超大深基坑快速生產組織及施工技術應用分析

徐洪強，羅支貴，馬奎 （中鐵四局集團有限公司，安徽 合肥 230023）

1 引言

隨著城市人口的持續(xù)增多，城市病逐漸凸顯，建設用地越發(fā)趨于緊張，深大基坑開挖已經成為建構筑物的重要施工環(huán)節(jié)。這使得基坑規(guī)模不斷擴大，并向著超大、超深的方向發(fā)展?；釉O計受到地質條件、周邊環(huán)境、基坑尺寸、主體結構、施工工期等多種因素的影響。在超大深基坑施工中，由于開挖土方工程量巨大，不可避免地將遇到更為復雜的技術難題，這對圍護體系、主體結構以及施工組織提出了更高的要求。如何保證深大基坑安全引起了國內外學者的廣泛關注，并形成了一系列較為成熟的解決方案。馬宏健系統(tǒng)介紹了既有鐵路線旁深大基坑的建設方案，通過優(yōu)化施工順序，實時反饋監(jiān)測數據，并動態(tài)調整設計施工，能夠大幅降低施工風險，有效控制基坑變形。李韜等依托上海國際金融中心深大軟土基坑項目，探究了順逆結合工法的工程適用性，分析了基坑開挖時空效應和土體彈塑性流變效應對地連墻安全性的影響規(guī)律，進而提出了信息化智慧施工的安全控制措施。

在超大深基坑尚未普遍應用的階段，技術人員較多關注施工安全，而隨著施工工藝的日臻完善，業(yè)內更關注如何實現超大深基坑快速施工。任望東結合天津軟弱土基坑的工程實踐，得出綜合采取不同支護形式，能夠達到快速施工的目的。郭彥兵系統(tǒng)介紹了拱北隧道深基坑的工程經驗，通過對總體施工的精細化管理和實時調整施工方案，大幅縮短了計劃工期。韓春峰以上海五角場深基坑為工程背景，動態(tài)優(yōu)化了施工工序并合理布置了施工棧橋，滿足了優(yōu)先且快速建造的工程需求。本文依托淮安東站站前廣場超大深基坑，針對超大深基坑全套施工方案進行設計優(yōu)化，尤其是引入跳倉法來澆筑混凝土，可以為類似工程提供參考和借鑒。

2 工程簡介

淮安東站站前廣場深基坑位于淮安高鐵東站西側，是淮安高鐵站配套工程，長 260m，寬 230m，占地面積約60000m，平均開挖深度15.9m，開挖最深達到18.9m。該基坑總共地下三層，施工采用框架結構+樁基礎?；邮┕^(qū)面積為5.98萬m，出土量高達106萬m，總建筑面積為 18.7m，是當時亞洲在建項目體量最大的深基坑。

3 施工組織優(yōu)化

3.1 圍護結構施工優(yōu)化

圍護結構及樁基施工體量大工序復雜，各個施工之間會存在互相干擾的情況，為了高效率的施工，保證工序上合理銜接，選擇了分區(qū)、分塊進行施工。

針對圍護結構，采取了攪拌樁先行，地連墻與TRD同步施工的工序；針對基坑樁基，制訂了從中間向四周發(fā)散、先施工基坑中間的樁基、后施工靠近圍護結構的原則。

3.1.1 格構柱及工程樁施工優(yōu)化

現場北部設有鐵路箱梁預制場，前期如果一次性全部施工則需要等待預制梁場拆除，為了避免拆除預制場影響工期，特將格構柱以及工程樁分為兩步施工。

第一步施工如圖1所示，鉆機由南向北推進施工。其中橫軸預留3個軸和縱軸預留1個軸的樁基暫不施工，作為場內運輸通道使用。待其他軸施工5-6個承臺后，再緊跟施工預留軸樁基。

