支撐系統(tǒng)“悶拆”方案在基坑工程中的應(yīng)用

趙世明

上海廣聯(lián)環(huán)境巖土工程股份有限公司 上海 200444

1 工程概況

上海市奉賢區(qū)某商辦項(xiàng)目由1幢20層公寓式酒店、1幢19層綜合服務(wù)大樓及7幢4～5層商業(yè)樓組成，整體設(shè)置地下1層地下室。本工程周邊環(huán)境復(fù)雜（圖1），基坑開挖面積約20 000 m2，總周長約580 m，基坑一般開挖深度5.00～6.75 m，根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃安排，基坑總體分為示范區(qū)和非示范兩個分區(qū)（圖2）。

圖1 基坑周邊環(huán)境示意

圖2 基坑示范區(qū)示意

1.1 基坑周邊環(huán)境

基坑?xùn)|側(cè)開挖邊線與用地紅線最小距離為6.0 m，紅線外為已建高層小區(qū)（小區(qū)號樓為樁基礎(chǔ)，整體地下室挖深約3.0 m），小區(qū)室外場地比本工程場地高約3.0 m，小區(qū)地下室外墻距離本工程基坑開挖邊線最近10.33 m。

基坑南側(cè)開挖邊線與用地紅線最小距離為3.87 m。用地紅線外南側(cè)東部為公共停車場及簡易用房。

基坑西側(cè)開挖邊線與用地紅線最小距離為4.23 m，紅線外為已建市政道路，且市政道路下分布有多條市政管線，包括污水管、雨水管、燃?xì)夤堋⒙窡舻?，用地紅線內(nèi)2 m范圍分布有高壓線電纜溝（混凝土基礎(chǔ)），埋深約1.0 m，距離基坑開挖邊線最近2.50 m。

基坑北側(cè)開挖邊線與用地紅線最小距離為3.73 m。用地紅線外為已建市政道路，道路寬約60.0 m，市政道路下分布有多條市政管線，按距離基坑開挖邊線由近及遠(yuǎn)依次為污水管、燃?xì)夤?、雨水管、路燈等?/p>

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，本工程基坑開挖影響范圍內(nèi)巖土工程地質(zhì)有以下特點(diǎn)：

1）擬建場地地貌單元屬三角洲沖擊平原地貌類型。場地現(xiàn)狀為空地。

2）基坑開挖深度影響范圍內(nèi)土層分布由上至下為：①1-1雜填土、①1-2素填土、①2浜土、②1粉質(zhì)黏土、②3黏質(zhì)粉土、③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④1層淤泥質(zhì)黏土、④2層砂質(zhì)粉土、⑤1黏土、⑤2層砂質(zhì)粉土。

1.3 基坑工程特點(diǎn)

1）屬于開挖面積較大、深度較深的基坑。

2）周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑周邊鄰近市政道路、市政管線、已建小區(qū)建（構(gòu)）筑物及附屬設(shè)施，變形控制要求較高，均需要重點(diǎn)保護(hù)。

3）場地條件緊張，地下室利用較為充分，開挖邊線距離用地紅線較近。

4）場地內(nèi)分布有雜填土及暗浜，基坑開挖深度范圍內(nèi)局部分布第②3層砂質(zhì)粉土，強(qiáng)滲透土層；基坑開挖深度范圍內(nèi)及坑底以下分布較厚的第③層、第④1層淤泥質(zhì)土，呈流塑狀態(tài)，對變形控制不利。

5）根據(jù)業(yè)主進(jìn)度計(jì)劃安排，示范區(qū)需先于其他區(qū)域出±0.00 m及結(jié)構(gòu)封頂，但同時其他區(qū)域工期也相對緊張（非示范區(qū)比示范區(qū)可最多晚啟動1個月），故本工程需統(tǒng)籌整體考慮工期要求。

