逆顺结合在超大深基坑工程中的应用

马辉

（上海外高桥集团股份有限公司森兰置地分公司，上海200137）

1 引言

超大超深基坑工程的设计施工方法有顺作法和逆作法2种。顺作法作为一种常规的施工方法，优点是出土及地下结构施工方便；缺点是大量水平临时支撑后期需要凿除，经济性不佳。逆作法作为一种支护结构与主体结构相结合的设计方法，优点是利用主体水平结构作为支撑，支撑刚度大可有效控制变形和提高基坑稳定性；节省大量水平临时支撑，经济性明显。缺点是地下结构部分墙板柱需二次施工，出土相对不便。

本工程为一商业项目（以下称“D4-3 项目”）与紧邻的地下连通道项目（以下称“连通道项目”），2 个项目共坑，中间无分隔措施，合在一起同步进行施工。基坑面积32 100m2，总延长760m，开挖深度11.70m，属超大深基坑工程。D4-3 项目采用周边临时围护体系结合坑内水平框架体系的半逆作法围护设计。连通道项目采用2 道混凝土临时支撑的顺作法围护设计。

2 工程概况

2.1 建筑概况

D4-3 项目建筑面积80 699m2。地上建筑面积33 656m2，包括6 栋3～4 层商业楼。地下建筑面积47 043m2，包括2 层整体地下室，层高均为6.0m，埋深12.30m，部分用作人防，平时用作车库。结构形式为框架结构。

连通道项目建筑面积9 079m2，主要用作连接另一商业项目（下称“D5-3 项目”）与D4-3 项目的车行连通道、人行连通道及车库，设计为地下1 层，局部2 层，层高为8.4m 和3.6m，埋深7.70～10.80m。结构形式为框架结构。

2.2 环境概况

场地总体环境如图1 所示。

图1 基坑周边环境示意图

基坑北侧：规划河道。基地西侧：空地。

基坑东侧：兰谷路，路宽30m，道路以东为D6-5 地块，目前已完成工程桩的施工。基坑边线距离东侧红线约2.3m，距离兰谷路上管线（给水电信路灯等）4.1～6.8m，其余管线在1 倍开挖深度以外。兰谷路东北侧处为人工湖桥，在桥面及河底有较多管线，基坑与桥梁边线约10.3m。

基坑南侧：在建D5-3 项目，采用框架逆作工艺，正在土方开挖。本工程在D5-3 项目基坑底板完成后进行基坑开挖。

2.3 工程地质条件

2.3.1 场地地层构成与特征

本工程基坑围护设计深度范围内主要由黏性土、粉性土组成。第①1 层杂填土；第①2 层灰黑色浜底淤泥；第②层褐色～灰黄色粉质黏土；第③层灰色淤泥质粉质黏质粉土；第④层灰色淤泥黏土；第⑤1 层灰色黏土；第⑤2 层灰色黏质粉土夹粉质黏土；第⑤3 层灰色粉土黏土夹黏质粉土，分布于古河道区域，局部⑤2 层分布较厚处缺失；第⑤4 层绿色粉土黏土，古河道区域局部分布；第⑥层暗绿色粉质黏土。

2.3.2 水文地质条件

根据勘察报告，勘察区域存在潜水及承压水：潜水埋深一般为地表下0.3～1.5m；场地勘察深度内有第⑤2 层的微承压水及第⑦层的承压水，其埋深最浅在离地面约26.0m 和30.0m以下。

2.3.3 不良地质情况

根据勘察报告，本场地基坑范围内局部有明浜分布，水深约0.50～1.00m，浜底淤泥厚度约0.80～1.70m。连通道场地内有暗浜分布，宽约6～14m，最大埋深约2.80m；本场地的第③层灰色淤泥质粉质黏土夹黏质粉土层夹薄层状粉性土、粉砂，对基坑开挖不利。

3 深基坑支护设计

3.1 基坑设计控制标准

根据DG/TJ 08-61—2018《基坑工程技术规范》，本工程基坑开挖深度约11.70m，基坑自身安全等级为一级。基坑东侧兰谷路处（除连通道区域外）环境保护等级定为二级，其余区域周围环境保护等级定为三级。