圖1 第一步主體結構樁基施工

第二步施工如圖2所示，此時梁場已經拆除完成，鉆機從北向南平行推進，從東到西向前推進。和第一步相同，橫軸預留3個軸和縱軸預留1個軸的樁基暫不施工，作為場內運輸通道使用。待其他軸施工5-6個承臺后，再緊跟施工預留軸樁基。預留軸的施工先三個橫軸，施工方向從北向南。最后施工預留縱軸，與此同時施工格構柱樁基和降水井。

圖2 第二步主體結構樁基施工

3.1.2 地連墻外側及便道樁基施工優(yōu)化

為了盡快完成施工任務，需要加大人材機的投入。取舍人材機資源的投入和施工的方式需要謹慎的考慮。

如圖3所示，地連墻外側樁基沿基坑四周進行施工，南北兩側同時施工以縮短工期進度。

圖3 地連墻外側樁基施工順序

如圖4所示，臨時便道處樁基從場地中央向兩側施工。調派2臺鉆機向東、西2個方向同步推進。

圖4 臨時便道處樁基施工順序

3.2 土方開挖施工優(yōu)化

大體積開挖土方是基坑施工過程中的控制性工程，由于開挖卸荷，地層不可避免將發(fā)生較大變形和潛在滑移。為了保證開挖的安全，在土方開挖過程中，必須高度重視基坑圍護結構，土方開挖應在可靠的圍護結構施作完成后再進行。淮安東站基坑開挖區(qū)域面積遠超同類工程，基坑及圍護結構的外輪廓線東西向寬度達到230m，南北向長度達到260m，土方開挖量超過100萬m。由于土方開挖體量巨大，常規(guī)施工方法將造成嚴重的成本增加和工期延誤，因此可以考慮利用預留土方來提供支撐。本工程在施工環(huán)向內支撐的過程中，保留施工圍護結構以外的土體，依靠預留土體的穩(wěn)定承載作用，首先進行中心區(qū)域土體的開挖，達到圍護結構和土方開挖同時施工的效果。

預留土體的范圍需要謹慎地考慮，施工過程中使用BIM技術進行建模，可視化推演基坑土方開挖和環(huán)形支撐梁施工工序?？紤]各種施工順序，最后選擇環(huán)撐內上下層土方交替采用“盆式開挖”和“島式開挖”法，如圖5所示。首層土開挖使用中心島式開挖法，第二層、第三層土均采用盆式開挖法。實現了環(huán)撐施工與土方開挖的同步施作。

圖5 土方開挖方式示意圖

在運輸過程中，為了最大化運輸效率，減少車輛之間的堵塞情況，借助環(huán)形基坑的特點，道路設置為環(huán)形棧橋道路，物流車輛進出單向行駛，極大地提高了物流效率。

3.3 環(huán)撐拆除方案優(yōu)化

基坑混凝土環(huán)撐共2層，混凝土方量3.1萬方，鋼筋5600t，每層環(huán)撐的工期為5天。為了保證提供施工效率的同時不降低施工質量。施工前通過對支撐拆除受力變形特征的分析，確定最佳拆撐方案，實現支護體系快速轉化。其中部分支撐拆除的計算云圖見圖6。

圖6 第二道支撐拆除的計算云圖

根據數值模擬分析結果，得到拆除支撐的方案。拆撐按間隔、對稱進行，遵循“先次要構件、后主要構件”的原則，先拆角部后拆中部的順序，先拆角撐，角撐拆除結束后再拆除圓環(huán)支撐，保證支撐應力安全有序調整、轉移、再分配，平穩(wěn)地傳遞到換撐結構上，實現基坑變形有效控制。圈梁在無施工操作面的地方適量拆除，地下室結構施工階段盡可能保留冠梁，待室外回填至冠梁高度時再拆除冠梁（圖7）。拆撐時，每個構件由小到大，由中間到兩端的順序進行。該種工序施工情況下，既滿足安全質量的要求，又可以添加更多的機械設備來加速施工。

