超大超深基坑工程中心区无支撑化顺作施工技术

同济大学 上海 200092

0 引言

随着我国城市建设的迅猛发展，超大超深基坑工程的数量和规模逐年攀升，且这些基坑工程往往位于城市中心区域，基坑施工工程量大、环境保护要求高，因此，采用何种施工方法不仅涉及基坑施工速度、变形控制，还对工程造价产生重大影响。传统顺作法和逆作法的优缺点都很显著，故越来越多的基坑工程都结合自身的实际情况，划分不同的区域分别采用适宜的施工方式，如上海中心大厦主楼区顺作、裙房区逆作，上海仲盛商业中心中心岛顺作、周边环板逆作，上海莘庄龙之梦广场中心顺作、周边踏步式逆作等。这种施工思路综合了顺作法和逆作法的优势，加快了基坑施工速度，减少了对周边环境的影响，降低了工程成本投入，取得了良好的实施效果[1-3]。

本文基于这种施工思路，对上海市浦东金融广场项目基坑工程实施过程中的施工工况进行研究，提出了无支撑顺作施工方案，即利用周边分区基坑已完成地下室作为中心区基坑的支护体系，中心区基坑取消水平支撑的施工方法。

1 工程概况

上海市浦东金融广场基坑工程位于上海市浦东新区浦东南路以东、商城路以北、南泉北路以西、世纪大道以南围绕地块。基地形状为不规则六边形，东西向最长为280 m，南北向最宽为240 m，占地面积约为48 500 m2，由1幢40层塔楼、2幢20层塔楼、1幢11层商业中心、1层公交枢纽站和3～4层地下室组成，建筑面积约472 000 m2（图1）。

图1 浦东金融广场工程总平面示意

基坑工程占地面积42 000 m2，采用地下连续墙的围护结构，坑内地下连续墙将整个基坑分为8个分区基坑，分别为1-a、1-b、2-a、2-b、3-a、3-b、4、5区，如图2所示。其中北侧5个分区基坑区域为地下4层，开挖深度为20 m，坑内采用4道钢筋混凝土水平支撑；南侧靠近轨道交通9号线的3个分区基坑区域为地下3层，开挖深度为16.80 m，坑内采用首道钢筋混凝土支撑加3道钢支撑。

图2 浦东金融广场基坑分区平面示意

基坑周边环境复杂，包含有交通主干道、市政管线网、邻近建筑物及运营中轨交线路，其中基坑西北侧的超高层建筑世界广场基础距本基坑围护结构最近处为11 m，基坑北侧为运营中轨交2号线东昌路站，基坑南侧为运营中轨交9号线商城路站，车站主体结构与本基坑工程南侧围护共墙。

2 中心区基坑方案及优化

根据原施工工况，待1-a、1-b区出±0.00 m，2-a、2-b区底板完成后，3-a区基坑工程开始第2层土方开挖，采用挖1层土做1道支撑的流程施工至基础底板，结构回筑采用拆1道支撑回做1层结构的方式进行，最后拆除3-a区与各分区基坑间分隔墙。

根据现场实际施工进度，2-a、2-b区基础底板于2014年1月完成，1-b区出±0.00 m于2014年8月完成，1-a区出±0.00 m于2014年10月完成，即满足3-a区进行第2层土方开挖的施工条件。2014年10月，2-b区亦完成地下室结构出±0.00 m、2-a区完成地下2层结构（第1道支撑栈桥保留）。

通过对其实际工况进行分析，3-a区基坑距离整个基坑外侧围护墙最短不小于40 m，且相邻各分区基坑已基本完成地下室框架结构体系，因此，以3-a区相邻分区基坑地下室框架结构体系作支护体系的条件已满足，故对3-a区基坑施工进行以下优化：取消3-a区基坑内水平支撑系统；在挖土阶段随土方开挖拆除3-a区与相邻分区基坑间的分隔墙。

因此，3-a区基坑采用无支撑化施工，即由上而下分11层开挖（第1层土方开挖已完成），随土方开挖逐层开凿3-a区与1-a、1-b、2-b间的分隔墙（3-a区与2-a区之间分隔墙保留），开挖至坑底后进行结构底板施工，由下而上回筑地下室结构[4-6]。

3 中心区基坑优化方案数值模拟

根据3-a区基坑优化方案建立分析模型，邻近商业楼部分的地下室边界施加水平约束，原2-b区与1-a区和1-b区间的分隔墙保留。

分析模型中考虑地下室各楼层楼板恒载，不考虑活荷载，如图3所示，整个基坑外侧水土压力直接施加到地下室外墙上，如图4所示。

图3 结构分析模型

图4 外围水土压力施加

如图5、图6所示，整体地下室框架结构x、y向的位移主要在1～2 mm之间；同时可以发现，保留的2道墙对整体结构位移起到了一定的重新分布的作用。

图5 地下室结构在水土压力下x向位移

图6 地下室结构在水土压力下y向位移

同时对无支撑化顺作施工工况下的地下室核心筒剪力墙、楼板应力进行了模拟分析，应力较大位置主要集中在剪力墙角部和洞口边，但附加内力和附加应力的数值都相对较小，满足设计要求。

