深基坑逆作法及敞開(kāi)式逆作法施工的抉擇

上海富達(dá)工程管理咨詢有限公司 上海 200032

1 工程概況

上海中山醫(yī)院肝腫瘤及心血管病綜合樓工程基地面積40 777 m2，總建筑面積178 028 m2，其中地下建筑面積約66 000 m2；地上建筑由2幢主樓為15層、裙房為2～6層的高層和2幢多層建筑組成，均設(shè)有3層地下室且整體連通，基坑開(kāi)挖深度較大，基坑施工影響范圍亦較大。

2 深基坑逆作法及敞開(kāi)式逆作法

深基坑逆作施工是相對(duì)于通常的順作施工而言。對(duì)于深度大的多層地下室，傳統(tǒng)的施工方法是敞開(kāi)式自下而上施工，即放坡開(kāi)挖或在支護(hù)結(jié)構(gòu)圍護(hù)形成后垂直開(kāi)挖，挖土至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，澆筑混凝土底板，然后自下而上逐層施工各層地下室結(jié)構(gòu)。

而深基坑逆作法施工則是反向操作，它將地下室梁板、柱、外墻等永久性的結(jié)構(gòu)與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)作最大限度地有機(jī)結(jié)合，利用地下連續(xù)墻作為圍護(hù)且與建筑結(jié)構(gòu)“兩墻合一”，中柱樁（一柱一樁）作為豎向支撐且為永久使用階段的柱承受上部結(jié)構(gòu)荷載，地下室梁板作為水平支撐，其施工順序是從上向下逐層施工，直至基礎(chǔ)底板形成[1,2]。

逆作法施工根據(jù)地下1層的頂板結(jié)構(gòu)是封閉還是敞開(kāi)，又分為封閉式逆作法和敞開(kāi)式逆作法。前者在地下1層頂板結(jié)構(gòu)完成后，上部結(jié)構(gòu)和地下結(jié)構(gòu)可以同時(shí)施工，有利用于縮短總工期；后者上部結(jié)構(gòu)和地下結(jié)構(gòu)不能同時(shí)進(jìn)行施工，只是地下結(jié)構(gòu)自上而下的逐層施工。

3 逆作法施工方法的抉擇

3.1 本工程基坑主要特點(diǎn)

本工程基坑規(guī)模巨大，風(fēng)險(xiǎn)高?；映什灰?guī)則形狀，基坑?xùn)|西方向長(zhǎng)211 m，南北方向長(zhǎng)163 m，周長(zhǎng)736 m，開(kāi)挖面積達(dá)22 278 m2，開(kāi)挖深度14.9～15.2 m，局部深坑落低1.5～2.6 m，土方量達(dá)33.8×105m3，屬超大深基坑。

3.2 基坑周邊環(huán)境復(fù)雜

本工程位于上海浦西中心城區(qū)，基地周邊道路、地下管線和商居樓密集，環(huán)境保護(hù)要求高。

1）周邊道路距基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外邊線距離：基坑北側(cè)為7.6～11.7 m，基坑西側(cè)為7.8～14.13 m，基坑南側(cè)為8～14.6 m。

2）周邊道路下距離基坑開(kāi)挖深度2倍范圍內(nèi)基地下管線有眾多煤、電、通信管線與水道，僅基坑西側(cè)就有8根大型管道，最近距離僅9 m。

3）在基坑深度3倍范圍內(nèi)的建筑物主要有：建于20世紀(jì)30年代的民居、市政配套設(shè)施及改革開(kāi)放后新造的高層建筑、商辦樓等，特別是舊民居，緊鄰基坑，對(duì)本工程基坑開(kāi)挖極為敏感。

3.3 基坑施工選擇逆作法的理由

1）基坑變形小，有利于深基坑施工過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)。本工程采用逆作法施工，是利用地下室3層結(jié)構(gòu)梁板作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻的水平內(nèi)支撐，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)梁板比臨時(shí)支撐剛度大、整體性好，而且沒(méi)有拆撐、換撐工況，從而可減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)在水土等荷載的側(cè)壓力作用下的變形。此外，挖土期間用作圍護(hù)結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻，在地下結(jié)構(gòu)逐層向下施工過(guò)程中，由于與結(jié)構(gòu)柱、梁板共用作用，亦可減少地下連續(xù)墻的沉降，即減少了豎向變形。這一切都使基坑施工最大限度地減少對(duì)周圍相鄰建筑物、道路和地下管線的影響，保護(hù)周邊環(huán)境安全。

2）可減小土方開(kāi)挖過(guò)程中的基坑隆起，有利于基坑穩(wěn)定和安全。由于施工期間樓面恒載和施工荷載等均通過(guò)中間支承柱傳入基坑底部，壓縮土體，可減小土方開(kāi)挖后的基坑隆起，有利于基坑穩(wěn)定和安全。

3）簡(jiǎn)化支護(hù)結(jié)構(gòu)，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。在逆作法施工中，一方面地下室外墻兼作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，樓蓋結(jié)構(gòu)兼作水平內(nèi)支撐，一柱一樁鋼管柱兼作豎向支撐，可節(jié)省大量基坑支護(hù)費(fèi)用。另一方面，因地下室外墻與基坑圍護(hù)墻“兩墻合一”，可在工程用地范圍內(nèi)最大限度地?cái)U(kuò)大地下室面積，增加有效使用面積。此外，永久樓蓋結(jié)構(gòu)作為支撐體系，比臨時(shí)支撐受力更加合理。