圖7 環(huán)撐拆除施工現場

4 跳倉法優(yōu)化底板施工

4.1 “品”字型跳倉法

“跳倉法”就是人為將建筑物區(qū)分為數量不等的若干段或塊，并采取間隔性施工的一種工程方法。“跳倉法”工藝最早是針對超大型混凝土一次性澆筑施工而提出的，通過主動對混凝土澆筑范圍進行分割，并間隔性施做澆筑，以防止混凝土大面積澆筑帶來的施工裂縫的困擾，同時也能達到便于施工的目的。

跳倉法施工充分利用了混凝土在初期尚未凝固，可將內應力分階段釋放的特點，通過合理布置倉的數量和順序，前期能夠加速混凝土應力的釋放，后期還可以借助混凝土應力來將不同的倉緊密牢固地連接在一起。

4.2 跳倉法的優(yōu)點

作為大體積混凝土澆筑施工的優(yōu)化方法，跳倉法具有如下優(yōu)點：

①相比較于“后澆帶”施工，“跳倉法”施工效率更高，在大面積混凝土澆筑工況下，可以有效加快施工進度；

②“跳倉法”施工將大體積混凝土澆筑質量控制轉化為小體積混凝土澆筑質量控制，更有利于控制混凝土振搗不密實等工藝缺陷，更有利于防止產生裂縫；

③“跳倉法”施工能夠在不同倉之間形成分倉縫，通過混凝土應力釋放特性來提高澆筑質量和施做速度，代替了傳統(tǒng)的永久變形縫與后澆施工縫。

4.3 工藝技術要點

4.3.1 分倉原則

①綜合考慮上部結構，在受力較小處設置分倉施工縫。把超長、超寬的混凝土結構分成若干塊，按“品”狀跳倉澆筑混凝土，間隔7天后，再進行倒“品”狀填倉澆筑混凝土。

②由于“跳倉法”工藝不需要再設置傳統(tǒng)的后澆帶，難以避免將產生或多或少的分倉施工縫，后期需要依靠混凝土的抗拉能力來粘合。若相鄰施工縫距離過近，將導致嚴重的應力集中，不利于控制澆筑質量。根據既有工程經驗，分倉縫之間至少需要錯開1m。

③考慮到混凝土硬化特性，封倉間隔時間必須要等待混凝土達到一定強度值，根據以往工程案例，該時期通常為7～10d。

4.3.2 底板施工順序

在本次施工過程中，倉位分為25個，具體倉號設置如圖8所示?；炷翝仓謨纱芜M行，綜合考慮混凝土澆筑設備，本次澆筑分為兩次澆筑，跳倉和封倉的間隔為7d。

圖8 基坑跳倉法分區(qū)示意圖

跳倉法結合施工班組及工序的安排，選擇采用由中間向四周依次推進、平行施工的方式進行施工，跳倉的具體順序如表1所示。

跳倉法順序表 表1

4.3.3 倉位施工縫處理

分倉澆筑時就已提前將分倉縫做粗糙處理，后期混凝土即使未進行常規(guī)鑿毛清洗，也能夠滿足正常的粘結需求，具體施工時僅需處理表面灰塵即可再次澆筑。此外，施工縫采用快易收口網封堵混凝土，在相應位置應安裝止水鋼板和附加鋼筋（圖9）。

圖9 基坑跳倉法倉位施工縫處理示意圖

5 結論

①針對既有預制梁場影響下的圍護結構施工，分步施工格構柱以及工程樁，預留橫縱軸運輸通道以加速物資運輸速度。地連墻外側樁基考慮支護要求，同步施工地連墻與TRD兩種不同支護結構，極大地提升了施工效率。

②針對環(huán)形基坑大體積土方開挖，采取環(huán)形支撐與預留環(huán)土，將環(huán)形棧橋設置為渣土運輸道路，實現了環(huán)撐施工與中心土方開挖的同步進行，提升了物料的運輸效率。

③針對環(huán)撐拆除，通過數值分析精確分析不同方案下結構的受力變形特性，優(yōu)化得出了縮短工期的拆撐方案。

④針對底板施工，引入跳倉法來澆筑大面積混凝土，同時將分倉縫取代后澆施工縫與永久變形縫，實現了30天澆筑8萬方混凝土的預期目標。