地上建筑与基坑面积占比大的全逆作法施工工艺研究

谌柳谦

上海建工一建集团有限公司 上海 200434

1 工程简介

北外滩贯通和综合改造提升工程一期项目南侧紧邻黄浦江，东侧靠近虹口港。主要内容包括拆除原港务办公楼及1号库，原2号库、3号库作为历史建筑采取保留改造方式，3栋楼整体新建改造后成为具有国际重大会议接待功能的会议中心建筑；拆除基地东侧4、5、6号库和家属院及虹口港东侧勤务大队营房，将其一同改造为绿地广场公共空间，拆除建筑平面见图1；同时设置滨江礼宾平台，架空在新建防汛墙之上，作为重大国事活动的室外迎宾场所使用。会议中心由西向东依次为1号楼、连廊Ⅰ、2号楼、连廊Ⅱ、3号楼。1号楼地上4个自然层加4个夹层，2、3号楼3个自然层加3个夹层。建筑高度依次为44.8、29.6、39.6、29.6、37.6 m，新建建筑平面见图2。

图1 拆除建筑平面示意

图2 新建建筑平面示意

工程地下3层，局部地下2层，开挖深度－16.10 m，最大开挖深度超过20 m。地上采用钢框架结构。

2 围护工程概况

工程基坑分为顺作区和逆作区，从西到东一共分为3个基坑，具体分布示意详见图3。其中1号基坑为顺作区，面积约937 m2；2号基坑为逆作区，面积约12 420 m2；3号基坑为顺作区，面积约667 m2。先进行1号基坑（顺作法）土方开挖，2号基坑（逆作法）首层土方在桩基围护及坑内加固完成后进行开挖，3号基坑（顺作法）等2号基坑B2板完成后再进行开挖。

图3 工程基坑示意

工程立柱桩采用一柱一桩，桩径主要为1 000 mm和1 200 mm。围护采用厚1 m或1.2 m地下连续墙＋TRD工法/CSM工法桩止水帷幕＋MJS工法桩＋咬合桩＋坑内三轴水泥土搅拌桩的形式。其中，基坑西、北侧采用TRD工法止水，基坑东北角、南侧部分段采用CSM工法桩止水，南侧部分段采用MJS工法桩，东侧采用咬合桩。1号基坑设置4道水平支撑（1道混凝土支撑＋3道钢支撑），西侧与红楼、灰楼之间设置隔离桩，采用MJS高压旋喷桩套打直径为800 mm的钻孔灌注桩，3号基坑采用3道水平混凝土支撑，顺作区与逆作区之间的隔断采用厚1 m的地下连续墙。顺作区坑内加固采用RJP高压旋喷桩。

工程的坑中坑主要集中在基坑北侧，具体详见图4。为加强深坑区域地下连续墙的稳定性，设计在地下2层楼板与底板之间增设了K撑。施工K撑时，先挖K撑高度范围内的一层土，待K撑施工完成且强度达到要求后再进行底板土方的开挖。

图4 深坑分布示意

3 逆作区土方开挖分区

逆作区土方开挖一共分5层进行。第1层土方采用明挖的方式开挖，在此不再赘述。结合工程的特点，为了做好对南侧防汛墙的保护，第2层至第5层土方开挖分为7个区，每个分区的面积控制在2 000 m2左右，逆作区分区见图5。

图5 逆作区开挖分区示意

2号基坑呈狭长状，为了控制基坑的变形，计划先进行D区的土方开挖，然后进行D区的结构施工，使之形成板撑，达到将1个大基坑分成2个小基坑的目的。土方开挖流程如下：D区→C、E区→B、F区→A、G区。

为保护南侧的防汛墙，每个区域的土方开挖遵循由南向北的原则。

4 取土口及行车道设置

本工程南北方向长度不足60 m，楼梯和电梯等结构洞口主要集中在基坑北侧。B0板的低跨部分位于每幢楼的南北两侧，地上大跨度空间主要集中在每幢楼的中间部分。

本工程场地面积狭小，基坑周边无足够的场地供行车使用，因此需要利用地下室顶板作为行车道。考虑到B0板南北两侧的低跨以及洞口较多，为了减少后期混凝土的凿除量，将行车道路线设计在建筑的中间跨部分。