4 中心区域基坑无支撑化顺作施工

4.1 施工前准备工作

为减小无支撑开挖对主体结构的影响，采取如下措施：

1）3-a区开挖前需要临时封闭1-a、1-b、2-b区内B3、B2、B1板的沉降后浇带，保证结构的整体性和结构强度；

2）3-a区开挖前通过在分隔墙上开洞的方式将3-a区与1-a、1-b、2-b区间分隔墙位置处的一圈结构主梁在B1、B2、B3层上均连成环梁，增加边缘结构整体刚度；

3）3-a区开挖过程中，保留2-b区与1-a、1-b区间分隔墙，并在已完成结构与分隔墙之间按50%施工混凝土板撑，混凝土板撑长度500 mm，间距1 m。

4.2 降水施工

由于3-a区采用无支撑化施工，故需对降压井采取保护措施：保留降压井位置附近的格构柱，通过抱箍形式将降压井与格构柱进行固定，并绕降压井一圈搭设钢管围护，避免挖土过程中被挖机损坏。

4.3 土方施工

1）3-a区第1道支撑栈桥拆除完成后，开始进行第2层土方开挖，分11层开挖至底（第1层土方开挖已完成），西侧2-a区栈桥作为出土口。

2）第2、3层土方开挖采用3台大挖机先沿3-a区与1-a、1-b、2-b区分隔墙向基坑内开挖出宽10 m的镐头机操作面，操作面开挖完成后再用镐头机由东向西进行退挖，完成该层土方开挖，土方开挖采用1∶1.15放坡。土方车直接进入基坑内装运土方，再通过2-a区栈桥出入基坑，第3层土方开挖时土方车通过3-a区与2-a区栈桥交界处1∶5放坡上下2-a区栈桥。

3）第4～6层土方开挖先由3台大挖机沿3-a区与1-a、1-b、2-b区分隔墙向基坑内开挖出宽10 m的镐头机操作面，然后采用3台大挖机在坑内翻土，由东向西驳运土方至3-a区基坑西侧栈桥处，2台长臂挖机于栈桥上取土，最后由土方车外运。

4）第7～11层土方开挖时，将3-a区西侧前期保留栈桥拆除，将取土点设置在东侧2-b区首层结构楼面上，坑内3台大挖机在坑边翻土，先沿3-a区与1-a、1-b、2-a区分隔墙向基坑内开挖出宽10 m的镐头机操作面（2-b区一侧分隔墙待本层土方开挖完成后再凿除），然后由西向东驳运土方至3-a区东侧基坑边，由2台长臂挖机（第10、11层土方开挖时采用2台克令吊）于2-b区首层结构楼板上取土，最后由土方车外运，如图7所示[7-9]。

图7 土方开挖典型工况

4.4 支撑栈桥及分隔墙拆除施工

1）先拆除3-a区第1道支撑栈桥，随土方开挖，由上至下逐层开凿3-a区与1-a、1-b、2-b间的分隔墙（3-a区与2-a区之间分隔墙保留），分隔墙凿除深度高于土方开挖面以上0.50 m。

2）在分隔墙拆除作业面与结构交界处设置安全防护网，保护已完成结构及确保拆除施工安全，另在分隔墙凿除施工过程中做好洒水防尘工作。

5 信息化监测及结果

3-a区无支撑化顺作施工过程中，要求监测单位在进行基坑及周边环境持续监测的基础上，对3-a区相邻分区基坑内的核心筒剪力墙角部和结构大开洞处设置裂缝监测点。

3-a区基坑施工完成出±0.00 m后，根据监测结果显示，相邻分区基坑已完成地下室结构累计变形1～2 mm，整个基坑外侧围护墙深层水平位移最大不超过1.80 mm，满足要求；地下室结构楼板未发现有裂缝的情况。

6 结语

本工程3-a区基坑施工方案优化后采用无支撑化顺作施工，加快了土方开挖节奏和地下室回筑速度，取得了良好的社会效益和经济效益：

1）无支撑化施工取消3道钢筋混凝土支撑，节约了钢筋、混凝土等建筑材料和模板、钢管扣件等周转材料的使用，节省了拆除钢筋混凝土支撑的费用，共计约550万元人民币；

2）采用无支撑明挖顺作法施工，在土方开挖的同时拆除相邻区分隔墙，与原方案中分隔墙暗拆施工相比，节约了通风、照明设施的费用；

3）无支撑化施工取消3道钢筋混凝土支撑，无需待混凝土支撑达到强度后再开挖下1层土方，土方开挖节奏加快，同时改善了土方开挖条件，土方开挖速度加快；地下室结构回筑时，无需待拆除混凝土支撑后再施作结构，地下室结构施工速度加快，减少了大量的施工间歇时间，节约了3-a区基坑的施工工期；

4）3-a区基坑与相邻分区基坑间分隔墙随土方开挖由上而下拆除，不仅改善了分隔墙拆除施工条件，而且在地下室结构回筑时，即可将3-a区地下室与周边地下室结构进行连接，减少了结构施工缝的产生，更好地保证了结构施工质量[10,11]。