3.2 围护方案选型

3.2.1 基坑工程特点

1）基坑本身的特点。本工程基坑形状呈不规则矩形，东西向最大长度约193m，南北向长度约190m，基坑双向长度较长，对于变形控制不利；由于基坑面积大，基坑底部土体较易产生较大程度的隆起，导致基坑内部立柱上浮，并增大基坑外侧土体沉降；基坑南侧的D5-3 项目，采用灌注桩+结构框架逆作工艺，正在进行基坑的开挖。

2）连通道结构特点。D5-3 项目与D4-3 项目之间采用地下连通道进行连接。地下连通道结构为一层结构，层高8m（见图2），在中心区域30m 宽度内为局部2 层结构（见图3）。由于连通道位于市政道路下，顶板与地面间存在4m 的覆土厚度，故该通道顶板呈斜板。

图2 地下连通道南北向剖面示意图

图3 地下连通道东西向剖面示意图

3.2.2 总体方案选型

综上，对本基坑工程采用以下设计：

1）D4-3 项目：采用半逆作法的设计，旋挖灌注桩结合三轴搅拌桩止水帷幕+周边环板、中间结构水平框架体系逆作的围护设计。在结构框架逆作完成后进行结构外墙及部分板的浇筑，主楼共设置2 道混凝土水平支撑系统，其中，第1 道混凝土支撑系统对应地下室结构B0 板，第2 道混凝土支撑对应地下室结构B1 板。

2）连通道项目：连通道区域由于为1 层地下室，且顶板为斜板，故该区域采用顺作法的设计，采用2 道钢筋混凝土水平临时支撑作为传力体系，一端与D4-3 项目的水平支撑相对应，另一端撑在D5-3 项目压顶梁及围檩处。第1 道、第2 道支撑平面布置图如图4 和图5 所示。

图4 第1 道支撑平面布置图

图5 第2 道支撑平面布置图

3.3 基坑围护设计

3.3.1 围护体系

1）基坑普遍侧

由于基坑除东侧外环境保护等级较低，故基坑普遍侧的围护结构均采用φ1 000mm@1 200mm 旋挖成孔灌注桩加φ850mm@600mm 三轴水泥土搅拌桩止水帷幕，旋挖桩内边与外墙留设约1.6m 间距。基坑西侧旋挖成孔灌注桩有效长度28.25m，插入基底以下17.5m，如图6 所示。

2）东侧临近引桥处

东侧兰谷路上的人工湖桥，引桥部分有一定高差，对基坑产生一定的附加荷载。故在该侧围护结构采用φ1 250mm@1 450mm 钻孔灌注桩加φ850mm@600mm 三轴水泥土搅拌桩止水帷幕。钻孔灌注桩有效长度27.25m，插入基底以下16.5m。在临近引桥处增设一道斜抛钢管支撑，该处中心底板完成后架设抛撑，最后开挖支撑下方土体，如图7 所示。

图6 普遍侧剖面

图7 近桥梁处剖面

3.3.2 支撑系统

支撑系统包括框架支撑和连通道临时支撑体系2 部分。

1）框架支撑，利用结构框架设2 道水平支撑如表1 所示。

表1 框架支撑结构

2）连通道临时支撑体系如表2 所示。

表2 连通道临时支撑体系

3.3.3 立柱和立柱桩

框架逆作时采用“一柱一桩”施工工艺，在基坑施工时在结构柱位设置钢立柱，立柱桩利用工程桩，部分临时支撑采用新增立柱桩。非栈桥区钢立柱采用4L160mm×16mm，截面为460mm×460mm，立柱桩采用φ800mm 钻孔桩；栈桥区钢立柱采用4L180mm×16mm，截面为480mm×480mm，立柱桩采用φ800mm 钻孔桩，顶部扩径至φ850mm，钢立柱在结构逆作完成后外包混凝土形成劲性柱。

4 基坑工程施工方案

4.1 施工步骤

施工步骤包括以下几步：

1）施工D4-3 项目、连通道区域立柱桩、围护结构及地基加固。待达到强度后，D4-3 项目逆作施工，整体开挖至-3.200m标高，连通道区域暂不开挖。

2）D4-3 项目盆边留土30m，二级放坡开挖至-7.750m，盆中区域搭设排架进行B1 板施工。

3）D4-3 项目盆中结构B1 板框架结构完成后，进行盆中区域B1板上方及周边B0 层结构施工，B0层结构采用间隔跳挖的方式；连通道区域需待D5-3 项目底板完成后，开挖土方施工第一道支撑，与D4-3 项目B0 层结构对应。