4）有利于節(jié)約資源，減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，有較好的社會(huì)效益。深基坑采用逆作法施工還具有節(jié)材節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，有利于節(jié)約資源，減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，為建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)作出了應(yīng)有貢獻(xiàn)。本基坑逆作法施工，在節(jié)材方面，僅支護(hù)結(jié)構(gòu)就可節(jié)約混凝土約20 330 m3；在環(huán)保方面，僅不用拆除混凝土支撐，即可減少固體廢棄物排放量約12 300 m3；另一方面，地下室頂板形成后，對(duì)地下室后續(xù)施工過(guò)程產(chǎn)生的噪聲、光污染、揚(yáng)塵有較好的屏蔽和遮擋作用，可減小對(duì)周邊社區(qū)居民、商戶的影響，有利于社會(huì)和諧。

5）可節(jié)約工程投資。逆作法施工基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)主要由地下室外墻、梁板柱等永久性結(jié)構(gòu)兼作，可節(jié)約基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)費(fèi)用。一般可節(jié)省地下結(jié)構(gòu)總造價(jià)的25%～35%。

4 敞開(kāi)式逆作法施工抉擇

本工程之所以采用敞開(kāi)式逆作法主要有以下原因：

1）可大大減小立柱樁的單樁抗壓承載力，節(jié)約樁基工程費(fèi)用。本工程一柱一樁共計(jì)394根。采用敞開(kāi)式逆作法，立柱樁單樁抗壓承載力設(shè)計(jì)值為4 000 kN，而若選用封閉式逆作施工，其逆作施工階段一柱一樁最不利工況為：地下3層結(jié)構(gòu)梁板全部形成，地下部分結(jié)構(gòu)達(dá)到3層，基坑開(kāi)挖至基底標(biāo)高，基礎(chǔ)底板尚未澆筑之前。該工況下立柱樁承受上部各層結(jié)構(gòu)自重以及施工荷載為4 870 kN。由此看出，采用敞開(kāi)式逆作法，立柱樁單樁承載力設(shè)計(jì)值可以大大減少，同時(shí)可節(jié)約鋼材299.44 t，節(jié)約混凝土8 029.72 m3，節(jié)約工程投資675.75萬(wàn)元。

2）有利于控制結(jié)構(gòu)沉降差異，確保結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量?？刂平ㄖY(jié)構(gòu)差異沉降是逆作法施工的關(guān)鍵問(wèn)題之一。建筑結(jié)構(gòu)差異沉降內(nèi)容表現(xiàn)在兩方面，一是地下連續(xù)墻和立柱樁的不均勻沉降；二是相鄰立樁樁間不均勻沉降。逆作施工期間，在地下室基礎(chǔ)大底板形成且混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求之前，地上、地下結(jié)構(gòu)自重和施工荷載全部由立柱樁和周邊地下連續(xù)墻入土部分的摩阻力和端承力來(lái)承擔(dān)。同時(shí)由于立柱樁承載的不均勻，增加了立柱樁之間或立柱樁與地下連續(xù)墻之間產(chǎn)生較大沉降差的可能性。若沉降差過(guò)大，已澆筑樓板與梁就會(huì)產(chǎn)生裂縫，將危及正式結(jié)構(gòu)的安全。目前，事先精確計(jì)算封底前立柱樁沉降與抬升還有一定困難，完全消除沉降差也是不可能的，但可以通過(guò)采取措施減少沉降差，而敞開(kāi)式逆作施工在大底板形成且混凝土達(dá)到強(qiáng)度之前，上部結(jié)構(gòu)不施工，結(jié)構(gòu)自重和施工荷載大大減小，上部不均勻荷載相對(duì)于封閉式逆作而言基本可以忽略，故其能更好地控制結(jié)構(gòu)沉降差異，更易確保結(jié)構(gòu)安全。

3）可降低施工組織難度、降低安全質(zhì)量事故發(fā)生，有利于安全文明施工。若采用封閉式逆作施工，在地下室頂板形成且混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度后，地下挖土、地下結(jié)構(gòu)、地上各單位工程結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，施工活動(dòng)所需人、機(jī)、料等各種資源投入達(dá)到高峰，無(wú)疑增加了施工組織難度。一方面，現(xiàn)場(chǎng)基坑占地面積大，周邊場(chǎng)地狹小，無(wú)法提供更多場(chǎng)地資源；另一方面，大型運(yùn)輸車輛進(jìn)出，地上、地下結(jié)構(gòu)施工所需的各種材料、半成品垂直運(yùn)輸，坑頂長(zhǎng)臂挖機(jī)在取土口部位抓挖土方等交織在一起，使不安全因素交織在一起，不但增加施工組織難度，影響施工進(jìn)度，而且會(huì)增加質(zhì)量和安全事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本項(xiàng)目深基坑逆作法及敞開(kāi)式逆作法的抉擇與實(shí)施，驗(yàn)證了本工程深基坑采用逆作法及敞開(kāi)式逆作法是完全正確的，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。在確?；雍椭苓叚h(huán)境安全以及地下主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量的前提下，節(jié)省了工程費(fèi)用，取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[3-5]。