較大高差相鄰基坑同步施工工藝探索

房浩

[上海城建市政工程（集團(tuán)）有限公司，上海市 200065]

0 引言

工業(yè)建筑中通常包含水池結(jié)構(gòu)，其深度通常比廠房的基礎(chǔ)開挖深度更深。由于兩者結(jié)構(gòu)是相連的，當(dāng)高差超過一定程度，需要采用不同的圍護(hù)形式時，基坑圍護(hù)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工就產(chǎn)生了沖突，相互制約，對基坑施工的質(zhì)量、安全、工期提出了更高的要求[1]。近年來行業(yè)內(nèi)對于深基坑的研究論著較多，對類似工況的研究相對較少。戴斌等[2]研究了同步開挖的基坑間設(shè)置合理的緩沖區(qū)寬度；陶東軍等[3]運用MIDAS對相鄰基坑開挖后本體基坑在位移、支撐軸力等方面的變化做了分析；高芬芬等[4]考慮了軟土地區(qū)相鄰基坑同時開挖各工序的安全風(fēng)險控制措施；周婉[5]針對某個不等深基坑的同步開挖的設(shè)計思路進(jìn)行了探討；陸麗君[6]對分區(qū)基坑同步開挖的可行性進(jìn)行了論證。以上的論證分析都是基于分區(qū)基坑，對于結(jié)構(gòu)相連接的相鄰基坑則比較少見。為此，本文結(jié)合某個實際項目的施工，對這種工況的施工工藝進(jìn)行了總結(jié)和分析，對如何行程更加科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的施工工藝進(jìn)行了分析和研究。

1 工程概況

在某個廠房建筑中，主要包括廠房主體和水池結(jié)構(gòu)，廠房的基礎(chǔ)梁與水池側(cè)墻相連。廠房區(qū)域長68.3 m，寬50.75 m，樁基礎(chǔ)頂標(biāo)高為-2.100 m，開挖深度2.3 m，采用放坡開挖；水池區(qū)域包括3個小水池，總長度也是68.3 m，寬11.85 m，樁頂標(biāo)高為-5.100 m，開挖深度5.3 m，兩個基坑底高差為3 m。由于基坑周邊場地狹小，不具備放坡條件，因此采用12 m拉森鋼板樁+1道樁頂水平支撐。平面圖、斷面示意圖如圖1和圖2所示。

圖1 基坑平面示意圖（單位：mm）

圖2 基坑斷面示意圖（單位：mm）

在廠房與水池同步施工過程中，出現(xiàn)了廠房基礎(chǔ)梁與水池圍護(hù)結(jié)構(gòu)相沖突的問題。水池結(jié)構(gòu)在施工完成、土方回填之前，無法拆除支撐及圍護(hù)結(jié)構(gòu)，也就不能將廠房基礎(chǔ)與水池側(cè)墻連接形成整體，只能在水池完成以后再施工廠房，這在工期較為緊張的情況下難以滿足建設(shè)方的工期要求。

2 幾種施工工藝的優(yōu)缺點分析

2.1 常規(guī)施工工藝

按照由淺到深的順序施工，在較深的基坑施工完成后回填、拔出鋼板樁，再施工較淺的基坑，施工流程圖如圖3各圖所示。這種施工工藝簡單，重點明確，安全可靠，質(zhì)量控制易于保證，對施工管理水平要求不高，但施工周期長、成本高。施工周期表見表1。

圖3 常規(guī)施工工藝流程圖

表1 常規(guī)施工工藝施工計劃表

2.2 半同步施工工藝

本項目實際采用的是半同步施工工藝。在較深基坑正常施工的同時，較淺基坑的基礎(chǔ)從另一側(cè)開挖并施工，至鋼板樁圍護(hù)一定距離停止開挖，以防鋼板樁圍護(hù)失去后靠背的支撐而變形；待深基坑施工完成并拔出圍護(hù)樁后再進(jìn)行后續(xù)施工，施工流程圖如圖4各圖所示。這種工藝可以部分的加快施工，雖然最終的上部結(jié)構(gòu)的開始施工時間還是受制于較深基坑的完成時間，但可以節(jié)省部分基礎(chǔ)、框柱及排架同步施工的工期，施工周期表見表2。此外，淺基坑的基礎(chǔ)分為2個階段施工，如果沒有其他工序施工，則施工工人存在二次進(jìn)場，對施工管理和經(jīng)濟(jì)管控不利。