6）選型控制條件較多，基坑工程圍護(hù)方案的選型至關(guān)重要，不同圍護(hù)方案的安全性、工期、造價以及施工便利性差異很大，尤其對于本工程而言，涉及到示范區(qū)先開挖施工的問題，如何在滿足基坑安全的前提下提高經(jīng)濟(jì)性、節(jié)省工期以及方便施工，是工程設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)之一[1]。

1.4 基坑工程安全等級及環(huán)境保護(hù)等級

根據(jù)上海市標(biāo)準(zhǔn)DG/TJ 08-61—2010《基坑工程技術(shù)規(guī)范》[2]規(guī)定，結(jié)合基坑開挖深度及周邊環(huán)境情況，確定本工程基坑安全等級為三級，環(huán)境保護(hù)等級為二～三級。

2 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案選型分析

基坑圍護(hù)作為一項(xiàng)施工措施，設(shè)計(jì)過程中主要有以下4個要點(diǎn)：安全性、經(jīng)濟(jì)性、節(jié)省工期及施工方便性。這4個方面是相互聯(lián)系的，我們應(yīng)根據(jù)每個工程的不同特點(diǎn)來取得這4個方面的最佳結(jié)合點(diǎn)。對于本工程而言，由于涉及到示范區(qū)先行開挖，但又不能影響非示范區(qū)工期的要求，故經(jīng)濟(jì)性、節(jié)省工期及施工方便性是業(yè)主最為關(guān)心的主要矛盾，也是本工程圍護(hù)設(shè)計(jì)方案選型的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

結(jié)合以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，并經(jīng)造價比選后，在擋土止水系統(tǒng)選型方面，本工程采用SMW工法作為擋土止水系統(tǒng)在造價及圍護(hù)樁施工工期方面具有一定的優(yōu)勢。

支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型方面，需結(jié)合示范區(qū)與非示范區(qū)的范圍進(jìn)行布置。對應(yīng)一般的工程，示范區(qū)需先開挖施工，但對非示范區(qū)的工期要求沒那么嚴(yán)格，可以在示范區(qū)與非示范區(qū)之間增加1道圍護(hù)樁，使示范區(qū)與非示范區(qū)分開作為2個獨(dú)立的基坑，分區(qū)布置支撐系統(tǒng)，分區(qū)開挖施工，非示范區(qū)需待示范區(qū)底板及傳力帶施工完成，中間分隔墻處架設(shè)斜換撐后再行開挖施工。經(jīng)分析，若采用分區(qū)方案，基坑圍護(hù)造價增加200萬元，總工期增加60 d，不能滿足業(yè)主對造價、工期及施工方便性的要求。

基于分區(qū)方案的缺點(diǎn)，經(jīng)參建各方討論后，對于本工程而言，需統(tǒng)籌整體考慮支撐系統(tǒng)布置（包括支撐系統(tǒng)類型及標(biāo)高）。由于本工程基坑開挖面積較大，周邊環(huán)境較為復(fù)雜，場地條件較為緊張，可采用水平支撐系統(tǒng)，也可采用“盆式開挖＋島式支撐”的斜拋撐系統(tǒng)，二者各有利弊，簡要分析如下。

2.1 鋼筋混凝土水平支撐系統(tǒng)分析

本工程采用鋼筋混凝土水平支撐系統(tǒng)，可選用“對撐＋角撐”的平面布置形式或圓環(huán)的平面布置形式（圖3、圖4）。

圖3 對撐+角撐支撐系統(tǒng)平面布置

圖4 圓環(huán)支撐系統(tǒng)平面布置

鋼筋混凝土水平支撐系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1）整體剛度大、變形小，對減少支護(hù)體的水平位移，并保證支護(hù)體穩(wěn)定具有重要作用。

