上海建工一建集團有限公司 上海 200120

本文結合上海中心大廈基坑工程的實踐，提出“超大基坑主順作裙逆作施工技術”，即增設1 道分期墻，將整個基坑劃分為主樓區(qū)和裙房區(qū)兩個相對獨立的基坑，其中塔樓區(qū)為無內支撐圓形基坑。先行明挖順作塔樓區(qū)基坑，此時裙房區(qū)進行樁基施工，并作為臨時施工堆場。塔樓區(qū)地下結構完成后裙房區(qū)開始逆作施工[1-4]。

1 工程概況

上海中心大廈位于浦東新區(qū)陸家嘴金融貿易區(qū)Z3-1、Z3-2地塊，毗鄰金茂大廈及上海環(huán)球金融中心，建成后將成為上海的城市新地標。工程占地面積約3.1 萬m2，總建筑面積約57 萬m2。地上121 層，地下5 層，建筑總高度632 m。

場地150 m深度范圍內的土層主要由飽和黏性土、粉性土和砂土組成，其中第⑤、⑦層分為多個亞層，第⑧層缺失，第⑦、⑨層土連通。主樓區(qū)基礎挖深31.10 m，局部深坑處挖深達33.10 m，裙房區(qū)基坑挖深26.70 m，最大挖深29.2 m。主樓區(qū)圍護結構采用Φ121 m的圓形地下連續(xù)墻、另加6 道環(huán)形圈梁組成的圍護體系，地下連續(xù)墻厚1.2 m、深50 m。裙房區(qū)圍護結構采用兩墻合一的地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻厚1.2 m、深48 m。

根據(jù)工程總進度工期要求，采用主順作裙逆作施工方案，具體部署為：

（a）主樓區(qū)基坑采用盆島結合的方式先行挖土，環(huán)形支撐隨挖隨撐、分段施工。

（b）主樓區(qū)混凝土基礎底板完成后，隨即順作施工主樓區(qū)地下結構。

（c）主樓區(qū)首層結構施工完成后，開始施工裙房區(qū)地下結構逆作施工。

（d）裙房地下結構隨土方開挖及時跟進施工，基礎底板完成后再自下而上逐層順作柱墻及補缺結構。

2 超大超深圓形無支撐基坑順作施工

2.1 基于變形控制的土方開挖方案比選

本工程25 m深度范圍內土層為淤泥質粉質黏土、淤泥質黏土，存在明顯的流變特性，土方施工必須予以考慮。一般土方開挖方式有島式和盆式2 種，2 種方式各有優(yōu)缺點：島式挖土，盆邊土開挖方量較小便于快速形成支撐，縮短基坑無支撐暴露時間，有利于變形控制，但受環(huán)撐施工及養(yǎng)護制約，挖土會出現(xiàn)技術間歇；盆式挖土，本層環(huán)撐未完成或未達強度要求時，在保留盆邊土的情況下，可繼續(xù)開挖下層盆中土，能形成連續(xù)土方施工，盆邊土體預留高度、寬度取決于圍護結構的被動土壓力要求，但盆式挖土對控制基坑土體隆起不利。

根據(jù)以上分析，并結合工程有6 道環(huán)撐的特點，確定了島、盆結合的挖土方案，共分7 層進行。第7層土位于基礎底板范圍內，大底板中部厚6 m、周邊厚度1.8 m，采用盆式開挖。第4～6層土方開挖深度超過20 m，為保證基坑變形可控，采用島式開挖。第1～3層土方開挖深度分別為4.1 m、5.67 m、6.05 m，為確定土方開挖方式，需計算分析各層土方的主動土壓力，簡化計算方式如下：

經(jīng)計算第1～3層土方層底的主動土壓力分別為9.9 kPa、65.1 kPa、167.3 kPa?？梢?，粉質黏土②具有較高的內聚力、淤泥質粉質黏土③具有較高的內摩擦角，土體主動土壓力較小，而淤泥質黏土④的內聚力和內摩擦角均較低，主動土壓力較大，不利于控制基坑的變形。因此，從出土速度、變形控制兩方面考慮，第1、2層采用盆式開挖，第3層采用島式開挖。分層土體高度大于3.5 m時采用二級放坡開挖，放坡坡度為1∶1.5、放坡平臺為5 m。

2.2 土方開挖及出土棧橋設置

第1層土方采用4 臺日立330挖掘機直接下坑開挖。第2～7層土方開挖時，在基坑周邊均勻布置4 個施工棧橋，見圖1。棧橋立柱采用格構柱式立柱樁，面板為鋼筋混凝土梁板結構，其下設置4 道鋼筋混凝土梁式水平支撐、槽鋼剪刀撐，以保證棧橋結構的整體穩(wěn)定性，水平支撐及剪刀撐隨挖隨撐。將基坑平面劃分為4 個扇形施工區(qū)域，每個施工棧橋各負責1 個區(qū)域土方開挖，隨開挖深度的增加，每個棧橋上分別布置2 臺挖掘機、長臂挖掘機、加長臂挖掘機、抓斗，將土方運至土方車，在坑內由10 臺日立200挖掘機（斗容量0.8 m3）將土方駁運至棧橋區(qū)域。充分發(fā)揮無內支撐基坑出土效率高的優(yōu)勢，加快土方開挖速度，高峰出土量為5 000 m3/d。