4）D4-3 项目待B0 板框架结构逆作完成后，进行周边B1 板土方开挖及框架结构逆作施工，周边B1 层结构采用间隔跳挖方式；连通道区域，开挖施工第2 道支撑，与D4-3 项目B1 层结构对应。

5）待第2 道框架支撑及临时支撑达到设计强度，D4-3 项目及连通道区域基坑周边留设20m 平台，中部基坑2 级放坡开挖至-13.300m，底板结构施工。

6）待中部基坑底板结构施工完成后，进行边坡区域开挖及底板施工，采用间隔跳挖的方式。其中D5-3 项目与连通道交界处，搅拌桩凿至底板换撑下50cm，并用中粗砂回填，底板换撑预留钢筋接头及止水带。

7）待底板全部形成后，D4-3 项目自下而上施工B2 层柱墙，拆除连通道区域第2 道临时支撑并进行连通道区域局部B1层结构施工。在局部1 层结构区域设置斜抛撑换撑（连通道东西两侧），连通道区域与D5-3 项目交界处梁板内设置型钢换撑，撑于封堵墙处。

8）D4-3 项目B2 层柱墙完成，连通道区域待B1 层结构达到强度后，分段拆除连通道与D5-3 间封堵墙，预留部分围护桩作为立柱桩，两侧结构对接。

9）D4-3 项目B1 层柱墙完成，连通道区域待B1 层换撑结构形成并达到强度后，分段拆除第1 道临时支撑（仅拆除与5-3 项目压顶连接处杆件，东西方向对撑保留），进行B0 层斜向梁板施工。

10）凿除连通道与D5-3 项目封堵墙至换撑下50cm，中粗砂回填后进行底板结构连接；连通道区域待顶板完成达到强度后，拆除剩余第1 道临时支撑。

4.2 施工技术要点

4.2.1 柱与梁板钢筋、混凝土浇筑

D4-3 项目采用“一柱一桩”施工，挖土后在柱顶部加设锚筋，然后进行梁板施工，施工梁板结构时在柱位置预留柱插筋及混凝土浇捣孔。地下一层以下各层逆作挖土至楼板下方浇捣好垫层后，在立柱上按设计要求施焊钢牛腿，完成后，施工本层托梁以及其他梁和板，并在柱位置预留柱插筋及混凝土浇捣孔。格构柱通过设在梁上的预留浇灌孔进行混凝土浇筑，如图8 所示。

4.2.2 侧墙与楼板连接

顺作侧墙浇捣筑混凝土时，在楼板与侧墙连接处预留浇筑侧墙混凝土的浇灌口，混凝土应添加膨胀剂以减少收缩，为使外墙混凝土浇筑密实可做出一假牛腿，混凝土从墙顶部的侧面入模，混凝土硬化后可凿去。考虑刚浇筑混凝土的收缩，在结合面处易出现缝隙。为此，在结合面处预留若干压浆孔，用压力灌浆方法消除缝隙，保证构件连接处的密实性，如图9 所示。

图8 地下室结构柱预留浇捣孔示意图

图9 地下室外墙 侧向浇捣示意图

4.2.3 格构柱的拆除

由于逆作施工中，结构荷载主要由插入桩中的钢立柱承受，在柱、剪力墙置换工作完成后，受力构件将转换为结构柱与剪力墙，在钢立柱与结构柱的置换工作中，势必将引起结构应力的重分布。为避免因内力重分布而对结构造成损伤，钢立柱拆除顺序：先地下2 层，然后逐层依次拆除，从周围向中间对称拆除。

5 基坑监测

本项目于2015 年6 月开始首层土开挖，2016 年1 月底大底板浇筑完成，2016 年10 月顶板浇筑完毕。在整个基础施工过程中，施工单位始终对保护周边环境非常重视，根据监测信息及时调整了相关施工工艺，在确保基坑自身安全的前提下，最大限度地对减小了施工对周边环境的影响，收到了良好的效果。虽然大部分监测点变化均超过报警值，但围护结构相对稳定，兰谷路道路及桥梁未受影响，无地下管线损坏。

6 结语

本工程属超大超深基坑，2 个项目共坑，同步进行施工，中间无分隔措施。其中D4-3 项目采用半逆作法，连通道项目采用顺作法，同一基坑中逆顺结合取得了良好的效果，为超大深基坑围护设计与施工提供了一个新的解决方案。