2）施工適應(yīng)性強(qiáng)，可適用于各種復(fù)雜形狀和基坑面積超大的基坑工程。

3）支撐開間較大，方便挖土，尤其對于“圓環(huán)”支撐系統(tǒng)，空間相對較大。

4）可以根據(jù)總體進(jìn)度計(jì)劃，建筑物開發(fā)進(jìn)度，靈活掌握開挖區(qū)域，總工期稍短。

5）總體安全度較高。

6）造價相對較高。

考慮到在造價、工期及對示范區(qū)影響方面，圓環(huán)支撐系統(tǒng)優(yōu)勢較為明顯，建議選擇圓環(huán)支撐系統(tǒng)。

2.2 盆式開挖＋島式支撐的斜拋撐系統(tǒng)分析

本工程基坑面積較大，可采用盆式開挖＋島式支撐的斜拋撐系統(tǒng)（圖5）。盆式開挖＋島式支撐的斜拋撐系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

圖5“盆式開挖+島式支撐”典型剖面

1）整體剛度稍小、變形稍大，若采取加強(qiáng)措施，可滿足周邊環(huán)境要求。

2）施工適應(yīng)性稍差。

3）坑內(nèi)土方需分2次以上挖除，機(jī)械進(jìn)出場較頻繁，邊跨土體開挖難度較大，尤其對于本工程而言，基坑開挖邊線距離用地紅線較近，考慮施工圍墻、管線的影響，邊跨土體開挖難度極大，大大影響出土效率及開挖施工工期。

4）由于必須待中心島的底板形成后，才能架設(shè)斜拋撐，所以邊跨的施工時間相對滯后，會對總工期有所影響。

5）坑內(nèi)邊跨留土土坡必須按圖施工，且應(yīng)留足一定寬度，降水必須可靠，否則會對工程樁產(chǎn)生影響。

6）因邊跨需要留土，故先期開挖區(qū)域有一定要求，即中心島底板需先形成，且底板需留設(shè)施工縫，并二次澆搗，施工較為繁瑣；尤其對本工程而言，示范區(qū)內(nèi)分布商業(yè)樓，底板留設(shè)施工縫將商業(yè)樓底板分2次澆筑，影響商業(yè)樓施工進(jìn)度；若將施工縫移至商業(yè)樓外側(cè)，則斜拋撐長度增加，需增設(shè)立柱，增加造價。

7）斜拋撐對現(xiàn)場施工工序要求較為嚴(yán)格，且需要現(xiàn)場各工種交叉施工，現(xiàn)場管理難度較大。

8）由于支撐短，故無論支撐材料還是立柱均有減少，造價相對較低。

2.3 水平支撐與斜拋撐系統(tǒng)比較分析

綜合考慮本工程示范區(qū)特點(diǎn)，圓環(huán)支撐系統(tǒng)與盆式開挖＋島式支撐斜拋撐系統(tǒng)對比分析如下：

1）安全性：圓環(huán)支撐系統(tǒng)剛度相對較大，對控制周邊環(huán)境更為有利，但2種支撐體系均可滿足變形控制要求。

2）經(jīng)濟(jì)性：圓環(huán)支撐系統(tǒng)較盆式開挖＋島式支撐斜拋撐系統(tǒng)造價高約60萬元。

3）工期方面：圓環(huán)支撐系統(tǒng)要求整體支撐系統(tǒng)澆筑完成后，方可靈活開挖相應(yīng)區(qū)域；盆式開挖＋島式支撐斜拋撐系統(tǒng)獨(dú)立性更強(qiáng)，可靈活開挖坑邊留土以外的相應(yīng)區(qū)域，但坑邊留土需待斜拋撐架設(shè)完成后方可開挖，坑邊留土范圍施工相對滯后。對于示范區(qū)施工至±0.00 m的工期而言，盆式開挖＋島式支撐斜拋撐系統(tǒng)可提前約15 d，但對整個項(xiàng)目的總工期而言，盆式開挖＋島式支撐斜拋撐系統(tǒng)受制于邊跨土挖除及邊跨底板澆筑難度較大，增加約20 d。

