地上建筑與基坑面積占比大的全逆作法施工工藝研究

諶柳謙

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200434

1 工程簡介

北外灘貫通和綜合改造提升工程一期項(xiàng)目南側(cè)緊鄰黃浦江，東側(cè)靠近虹口港。主要內(nèi)容包括拆除原港務(wù)辦公樓及1號庫，原2號庫、3號庫作為歷史建筑采取保留改造方式，3棟樓整體新建改造后成為具有國際重大會議接待功能的會議中心建筑；拆除基地東側(cè)4、5、6號庫和家屬院及虹口港東側(cè)勤務(wù)大隊(duì)營房，將其一同改造為綠地廣場公共空間，拆除建筑平面見圖1；同時設(shè)置濱江禮賓平臺，架空在新建防汛墻之上，作為重大國事活動的室外迎賓場所使用。會議中心由西向東依次為1號樓、連廊Ⅰ、2號樓、連廊Ⅱ、3號樓。1號樓地上4個自然層加4個夾層，2、3號樓3個自然層加3個夾層。建筑高度依次為44.8、29.6、39.6、29.6、37.6 m，新建建筑平面見圖2。

圖1 拆除建筑平面示意

圖2 新建建筑平面示意

工程地下3層，局部地下2層，開挖深度－16.10 m，最大開挖深度超過20 m。地上采用鋼框架結(jié)構(gòu)。

2 圍護(hù)工程概況

工程基坑分為順作區(qū)和逆作區(qū)，從西到東一共分為3個基坑，具體分布示意詳見圖3。其中1號基坑為順作區(qū)，面積約937 m2；2號基坑為逆作區(qū)，面積約12 420 m2；3號基坑為順作區(qū)，面積約667 m2。先進(jìn)行1號基坑（順作法）土方開挖，2號基坑（逆作法）首層土方在樁基圍護(hù)及坑內(nèi)加固完成后進(jìn)行開挖，3號基坑（順作法）等2號基坑B2板完成后再進(jìn)行開挖。

圖3 工程基坑示意

工程立柱樁采用一柱一樁，樁徑主要為1 000 mm和1 200 mm。圍護(hù)采用厚1 m或1.2 m地下連續(xù)墻＋TRD工法/CSM工法樁止水帷幕＋MJS工法樁＋咬合樁＋坑內(nèi)三軸水泥土攪拌樁的形式。其中，基坑西、北側(cè)采用TRD工法止水，基坑?xùn)|北角、南側(cè)部分段采用CSM工法樁止水，南側(cè)部分段采用MJS工法樁，東側(cè)采用咬合樁。1號基坑設(shè)置4道水平支撐（1道混凝土支撐＋3道鋼支撐），西側(cè)與紅樓、灰樓之間設(shè)置隔離樁，采用MJS高壓旋噴樁套打直徑為800 mm的鉆孔灌注樁，3號基坑采用3道水平混凝土支撐，順作區(qū)與逆作區(qū)之間的隔斷采用厚1 m的地下連續(xù)墻。順作區(qū)坑內(nèi)加固采用RJP高壓旋噴樁。

工程的坑中坑主要集中在基坑北側(cè)，具體詳見圖4。為加強(qiáng)深坑區(qū)域地下連續(xù)墻的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)在地下2層樓板與底板之間增設(shè)了K撐。施工K撐時，先挖K撐高度范圍內(nèi)的一層土，待K撐施工完成且強(qiáng)度達(dá)到要求后再進(jìn)行底板土方的開挖。

圖4 深坑分布示意

3 逆作區(qū)土方開挖分區(qū)

逆作區(qū)土方開挖一共分5層進(jìn)行。第1層土方采用明挖的方式開挖，在此不再贅述。結(jié)合工程的特點(diǎn)，為了做好對南側(cè)防汛墻的保護(hù)，第2層至第5層土方開挖分為7個區(qū)，每個分區(qū)的面積控制在2 000 m2左右，逆作區(qū)分區(qū)見圖5。

圖5 逆作區(qū)開挖分區(qū)示意

2號基坑呈狹長狀，為了控制基坑的變形，計(jì)劃先進(jìn)行D區(qū)的土方開挖，然后進(jìn)行D區(qū)的結(jié)構(gòu)施工，使之形成板撐，達(dá)到將1個大基坑分成2個小基坑的目的。土方開挖流程如下：D區(qū)→C、E區(qū)→B、F區(qū)→A、G區(qū)。

為保護(hù)南側(cè)的防汛墻，每個區(qū)域的土方開挖遵循由南向北的原則。

4 取土口及行車道設(shè)置

本工程南北方向長度不足60 m，樓梯和電梯等結(jié)構(gòu)洞口主要集中在基坑北側(cè)。B0板的低跨部分位于每幢樓的南北兩側(cè)，地上大跨度空間主要集中在每幢樓的中間部分。

本工程場地面積狹小，基坑周邊無足夠的場地供行車使用，因此需要利用地下室頂板作為行車道?？紤]到B0板南北兩側(cè)的低跨以及洞口較多，為了減少后期混凝土的鑿除量，將行車道路線設(shè)計(jì)在建筑的中間跨部分。

取土口根據(jù)挖土分區(qū)進(jìn)行設(shè)置，為保證出土效率，每個分區(qū)保證至少有2個取土口。設(shè)置取土口時，應(yīng)充分利用結(jié)構(gòu)自身的洞口，比如設(shè)備吊裝口、樓梯及電梯井。取土口的最小尺寸不小于8 mh 8 m。本工程一共設(shè)置16個取土口，具體分區(qū)詳見圖6。