圖4 半同步施工工藝流程圖

表2 半同步施工工藝施工計劃表

該工藝如管理得當(dāng)，可以在不增加額外費用的情況下節(jié)約工期，但施工時要做好各道工序之間的銜接，否則將會導(dǎo)致等工、窩工情況，以及材料的浪費。實際上本項目在施工過程中，廠房同步施工范圍30 m，保留安全距離約20 m（保留靠近水池的1條軸線未開挖），平面布置圖如圖5所示。但由于水池施工受到客觀因素影響工期滯后，導(dǎo)致廠房同步開挖區(qū)域的基礎(chǔ)早已完成，在排架搭設(shè)完成后仍不能施工剩余基礎(chǔ)，最終約有1.7萬m3排架等工1個月，造成直接損失（租金）十余萬元。

圖5 半同步施工現(xiàn)場平面圖

2.3 同步施工工藝

該項目的基坑無法同步施工的難點在于周邊場地狹小，不具備放坡開挖的條件；緊鄰?fù)ǖ溃仨毑扇】煽康膰o(hù)措施；土質(zhì)差，自立高度不超過50cm。針對類似工況，如何施工才能達(dá)到節(jié)省工期、降低成本的目的，作者進(jìn)行了相關(guān)研究。

要解決深淺基坑同步施工的問題，就要在保證深基坑穩(wěn)定的同時進(jìn)行較淺基坑的開挖和施工。由于不能采用削坡的方式降低基坑深度，因此深基坑必然要采用圍護(hù)結(jié)構(gòu)。同步施工的難點在于較淺基坑的基礎(chǔ)梁與水池的側(cè)墻相連接，深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)梁沖突。

方法一是擴(kuò)大深基坑的圍護(hù)，圍護(hù)示意圖如圖6所示。但由于淺基坑的基礎(chǔ)梁呈網(wǎng)格狀，除非將整個淺基坑全部包圍起來，否則并沒有解決基礎(chǔ)梁與圍護(hù)樁沖突的問題。此外圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面尺寸過大，還將增加格構(gòu)柱及臨時支撐，工期大大增加，用無論是從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)還是從工期考慮都不可行。

圖6 同步施工比選方案示意圖（一）（單位：mm）

方法二是降低靠淺基坑一側(cè)的圍護(hù)樁，采用角度傾斜的對撐，基礎(chǔ)梁從圍護(hù)樁上方與側(cè)墻相連，斷面示意圖如圖7所示。這種方法目前未見有先例，圍護(hù)支撐的安全性有待驗證，但在基礎(chǔ)梁施工前需要將水池結(jié)構(gòu)與圍護(hù)之間的空間進(jìn)行回填，這將基坑的圍檁都埋在土中，包括這一側(cè)的圍護(hù)樁都無法拔出。即便采用支撐方式施工基礎(chǔ)梁，后續(xù)可以采取特殊措施將圍檁和圍護(hù)樁拔出，也將大大增加施工的安全風(fēng)險，以及基礎(chǔ)梁底部的壓實質(zhì)量風(fēng)險。本方案可以在特殊情況下做研究性質(zhì)的探索，不推薦作為施工方案。

圖7 同步施工比選方案示意圖（二）

方法三是采用剛度和強度更大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)（如SMW工法），取消對撐和角撐，對交界處的土體進(jìn)行加固后分別按設(shè)計標(biāo)高同步開挖并施工，圍護(hù)及開挖示意圖如圖8所示，施工周期表見表3。這種方案經(jīng)濟(jì)上也是可行的，由于原設(shè)計需要對基坑區(qū)域的地基采用攪拌樁加固，可直接利用現(xiàn)有的攪拌樁機(jī)施工SMW圍護(hù)，相比常規(guī)施工工藝，只是將拉森鋼板樁替換為H型鋼并增加了鋼筋混凝土地梁，卻節(jié)省了交界面的一排鋼板樁，整體經(jīng)濟(jì)性相差無幾。