4）施工方便性：2種支撐系統(tǒng)均可提供較大挖土空間，對整個場地施工布置較為有利；圓環(huán)支撐系統(tǒng)因?qū)χ握w性要求較為嚴(yán)格，需待整個地下室底板及傳力帶澆筑完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后方可拆除，直接影響示范區(qū)地下室頂板梁施工，進(jìn)而影響整個示范區(qū)工期。其解決的方案為：結(jié)合示范區(qū)頂板梁標(biāo)高，將支撐系統(tǒng)統(tǒng)一適當(dāng)落低至頂板梁底標(biāo)高以下，進(jìn)而可考慮支撐系統(tǒng)后拆除，即“悶拆”方案，同時要求支撐桿件盡量避開示范區(qū)（框架結(jié)構(gòu)）內(nèi)的結(jié)構(gòu)柱，即可在不拆除支撐體系的條件下，示范區(qū)繼續(xù)向上施工。盆式開挖＋島式支撐斜拋撐系統(tǒng)，中心島底板需先形成，底板需留設(shè)施工縫，并二次澆筑，邊跨土挖除較為困難，施工較為繁瑣，對現(xiàn)場施工工序要求較為嚴(yán)格，現(xiàn)場管理難度較大。

2.4 小結(jié)

經(jīng)綜合比選，采用圓環(huán)支撐系統(tǒng)結(jié)合“悶拆”方案，其具有安全性高、對工期有保障、現(xiàn)場施工較為方便的特點(diǎn)，可滿足業(yè)主對造價、工期及現(xiàn)場施工的要求。本方案經(jīng)上海市基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)專家評審委員會評審，專家一致認(rèn)為該方案較為合理可行，并在一定程度上節(jié)約了工程成本。

3 結(jié)語

本工程基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案較為經(jīng)濟(jì)、合理，在業(yè)主的精心組織與管理，以及參建各方的積極配合下，工程已經(jīng)按期順利施工完成。本工程采用的支撐“悶拆”方案值得在后續(xù)項(xiàng)目中加以借鑒[3-4]。

1）本工程采用SMW工法作為擋土止水系統(tǒng)，具有施工工效較高、環(huán)境污染少、型鋼可回收、工程造價相對較低等優(yōu)點(diǎn)，由于工法型鋼按租賃期收費(fèi)，故應(yīng)考慮工期對型鋼租賃費(fèi)的影響，要求現(xiàn)場加強(qiáng)對工期的控制管理。

2）對于開挖面積較大的基坑，應(yīng)重視支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型，支撐系統(tǒng)剛度大小，是否方便現(xiàn)場挖土、澆筑底板等，對工程造價、工期及基坑控制變形有較大影響。

3）支撐系統(tǒng)“悶拆”方案在一定程度上可以解決基坑分區(qū)施工工期長、造價高的問題，從而降低基坑圍護(hù)造價，節(jié)省一定的工期。

4）支撐系統(tǒng)“悶拆”方案需將支撐系統(tǒng)標(biāo)高適當(dāng)落低至地下室頂板底標(biāo)高以下，可能會導(dǎo)致首開挖工況挖深較深，若圍護(hù)頂部不能放坡，需對首工況開挖設(shè)置一定的圍護(hù)措施，確保周邊環(huán)境安全。

5）支撐系統(tǒng)“悶拆”方案需避開示范區(qū)內(nèi)向上施工的結(jié)構(gòu)柱、剪力墻等，一般避開剪力墻較為困難，故“悶拆”方案比較適合布置在框架結(jié)構(gòu)體系內(nèi)，對于無法避開的結(jié)構(gòu)柱，可考慮采用臨時托換處理。臨時托換涉及結(jié)構(gòu)柱處荷載、頂板梁截面、配筋調(diào)整、臨時增加的托換鋼柱與底板和頂板梁連接構(gòu)造，及托換鋼柱下是否增設(shè)工程樁等事宜，需與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)院協(xié)商處理。