圖1 出土棧橋設置及開挖分區(qū)示意

2.3 超長環(huán)形支撐分段施工

基坑內徑為121 m，每道環(huán)撐長度達380 m，屬于超長混凝土結構。不僅因受到地下連續(xù)墻擠壓產(chǎn)生壓縮變形，同時也將產(chǎn)生自身收縮變形。計算得到最大軸向力位于第4道環(huán)撐，最大軸力為18 000 kN。環(huán)梁支撐截面1.6 m×3.0 mm（C40）、配筋為108Φ32 mm，其等效截面積為5.25 m2。第4道環(huán)撐在軸向壓力18 000 kN作用下產(chǎn)生的壓應變?yōu)椋?/p>

可見其受力軸向壓縮應變小于早期收縮應變，說明收縮變形對支護體系的影響較大，需加以控制。因此確定了環(huán)撐采用分段、流水施工的原則，以消除混凝土早期收縮變形的影響。每段長度控制在50 m左右，因第6道環(huán)撐頂面位于基礎底板的板面，將來不予拆除，利用混凝土墊層作為環(huán)撐底模。第1～5道環(huán)撐按爆破方案設置爆破預留孔，便于后續(xù)的爆破拆除。第5道環(huán)撐緊貼基礎底板，底板混凝土澆筑困難，因此將第5道環(huán)撐的下表面設計成斜坡式，便于基礎底板混凝土施工時的振搗。第5、6道環(huán)撐與基礎底板位置關系如圖2所示。

圖2 第5、6 道環(huán)撐布置示意

2.4 開挖過程信息化動態(tài)監(jiān)測

塔樓區(qū)圓形基坑共布設16 個地下連續(xù)墻側向變形監(jiān)測點。基坑開挖完成后P05號孔位側向變形最大值為76.5 mm，基坑開挖完成時各孔位地下連續(xù)墻側向最大變形數(shù)據(jù)的平均值為68.5 mm，與理論計算結果基本吻合，滿足設計要求。第2、3層土方開挖時，地下連續(xù)墻側向變形變化速率較快，后續(xù)開挖地下連續(xù)墻的側向變形速率減緩，地下連續(xù)墻最大側向變形出現(xiàn)在深度約16 m處，說明基坑中下部黏土、粉質黏土、砂質粉土的被動約束作用較強，也說明島、盆結合的挖土方式對本工程具有很強的針對性，有效抑制了基坑變形。

3 裙房超大超深基坑逆作法施工技術

3.1 基于變形控制的基坑分區(qū)逆作施工

相比于主樓區(qū)基坑，裙房區(qū)基坑面積更大，開挖過程的變形控制也更為困難，具體表現(xiàn)為：基坑挖深26.7 m，長深比7.97，寬深比6.04，均大于臨界寬深比5，基坑每側中部區(qū)域的墻-土力學分析模型屬于平面應變假定，無法利用基于邊界嵌固約束影響的空間效應；土層中的淤泥質土、黏性土具有明顯的流變特性，隨基坑暴露時間延長而發(fā)生主動區(qū)的蠕變、被動區(qū)的應力松弛，由此造成基坑的變形歷時增大。針對此問題，確定了分區(qū)抽條、跳倉開挖，結構同步跟進的逆作施工方案，并利用沉降后澆帶支撐將主樓、裙樓區(qū)地下結構進行聯(lián)系，以B1F逆作施工為例的分塊示意見圖3。先施工中部十字對撐后施工4 個角部，以減小基坑長邊效應的影響，土方共分6 層開挖。環(huán)形地下連續(xù)墻根據(jù)分塊的施工順序分段爆破拆除，減小裙房區(qū)土體側向變形。

圖3 B1F地下結構施工分塊示意

裙房區(qū)地下室首層采用明挖順作法施工，其余各層土方均為暗挖出土，為減少土方駁運、提高出土效率，取土口遵循以下原則進行布置：每個施工分塊都布置一定數(shù)量的取土口，減少土方駁運工作量；取土口位置結合地下室結構的具體情況進行布置，避免影響后續(xù)施工工序；結合施工的場地條件布置取土口，便于土方車輛進出施工現(xiàn)場，并減少交叉干涉。最終確定地下室逆作施工階段共布置19 個貫通各層結構的取土口，開洞總面積為1 600 m3，高峰出土量可達3 000 m3/d。

3.2 施工現(xiàn)場交通組織

裙房逆作施工期間，主樓區(qū)進行上部鋼結構及主體結構的施工，為減少相互干擾，須協(xié)調好各階段況的交通組織和混凝土澆搗，交通車輛由1#、2#、3#和4#大門進出，在場內形成環(huán)形通道。重型鋼結構運輸車輛主要由1#、2#和4#大門進出，在場地東西方向卸車并堆放在堆場平臺上。