表3 同步施工工藝施工計劃表

圖8 同步施工比選方案示意圖（三）

2.4 各種施工工藝比較

以上幾種工藝各有優(yōu)缺點，通過對以上幾種施工工藝的特點、安全性等多個方面進(jìn)行進(jìn)行比較，對比情況見表4。

表4 各種施工工藝特點比較

3 同步施工關(guān)鍵控制點分析

3.1 驗證圍護(hù)方案的安全性

本文同步施工工藝中，深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是非常規(guī)形式，由于取消了對撐和角撐，坑底以上的圍護(hù)結(jié)構(gòu)處于懸臂狀態(tài)，圍護(hù)后方存在土壓力、車輛荷載；地基加固可以認(rèn)為是另一側(cè)的基坑圍護(hù)，在其附近區(qū)域同步施工時也將對基坑的安全性造成不利影響。因此必須要充分考慮現(xiàn)場的施工工況，驗證圍護(hù)方案的安全性。

3.2 深淺基坑交界處的細(xì)部處理

在采取了水泥土攪拌樁進(jìn)行地基加固后，垂直開挖深度還沒有具體研究，參照黏土的極限垂直高度3.84 m，可以認(rèn)為該工況下可以垂直開挖。深基坑結(jié)構(gòu)在這一側(cè)采用貼邊法施工，在垂直的開挖面上張貼外防水并當(dāng)做澆筑側(cè)墻混凝土的外模。這里有個待解決的問題就是結(jié)構(gòu)底板通常超出側(cè)墻20~30 cm，以及素混凝土傳力帶，如采用同步施工工藝則需要予以取消，如圖9（a）所示。

圖9 同步施工設(shè)計優(yōu)化

此外垂直開挖面的精度也直接影響到后續(xù)施工的，如表面不平整還需要采用一些材料進(jìn)行填充，過大的空隙還可能會對基礎(chǔ)梁的墊層施工帶來困難。實際施工的話可以考慮采用噴射混凝土對開挖面進(jìn)行修面，同時也起到保護(hù)開挖面的作用，如圖9（b）所示。

3.3 基礎(chǔ)梁與側(cè)墻連接的細(xì)部處理

基礎(chǔ)梁與側(cè)墻連接施工，一次澆筑。基礎(chǔ)梁底標(biāo)高為-2.3 m，頂標(biāo)高-1.7 m，側(cè)墻頂標(biāo)高為0 m，因此在連接處有1.7 m高的混凝土壓力，在澆筑混凝土?xí)r要調(diào)整澆筑順序，先將側(cè)墻澆筑至基礎(chǔ)梁頂，然后立即澆筑基礎(chǔ)梁，并且在側(cè)墻混凝土初凝前澆筑完成后再返回澆筑側(cè)墻上方的混凝土，如圖10所示。此時應(yīng)控制澆筑速度，防止?jié)仓^快導(dǎo)致過大的壓力將連接處的混凝土擠變形，甚至破壞初凝的基礎(chǔ)梁混凝土。

圖10 基礎(chǔ)梁及側(cè)墻澆筑順序

4 結(jié) 語

通過對工程項目的實踐，總結(jié)了在具有較大高差的相鄰基坑施工中存在的問題，提出了一種同步施工工藝，在滿足安全質(zhì)量的基礎(chǔ)上，并且費用沒有明顯增加的前提下，可以較快的完成施工任務(wù)。圍護(hù)的設(shè)計及施工，交界面的處理及澆筑順序是否得當(dāng)對安全和質(zhì)量有密切聯(lián)系，因此該工藝對對施工現(xiàn)場的精細(xì)化管理水平提出一定的要求。

在實際應(yīng)用中，尤其在市區(qū)等場地比較緊張的工地，可以進(jìn)一步采用全貼邊法施工，并且如果高差進(jìn)一步增加，可以在土體內(nèi)打入土釘?shù)却胧⒉捎肬HPC混凝土進(jìn)行噴射施工，增加圍護(hù)的安全系數(shù)。