无栈桥板条件下的超大面积基坑开挖施工技术

2022-07-06张建全

建筑施工 2022年2期

张建全

上海建工一建集团有限公司上海 200120

1 工程概况

1.1总体概况

杭州菜鸟网络智慧产业园一期项目位于杭州市余杭区，东至金星二路（规划道路）、南至凤新路、西至科技大道（规划道路）、北至规划道路。本工程用地呈四边形，东西向约长516 m，南北向约长125 m，项目总用地面积约60 412 m2，总建筑面积约229 874 m2，地上总建筑面积151 030 m2，地下总建筑面积53 300 m2。建筑地上最高13层，地下2层。基地北侧紧邻杭州地铁5号线。

1.2基坑概况

本工程形状为不规则四边形，占地面积约60 412 m2；基坑东西长度最长508 m，南北长度最长118 m，基坑周长约1 213 m，基坑面积约56 160 m2。地下1层区域开挖深度约5.0 m，地下2层区域开挖深度约9.2 m。

1.3地铁车站概况

基坑北侧为在建杭州地铁5号线金星站，基坑边距离地铁车站出入口结构外墙边线最近为2.9 m，距离地铁隧道结构外墙边线约为30 m，地铁车站出入口底板面标高为－9.18 m。地铁车站围护为φ800 mm@1 000 mm的钻孔灌注桩、φ800 mm@550 mm的高压旋喷桩（图1）。

图1 基坑与地铁车站出入口结构关系剖面示意

1.4围护概况

本工程地下2层、地下1层与地下2层交界处采用φ800 mm@1 100 mm灌注桩围护＋φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩止水帷幕，局部采用φ800 mm@600 mm旋喷桩止水帷幕；地下1层采用φ700 mm@1 000 mm灌注桩围护＋φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩止水帷幕，局部采用φ800 mm@600 mm旋喷桩止水帷幕；地下1层坑内隔离桩采用φ600 mm@900 mm灌注桩。围护桩混凝土等级为C30水下，水泥土搅拌桩采用P·O 42.5级普通硅酸盐水泥。

基坑北侧中部、南侧东部区域采用放坡形式，放坡比例1∶0.8，斜坡采用喷射60 mm厚C20混凝土内配φ6.5 mm@250 mm×250 mm钢筋网片。

2 难特点分析

2.1可利用场地面积小，交通组织难度大

2.1.1 分析

1）本工程基坑面积大，基坑边线至东侧、西侧和北侧外墙距离均为2 m左右，土方车辆无法行驶，造成基坑四周道路无法形成环路，增加了土方开挖阶段交通组织难度。

2）本工程基坑边至围墙间距较小，可利用场地面积狭小，堆场布置难度大。

2.1.2 应对措施

1）土方开挖阶段和地下室结构施工阶段，基坑北侧的分坑利用南侧已完成的地下室顶板消防车道作为临时施工道路，解决了交通组织困难的问题。

2）本工程地下室基坑采取的是分坑先后施工的方案，先施工的基坑利用未开挖的基坑作为场地临时堆场，后施工的基坑利用已完成基坑的地下室顶板作为临时堆场，解决了现场可利用场地面积小的问题。

2.2施工进度、文明施工要求高

2.2.1 分析

1）本工程基坑面积大，土方量巨大，且项目北侧紧邻地铁5号线，在最短时间内高质量地完成地下室施工能对地铁起到极大的保护作用，因此对项目的施工进度要求高。

2）本工程基坑北侧紧邻地铁5号线和余杭中学，对文明施工要求极高。

2.2.2 应对措施

1）根据围护设计要求，本工程基坑采取分坑先后施工的顺序进行施工，其中地下2层区域为整个基坑施工进度中关键线路的关键点，因此缩短地下2层的施工工期，即能更早地完成整个地下室的施工。考虑土方开挖阶段，根据支撑位置将第1层土方开挖分成7个小块，分块先后开挖，开挖一个小块后施工该区域的支撑，下个区域土方开挖时进行上一个区域的支撑养护，将支撑施工及养护不作为施工关键线路，可缩短基坑的施工工期。第2层土方开挖时，根据后浇带的位置将第2层土分成8个小块，分块开挖，开挖完成一个小块后施工该区地下室底板，地下区域土方开挖时进行上个区域底板的养护，将底板施工及养护不作为关键线路，缩短施工工期。

2）通过市场调研，选择实力雄厚、具有相应资质的渣土外运单位，并签订渣土外运协议，对运输车辆数量及运输能力做出明确规定，并通过奖罚等措施确保顺利实施。

3）每天派专人负责施工现场的道路清理和进出口车辆冲洗，做到文明施工。

2.3地铁保护难度大

2.3.1 分析

本工程基坑北侧为在建杭州地铁5号线金星站，基坑边距离地铁车站出入口结构外墙边线最近为2.9 m，距离地铁隧道结构外墙边线约为30 m，基坑施工阶段的地铁保护难度大。