圖6 行車道及取土口示意

統(tǒng)計(jì)這16個取土口四周的鋼柱情況，有以下幾種情況：四周有4根鋼柱、3根鋼柱、2根鋼柱、1根鋼柱以及沒有鋼柱等5種情況。當(dāng)取土口四周有4根鋼柱時，由于地上、地下同時施工，上文提到的8 mh 8 m取土口尺寸已經(jīng)無法滿足取土的要求。為了滿足施工的需要，全逆作法時四周有鋼柱的取土口尺寸不得小于9 mh 9 m，其他4種情況取土口不小于8 mh 8 m。

同一個挖土分區(qū)的取土口盡量均勻分布在該分區(qū)范圍內(nèi)，應(yīng)避免集中出現(xiàn)在北半段或南半段的情況。為了提高出土效率，取土口至每個分區(qū)最遠(yuǎn)的取土距離不得超過25 m。

5 地上結(jié)構(gòu)緩做區(qū)域

目前，取土口位置的挖機(jī)一般有套臂機(jī)、長臂挖機(jī)、伸縮臂挖機(jī)以及克令吊（帶抓斗）幾種。本工程基本挖深達(dá)到了16 m左右，需要使用伸縮臂挖機(jī)和克令吊（帶抓斗）。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，這2種機(jī)械的最小凈空高度需達(dá)到13 m。主要受影響的樓層有2F（＋5.90 m）、2M（＋9.90 m）、2MF（＋13.90 m）這3個樓面。因此，為滿足施工需要，在挖土機(jī)械停放及回轉(zhuǎn)半徑區(qū)域內(nèi)，受影響的鋼梁必須全部緩吊。

對于非關(guān)鍵線路上的鋼結(jié)構(gòu)，可直接要求整個區(qū)域緩做。如圖7所示，基坑外區(qū)域以及2層結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)吊裝可以安排在逆作區(qū)基礎(chǔ)底板完成后再進(jìn)行。

圖7 非關(guān)鍵線路區(qū)域緩做示意

以2F（＋5.90 m）為例，分析上部鋼結(jié)構(gòu)緩吊（圖8）的幾種類型：

圖8 關(guān)鍵路線區(qū)域緩吊示意

1）挖機(jī)停放及回轉(zhuǎn)半徑，高度13 m范圍內(nèi)的鋼梁。

2）本工程2F部分鋼梁高度超過1 m，使得B0板上的行車道凈高不足5 m，為了確保行車的安全，造成凈高不足5 m的鋼梁需要緩吊。

3）與類型1和類型2連接的一些鋼梁，受類型1和類型2暫緩施工的影響，不得不跟著緩吊。

6 鋼結(jié)構(gòu)吊裝與挖土的交叉作業(yè)

本工程場地面積有限，且采用全逆作法進(jìn)行施工，頂板上的土方開挖作業(yè)與鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)存在較大范圍的施工交叉，安全風(fēng)險(xiǎn)大。由于取土口區(qū)域機(jī)械對凈高的要求高，只有當(dāng)3F結(jié)構(gòu)（＋20.90 m）施工完成后，鋼結(jié)構(gòu)的吊裝與土方開挖才能完全分開。故3F及以下層鋼結(jié)構(gòu)吊裝與土方開挖的作業(yè)面需盡可能錯開，以此保證施工現(xiàn)場的安全。

為了讓鋼結(jié)構(gòu)吊裝與挖土的交叉作業(yè)盡可能減少，現(xiàn)場采取了以下措施[1-2]：

1）土方從中間向東西兩端開挖，而鋼結(jié)構(gòu)則采取從兩邊向中間方向吊裝的方式，即先從1、3號樓開始吊裝，再進(jìn)行2號樓鋼結(jié)構(gòu)的吊裝。

2）未進(jìn)行土方開挖，同時上部在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝的取土口，在洞口上張拉安全網(wǎng)，做好安全防護(hù)措施。

3）北側(cè)設(shè)置3個大門，可供車輛依據(jù)取土位置選擇進(jìn)入。土方車盡量減少在鋼結(jié)構(gòu)吊裝區(qū)域穿插行駛的時間。

4）減少不必要的交叉作業(yè)時間。土方開挖的工作時間盡可能安排在晚上，鋼結(jié)構(gòu)的吊裝作業(yè)集中在白天進(jìn)行。

7 結(jié)語

地上建筑與基坑面積占比大的全逆作法工程，由于沒有足夠的場地在建筑外設(shè)置取土口，因此必然需要和上部結(jié)構(gòu)的施工組織有效結(jié)合起來，需要注意的要素主要有以下幾點(diǎn)：

1）需保證車輛行駛的凈高。不僅是土方車、混凝土攪拌車的通行，還包括長臂挖機(jī)、伸縮臂挖機(jī)等大挖機(jī)在頂板取土口之間的位置轉(zhuǎn)移。

2）需要保證挖機(jī)回轉(zhuǎn)半徑范圍內(nèi)有足夠的凈高，一般伸縮臂、克令吊（帶抓斗）等挖機(jī)的凈高需求不小于13 m。

3）取土口的尺寸需根據(jù)取土口周邊立柱的多少而定。當(dāng)取土口4個角均有結(jié)構(gòu)柱時，取土口的尺寸不得小于9 mh 9 m。

4）取土口盡可能設(shè)置在上部無結(jié)構(gòu)的區(qū)域。若受限于場地條件無法實(shí)現(xiàn)上述情況時，可以暫緩施工非關(guān)鍵線路上層數(shù)較少的上部結(jié)構(gòu)，來加快地下室的出土速度。

5）盡可能地減少地上、地下的交叉作業(yè)，并做好施工過程中的安全管控。