取土口根据挖土分区进行设置，为保证出土效率，每个分区保证至少有2个取土口。设置取土口时，应充分利用结构自身的洞口，比如设备吊装口、楼梯及电梯井。取土口的最小尺寸不小于8 mh 8 m。本工程一共设置16个取土口，具体分区详见图6。

图6 行车道及取土口示意

统计这16个取土口四周的钢柱情况，有以下几种情况：四周有4根钢柱、3根钢柱、2根钢柱、1根钢柱以及没有钢柱等5种情况。当取土口四周有4根钢柱时，由于地上、地下同时施工，上文提到的8 mh 8 m取土口尺寸已经无法满足取土的要求。为了满足施工的需要，全逆作法时四周有钢柱的取土口尺寸不得小于9 mh 9 m，其他4种情况取土口不小于8 mh 8 m。

同一个挖土分区的取土口尽量均匀分布在该分区范围内，应避免集中出现在北半段或南半段的情况。为了提高出土效率，取土口至每个分区最远的取土距离不得超过25 m。

5 地上结构缓做区域

目前，取土口位置的挖机一般有套臂机、长臂挖机、伸缩臂挖机以及克令吊（带抓斗）几种。本工程基本挖深达到了16 m左右，需要使用伸缩臂挖机和克令吊（带抓斗）。根据以往的施工经验，这2种机械的最小净空高度需达到13 m。主要受影响的楼层有2F（＋5.90 m）、2M（＋9.90 m）、2MF（＋13.90 m）这3个楼面。因此，为满足施工需要，在挖土机械停放及回转半径区域内，受影响的钢梁必须全部缓吊。

对于非关键线路上的钢结构，可直接要求整个区域缓做。如图7所示，基坑外区域以及2层结构的钢结构吊装可以安排在逆作区基础底板完成后再进行。

图7 非关键线路区域缓做示意

以2F（＋5.90 m）为例，分析上部钢结构缓吊（图8）的几种类型：

图8 关键路线区域缓吊示意

1）挖机停放及回转半径，高度13 m范围内的钢梁。

2）本工程2F部分钢梁高度超过1 m，使得B0板上的行车道净高不足5 m，为了确保行车的安全，造成净高不足5 m的钢梁需要缓吊。

3）与类型1和类型2连接的一些钢梁，受类型1和类型2暂缓施工的影响，不得不跟着缓吊。

6 钢结构吊装与挖土的交叉作业

本工程场地面积有限，且采用全逆作法进行施工，顶板上的土方开挖作业与钢结构作业存在较大范围的施工交叉，安全风险大。由于取土口区域机械对净高的要求高，只有当3F结构（＋20.90 m）施工完成后，钢结构的吊装与土方开挖才能完全分开。故3F及以下层钢结构吊装与土方开挖的作业面需尽可能错开，以此保证施工现场的安全。

为了让钢结构吊装与挖土的交叉作业尽可能减少，现场采取了以下措施[1-2]：

1）土方从中间向东西两端开挖，而钢结构则采取从两边向中间方向吊装的方式，即先从1、3号楼开始吊装，再进行2号楼钢结构的吊装。

2）未进行土方开挖，同时上部在进行钢结构吊装的取土口，在洞口上张拉安全网，做好安全防护措施。

3）北侧设置3个大门，可供车辆依据取土位置选择进入。土方车尽量减少在钢结构吊装区域穿插行驶的时间。

4）减少不必要的交叉作业时间。土方开挖的工作时间尽可能安排在晚上，钢结构的吊装作业集中在白天进行。

7 结语

地上建筑与基坑面积占比大的全逆作法工程，由于没有足够的场地在建筑外设置取土口，因此必然需要和上部结构的施工组织有效结合起来，需要注意的要素主要有以下几点：

1）需保证车辆行驶的净高。不仅是土方车、混凝土搅拌车的通行，还包括长臂挖机、伸缩臂挖机等大挖机在顶板取土口之间的位置转移。

2）需要保证挖机回转半径范围内有足够的净高，一般伸缩臂、克令吊（带抓斗）等挖机的净高需求不小于13 m。

3）取土口的尺寸需根据取土口周边立柱的多少而定。当取土口4个角均有结构柱时，取土口的尺寸不得小于9 mh 9 m。

4）取土口尽可能设置在上部无结构的区域。若受限于场地条件无法实现上述情况时，可以暂缓施工非关键线路上层数较少的上部结构，来加快地下室的出土速度。

5）尽可能地减少地上、地下的交叉作业，并做好施工过程中的安全管控。