2.3.2 应对措施

1）严格按照围护设计要求进行基坑开挖施工，保证各个工序的施工质量。

2）应用信息化设备指导施工，积极协调和配合监测单位，制定详尽的施工监测方案，合理布点，通过动态监测数据指导施工。

3）按照前文所述方法进行地下2层区域基坑分区，缩短基坑施工工期，减少基坑暴露时间，保证基坑和地铁的安全。

4）准备足够的应急抢修物资，一旦发现险情立即补救，保证轨道交通的安全。

3 关键施工技术

3.1选择合理有效的基坑开挖流程

本项目基坑北侧紧邻地铁隧道及车站出入口结构，基坑边至地铁出入口结构最近距离只有5 m，同时整个基坑北侧均在地铁50 m保护范围内，施工难度极大。

由于本项目基坑与地铁结构之间的距离十分近，并且基坑对地铁影响长度范围达500 m，若采取大面开挖的方式，将造成基坑变形过大而导致地铁变形报警，出现安全隐患。因此本项目利用钻孔灌注桩作为分隔桩将整个基坑划分为11个区块，各区块之间互相制约，限制各区块的开挖时间，保证基坑及地铁的安全[1-3]。

本项目基坑划分为11个区块，分别为1区～11区，其中1区为地下2层，2～11区为地下1层，2～11区均在地铁保护范围之内，基坑开挖对地铁存在较大的安全影响，因此需减少同时开挖的基坑面积，以减小对地铁的影响（图2）。

图2 基坑分区布置

以7区作为中心基坑，2～6区为西侧区域，8～11区为东侧区域，东、西2个区域互相独立，在开挖时互不干涉。但东、西2个区内的各区块基坑互相制约，以抽条开挖的形式进行，并且下一区块的基坑开挖需在上一区块出±0 m后方可进行。

以东侧区块为例，10区最先开挖，待10区出±0 m后方可开挖9区和11区，以此类推，相应开挖后续的8区基坑。西侧区域受出土路线的影响，无法采取调仓开挖施工。通过研究本项目的地勘报告，2～6区范围内土层土质较好，主要为黏土及基岩，对基坑变形的影响很小，因此决定采取顺坑开挖的方式进行基坑开挖，但必须满足基坑先后开挖的限制条件，即下一区块的基坑开挖需在上一区块出±0 m后方可进行。

上述开挖流程保证了基坑开挖的安全，但极大地延长了整个基坑开挖的时间，对整个基坑的开挖进度造成了影响。考虑到1区处于地铁保护范围之外，拟优化1区的开挖方案。根据结构后浇带的位置，将1区划分为4个小区，分别为1-1～1-4区，采用流水搭接作业的方式，开挖完成1-1区的第1层土方后，进行1-2区的土方开挖并同时施工1-1区的混凝土支撑，以此类推直至完成1-4区的第1层土方。待1-4区第1层土方开挖完成，1-1区的支撑强度满足设计要求，可直接进行1-1区第2层土方开挖，从而节省了第1道混凝土支撑的养护时间，相比大面开挖，节约15 d左右的工期。

综合以上的基坑分区方案，将整个基坑划分为三大区域施工，一方面保证了基坑和地铁的安全，另一方面节约了一定的工期，取得了一举两得的效果。最终的开挖方案归纳如下：1区→2区→3区→4区→5区→6区→7区→8区→9区、11区→10区。

3.2优化出土方式

本项目位于杭州市余杭区，由于当地交通管制、卸点限制及恶劣天气等原因，每日外运出土方量有限，无法满足工期需求。通过研究项目的情况，根据项目自身的场地条件及施工工况，优化了整个项目的土方出土方案，拟采取以土方外运为主、场地内内驳和场地内自消为辅的形式解决出土难的问题。

1）土方外运。本项目土方外运主要以码头为卸土地点，单日出土时间为12 h，单日出土量约4 000 m3，在不间断施工的情况下可满足项目的施工进度。

2）场地内内驳。本项目工期要求紧，安全要求高，需不间断地进行基坑施工，土方外运是关键点。但由于受到交通管制、卸点限制的原因，无法保证每日的出土量满足方案工期要求。为保证基坑的施工进度，项目部在场地内设置一个临时堆土点，此堆土点不影响项目的施工，且临时堆土量可达4万 m3，相当于10 d的出土量，在无法土方外运的情况下，保证项目连续施工，确保基坑开挖顺畅。

3）场内自消。根据本项目的施工工况，1区为最先施工的区块，后续区块基坑开挖时，1区已完成地下室结构，可以进行外墙的土方回填。因此本项目部分基坑开挖的土方可直接用于地下室外墙的回填土方，从而提升了单日出土量，可加快基坑的施工进度。

3.3优化场内出土路线

本项目用地面积很大，但基坑面积占项目用地面积的85%左右，可利用场地面积极小。在基坑开挖过程中，临时施工道路对土方外运有着极其重要的作用，选择合理有效的出土路线是保证项目基坑开挖顺畅的关键点。根据基坑开挖的特点，本项目共划分为三大区域，根据三大区域的施工工况，分别布置各阶段的场内出土路线。

1）1区出土路线。受外围环境影响，项目只能在南侧开设施工大门，且仅有南侧可作为临时硬化道路用于材料堆场及加工场，无法作为出土道路。1区施工阶段，2～7区未进行土方开挖，利用2～7区的场地作为临时出土道路，可覆盖1区的施工范围，同时不用占据南侧硬化道路，为1区的土方开挖和地下室结构施工提供良好的条件（图3）。

图3 1区出土路线

2）2～6区出土路线。本项目2～6区基坑开挖阶段，1区虽已完成地下室结构，但由于1区北侧为悬挑结构板，无法满足土方车辆的停泊要求，导致无法直接利用地下室顶板作为出土路线。考虑到2～6区基坑施工为顺坑开挖，因此利用2～6区的场地作为临时出土路线，最大限度地利用未施工区域，为狭小的场地提供更多的施工空间（图4）。