复杂环境中的狭长基坑支撑设计及挖土逆作法施工技术*

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

1 工程概况

上海陆家嘴中心区Z4-2地块公共绿地综合改造工程基坑面积约11 160 m2，①区挖深18.9 m、②区挖深15 m。基坑外形呈L形，其中靠上海中心一侧的②区东西向长115 m、南北向宽25.2 m。

基地东侧及北侧为上海环球金融中心大厦，环球中心基坑距离本工程基坑10～15 m；西侧及南侧为银城中路地下通道，通道基坑距离本工程基坑8～25 m。基坑西侧、南侧围墙外侧分布有电力、上水、燃气、信息等多条地下管线。且靠上海中心一侧基坑需先进行上海中心地下通道工作井施工，暂无法正式施工[1,2]。

2 工程难点

1）本工程周边环境复杂，银城中路地下通道及环球中心地下连续墙最近距离8 m。围墙外侧地下管线众多。

2）基坑标高6.4 m处加设混凝土水平支撑后，地下室最后层土方开挖净高2.7 m。

3）②区挖土口设置较少，土方坑内驳运距离较长。

3 原设计支撑方案

本工程②区第1道及第2道支撑均利用B0层结构楼板（+4.8 m标高）及B1层结构楼板（-2.6 m标高）作为水平支撑，在-6.4 m标高处增加了1道钢筋混凝土水平支撑。

4 支撑方案的优化

4.1 首层栈桥方案调整

1）原栈桥设计：为满足现场交通组织的需要，在第1道支撑上设置钢筋混凝土栈桥板，栈桥平面布置见图1。栈桥设置在一边将造成坑内土方需驳运2根轴线，驳运距离较长，且原栈桥方案中栈桥宽6.8 m，无法满足挖机与土方运输车辆同时工作的道路宽度要求。

图1 ②区栈桥平面布置示意

2）调整方案：拟将首道支撑上的栈桥移至中间轴线，调整后栈桥位置见图2。考虑到栈桥移位后，栈桥跨度加大，原栈桥区域截面尺寸为800 mm×800 mm的支撑梁截面需加大至800 mm×1 100 mm。栈桥调整后，土方驳运距离为6～7 m，栈桥通行宽度增加至10 m。

4.2 基坑标高-6.4 m处临时支撑优化

1）原支撑设计：基础底板垫层底标高为-9.7 m，临时支撑中心标高为-6.4 m，临时支撑至基础底板土方开挖净高仅2.9 m，无法采用常规挖机进行开挖，影响挖土效率。

图2 ②区栈桥调整后平面布置示意

2）优化原因：②区基坑北侧距离环球金融中心基坑8～10 m，环球基坑地下4层，埋深17.85 m，2个基坑之间均为环球施工时回填土方，土体侧向应力较小；南侧距离已建成的银城中路下立交25.3 m，埋深-9.07～-9.74 m，土体侧向应力计算时可适当减小。考虑到原钢筋混凝土支撑将造成挖土速度过慢，底板形成时间较长，不利于基坑周边围护墙体的变形控制。

3）优化方案：取消-6.4 m标高处临时钢筋混凝土支撑，采用在-3.3 m结构楼板下设置斜向牛腿加腋取代临时支撑。每根框架梁底均设置1个斜向牛腿加腋，牛腿长度2 m、宽度0.6 m，牛腿下端锚固连接至地下连续墙一侧环梁内，上端锚固连接至-3.3 m结构框架梁内，加腋部分在后续施工过程中进行凿除。斜向牛腿加腋做法如图3所示。调整后-3.3 m结构主梁底标高为-4.5 m，最后一层土方开挖净高为5.2 m，可以满足普通PC110挖机3.5 m的操作高度要求，并可提高最后层土方的开挖速度，以确保基础底板尽快形成，减小坑底土的暴露时间，从而有效地控制基坑变形。

图3 斜向牛腿加腋做法示意

5 挖土施工技术

5.1 施工原则

1）狭长基坑开挖拟参照地铁基坑开挖的施工要求，严格按照时空效应的理论，分层、分段进行开挖，并遵循“随撑随挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。

2）每层土方开挖前，必须进行充分的预降水，确保地下水位降至当前开挖面以下1 m；第2层以下土方开挖前，支撑或代替支撑的框架混凝土强度需达到设计强度后方可进行开挖。

3）每层土方应分段进行开挖，做到随挖随撑。每段开挖长度不超过30 m，每段开挖完成后，必须在12 h内浇筑垫层混凝土。

4）土方开挖采用逆作法施工技术，设Q1～Q6共6个取土口，每个取土口对角线长度均大于10 m，以便长臂挖机进行取土。

5.2 施工技术方案

1）施工区域划分：考虑到基坑较为狭长，周边环境复杂，为控制基坑变形，将②区划分为4个施工区域，分区情况见图4。

图4 ②区施工区域划分示意

2）施工流程：Ⅰ段→Ⅱ段→Ⅲ段→Ⅳ段。

3）首层土方开挖：从自然地坪（+4.00 m）开挖至+2.55 m（B0层结构板底2 m标高），采用2台PC200挖机从Ⅰ段向Ⅳ段方向进行大开挖，并搭设高1.8 m短支排架依次施工B0层结构。

4）第2层土方开挖：从+2.55 m开挖至-1.50 m（B1层夹层结构板底2 m标高），在栈桥上布置2台PC330挖机负责取土，另在坑内布置6台PC110挖机负责土方坑内驳运。

5）第3层土方开挖：从-1.50 m开挖至-5.50 m（B1层结构板底2 m标高），在栈桥上布置2台长臂挖机负责取土，另在坑内布置6台PC110挖机负责土方坑内驳运。

6）第4层土方开挖：从-5.50 m开挖至-9.70 m（基础垫层底标高），在栈桥上布置2台抓斗负责取土，另在坑内布置6台PC110挖机负责土方坑内驳运及收底。

6 结语

基础底板完成混凝土浇筑时，基坑变形、周边管线位移、建（构）筑物沉降均在有效控制范围之内，满足设计及相关主管单位的控制要求。施工过程中，在确保基坑变形控制及周边环境安全的前提下，通过对狭长基坑逆作法支撑方案的优化、调整及挖土方案的合理选择，成功地提高了逆作法土方开挖的施工速率，很好地解决了逆作法挖土净高不足的施工难题，为同类型工程提供了借鉴[3,4]。