是建筑施工中的重大危險(xiǎn)源之一，施工質(zhì)量對(duì)基坑工程的影響巨大。為進(jìn)一步保證施工質(zhì)量，確保基坑安全，設(shè)計(jì)還采取了以下措施：

1)因逆作區(qū)“一柱一樁”須承受較大荷載，為保證其支承效果，提出了采取樁端后注漿工藝的要求。

2)向各參建單位明確要做到信息化施工，加強(qiáng)對(duì)圍護(hù)體及周邊環(huán)境的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)并采取措施。

3)對(duì)于住宅區(qū)順作及公建區(qū)逆作的工況搭接提出了明確的要求：例如“待住宅區(qū)B1板施工完成并養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可開(kāi)挖公建逆作區(qū)第二皮土方并施工其B1樓板”，減少了順逆結(jié)合基坑支護(hù)工程因工況搭接不佳產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

順作法和逆作法作為基坑支護(hù)工程主要采用的施工工藝，各有其特點(diǎn)，若能根據(jù)工程的實(shí)際情況將二者相結(jié)合，將能帶來(lái)更多工期與造價(jià)、基坑變形控制、環(huán)保等各方面的效益。

1)工期與造價(jià)：采用順逆結(jié)合的施工方法，能使住宅樓地上結(jié)構(gòu)和公建區(qū)地下室結(jié)構(gòu)同步進(jìn)行，一方面大大縮短了地下室結(jié)構(gòu)施工的工期，滿足了業(yè)主的訴求；另一方面，公建半逆作區(qū)利用結(jié)構(gòu)樓板替代臨時(shí)支撐，不僅減少了臨時(shí)支撐設(shè)置的時(shí)間，還節(jié)約了大量成本。

2)變形控制：住宅樓地下室底板施工完成并養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，公建區(qū)開(kāi)啟逆作樓板的施工：利用地下室結(jié)構(gòu)的梁板連接取土口臨時(shí)支撐梁代替支撐體系，支撐剛度大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土體變形小。

3)環(huán)保：一方面，公建逆作樓板作為基坑的水平支撐，替代了傳統(tǒng)的內(nèi)部臨時(shí)支撐，大大減少了混凝土廢料的產(chǎn)生，達(dá)到了資源節(jié)省的目標(biāo)；另一方面，由于公建逆作區(qū)采用首層樓板作為現(xiàn)場(chǎng)土方臨時(shí)堆放區(qū)域和材料堆場(chǎng)，可以使土方外運(yùn)集中于晚間施工，減少白天機(jī)械進(jìn)出工地?cái)?shù)量，對(duì)緩解周邊主干道的交通壓力有較大的幫助。