裙房首層西側開挖施工時，主樓區(qū)正在施工地下1層結構，由此造成了交叉施工的干擾。為盡量減少裙房地下室開挖對主樓區(qū)施工車輛的影響，交通組織分階段進行轉換：主樓正首層施工時，裙房西側開始施工，車輛由2#、3#和4#門進出，重型鋼結構運輸車輛主要由2#、4#門進出；裙房西側施工完成后，進行北側、東南側結構施工，主樓已施工完成地下結構，車輛由1#、2#和4#門進出，重型鋼結構運輸車輛由2#、4#門進出；毗鄰主樓區(qū)東西兩側的裙房地下室結構時，車輛由1#、2#和3#門進出，重型鋼結構運輸車輛由1#門進出；毗鄰主樓區(qū)西南側裙房地下室結構時，其余區(qū)域已施工完成，車輛由1#、3#和4#門進出，重型鋼結構運輸車輛由1#、4#門進出，本階段施工完成后將形成正常的交通組織體系。

3.3 逆作施工過程信息化動態(tài)監(jiān)測

對實測結果與預測分析結果進行比較，可檢驗理論計算結果的合理性，并作為反分析控制變形目標值的依據(jù)。將裙房地下連續(xù)墻側向變形計算值與實測值進行了對比分析，其中 P07孔測斜的最大變形值為65 mm（測斜值）、62 mm（計算值），兩者基本吻合，基坑變形得到了較好的控制，滿足設計要求。對一柱一樁的差異隆起進行了理論計算與實測的對比，對比分析結果表明相鄰立柱間的最大差異隆起量均小于20 mm，滿足設計要求的控制值。

3.4 裙房與主樓間沉降后澆帶設置

主樓區(qū)在巨大的自重荷載作用下將產(chǎn)生基礎沉降；裙房區(qū)采用逆作法施工，土方開挖后產(chǎn)生卸荷效應，將產(chǎn)生坑底回彈，同時圍護結構側向擠壓將引起坑底的隆起，回彈和隆起的疊加效應造成立柱樁上浮，主樓區(qū)與裙房區(qū)將存在較大的豎向變形差，結構因此會產(chǎn)生附加內力，嚴重時結構出現(xiàn)裂縫。為避免出現(xiàn)這種風險，在主樓區(qū)和裙房區(qū)結構之間設置了沉降后澆帶，其中南側為A區(qū)，其余區(qū)域為B區(qū)。后澆帶與兩側之間的主體結構為鉸接式連接，保證主體結構自由地豎向移位，不承擔彎矩，但能傳遞裙房地下連續(xù)墻外土體的主動土壓力。裙房、主樓施工完成，沉降監(jiān)測結果趨于穩(wěn)定后，再自下而上逐層封閉后澆帶。

主樓和裙房樓層結構之間后澆帶寬度為2.5～3.0 m，兩側均設置楔口式環(huán)梁，通過鋼筋混凝土換撐板聯(lián)系，主樓區(qū)一側的楔口式環(huán)梁避開原有環(huán)撐，并在懸挑跨度較大的梁下設鋼筋混凝土柱。裙房樓層結構及其環(huán)梁施工完成后，澆筑混凝土換撐板并用薄膜進行隔離。A區(qū)地下連續(xù)墻與主樓地下連續(xù)墻的間距較小，為減少換撐施工的澆帶鑿除工作量，加快換撐速度，支撐體系則利用裙房及主樓區(qū)域的混凝土梁板。主樓裙房混凝土梁板分開澆筑，鋼筋全部斷開，在梁板中間留設1 條薄膜隔斷的豎向沉降縫。在主樓底板和裙房底板結構之間也留設沉降后澆帶，后澆帶寬度2 000 mm。B區(qū)底板后澆帶水平支撐采用間距為2 m的400 mm×400 mm×13 mm×21 mmH型鋼，A區(qū)的底板后澆帶水平支撐采用寬2 m、厚0.3 m的鋼筋混凝土板撐，間距2 m。后澆帶封閉施工時，型鋼支撐、鋼筋混凝土板撐均埋入后澆混凝土中，形成疊合式結構，避免換撐產(chǎn)生二次變形。

4 結語

主順作裙逆作施工技術是適應超高層深大基坑工程施工要求的一項新技術，以分區(qū)施工為特征，加快超高塔樓的施工速度。

主樓區(qū)首次采用內徑達121 m的無內支撐圓形基坑圍護形式，節(jié)省了大量材料，加快了塔樓的施工速度。

超大裙房區(qū)基坑先行逆作施工十字對稱結構，消除了基坑的長邊效應的影響，有效控制了基坑的變形。

采用的雙聯(lián)、多聯(lián)大開口取土口布置方法，提高了暗挖出土效率，加快了逆作施工速度。

提出的沉降后澆帶設置方法及施工工藝，消除了因主樓、裙房差異沉降對結構的不利影響。