葉文啟

1.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院 上海 200092；2.中天建設(shè)集團(tuán)有限公司 上海 201102

1 工程概況

中駿廣場(chǎng)項(xiàng)目位于上海市虹橋商務(wù)區(qū)申長路以東、遷虹路以南、申虹路以西、寧虹路以北，基坑為正方形，建筑面積220 396 m2，整體呈“回”字形，外圍為1層地下室，約19 430 m2，內(nèi)部為2層地下室，約27 600 m2。建筑采用圍合式布局，沿街布置了7棟高層辦公樓及多棟多層辦公樓。辦公樓底層布置沿街商業(yè)。2層地下室主要作為停車庫及地下儲(chǔ)藏間。本工程地上部分主要由6幢4F、10幢5F、2幢8F及5幢9F號(hào)樓組成，地下部分則主要由1層地下室與2層地下室組成（圖1）。地下室基礎(chǔ)形式為承臺(tái)-筏板-樁基礎(chǔ)，工程樁為預(yù)制方樁或管樁。

圖1 項(xiàng)目地下室、上部結(jié)構(gòu)以及周邊道路分布示意

基坑支護(hù)采用鉆孔灌注樁，外圍設(shè)置三軸水泥土攪拌樁作止水帷幕，兩者之間用壓密注漿填充?；诱w形狀為正方形，1層地下室結(jié)構(gòu)分布于基坑外圍周邊，地下2層部分位于基坑中部，兩者交界部分同樣也采用鉆孔灌注樁和三軸攪拌樁的支護(hù)和止水體系。本工程地下1層開挖深度為6.1 m，局部深坑6.9～7.6 m不等；地下2層開挖深度為10 m，局部深坑10.5～11.5 m不等，并采用局部坑底加固措施。地下1層結(jié)構(gòu)的水平支撐體系為鋼筋混凝土角撐和鋼管斜拋撐組合，地下2層結(jié)構(gòu)水平向由1道鋼筋混凝土角撐和對(duì)撐作為主要受力體系。

2 基坑工程難點(diǎn)和施工順序控制

2.1 施工難點(diǎn)

1）基坑開挖面積大，且坑內(nèi)挖深不同。地下1層挖深6.1 m，地下2層為10 m，坑內(nèi)多處存在局部深坑，標(biāo)高各異，施工流程與支撐的傳力關(guān)系復(fù)雜。

2）基坑內(nèi)各建筑完成時(shí)間節(jié)點(diǎn)不同。按照進(jìn)度要求，東北角位置處的B22#和B23#辦公樓要最先完工，東南角位置處的B7#辦公樓計(jì)劃在東北角的2棟4層建筑（B22#和B23#）封頂時(shí)完成底板澆筑，此3棟房屋是整體工程的時(shí)間控制節(jié)點(diǎn)。由于結(jié)構(gòu)時(shí)間節(jié)點(diǎn)不同，對(duì)應(yīng)建筑的拆換撐和受力體系的調(diào)整較為困難。

2.2 基坑施工順序的控制

對(duì)于外圍為地下1層，中間為2層的“回”字形結(jié)構(gòu)，在總體方案設(shè)計(jì)時(shí)采用逐層開挖、先淺后深的方法。對(duì)應(yīng)整體的施工順序依次為：盆式挖土，坑邊留土，施工2層地下室區(qū)域的鋼筋混凝土支撐→待2層地下室區(qū)域的鋼筋混凝土支撐達(dá)到80%強(qiáng)度后，架設(shè)地下1層區(qū)域鋼支撐，并施加預(yù)應(yīng)力→地下1層區(qū)域開挖至坑底，并及時(shí)施工底板、傳力帶以及混凝土換撐→待地下1層區(qū)域底板、傳力帶及混凝土換撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除鋼支撐→地下1層區(qū)域繼續(xù)施工，地下2層區(qū)域開挖至坑底，并及時(shí)施工底板及傳力帶→待地下2層區(qū)域底板及傳力帶達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，繼續(xù)向上施工地下2層結(jié)構(gòu)及傳力帶→待地下2層結(jié)構(gòu)及傳力帶達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除此區(qū)域鋼筋混凝土支撐和地下1層區(qū)域的混凝土換撐→地下1層和地下2層區(qū)域繼續(xù)向上施工，鑿除分隔樁，連接結(jié)構(gòu)梁板[1,2]。

為保證既定辦公樓的竣工時(shí)間節(jié)點(diǎn)，以基坑?xùn)|側(cè)土方開挖和內(nèi)支撐架設(shè)為主進(jìn)行工期掌控，采用自北向南、自東向西的開挖和支撐步驟進(jìn)行，具體順序如圖2所示。

圖2 模擬東側(cè)地塊的開挖和支撐順序

1）完成地下1層和地下2層的圍護(hù)樁基，形成地下1層冠梁和南北向鋼筋混凝土角撐；

2）盆式挖土，坑邊留土，施工地下1層范圍內(nèi)鋼管斜拋撐（此時(shí)地下1層范圍內(nèi)壓坡腳土體保留）；

3）施工地下2層范圍內(nèi)圍護(hù)樁冠梁和混凝土角撐及對(duì)撐，待強(qiáng)度達(dá)到80%后開挖壓坡腳土體，澆筑B22#和B23#樓層墊層及底板；

4）施工2棟單體建筑的上部結(jié)構(gòu)，拆除與其位置相對(duì)應(yīng)的地下1層混凝土角撐和部分斜拋撐支護(hù)。

3 計(jì)算模型的建立以及內(nèi)支撐體系的受力分析和調(diào)整

不同開挖深度基坑挖土以及內(nèi)支撐布設(shè)后的三維計(jì)算模型如圖3所示。

圖3 基坑開挖及內(nèi)支撐布設(shè)完畢后的整體三維計(jì)算模型

由圖3可以看出，用作樣板展示房和售樓處的B22#與B23#樓位置對(duì)地下2層區(qū)域內(nèi)支撐受力的影響有一定的差別。地基土層參數(shù)按地質(zhì)報(bào)告確定，各層土體厚度由各剖面圖取平均值。

3.1 B23#樓施工方案及受力變形分析

B23#樓主體位于地下1層的東北部角撐處，地基及基礎(chǔ)全部位于地下2層的東北角鋼筋混凝土角撐的受力控制范圍之內(nèi)，因此其施工順序可以與整體順序不同[3,4]：

1）施工地下1層?xùn)|北側(cè)冠梁和混凝土角撐；

2）盆式開挖并施工地下2層冠梁和角撐；

3）待地下2層角撐強(qiáng)度形成后，設(shè)置對(duì)應(yīng)部位的鋼管斜拋撐并清空地下1層對(duì)應(yīng)部位壓坡腳土體；

4）澆筑結(jié)構(gòu)底板，待強(qiáng)度形成后拆除斜拋撐；

5）施工地下室結(jié)構(gòu)并拆除角撐。

與此棟樓相關(guān)的支護(hù)結(jié)構(gòu)均為角撐，地下1層范圍內(nèi)的角撐待該樓底板強(qiáng)度形成后便可替換，上部結(jié)構(gòu)以及下部土層受力系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，按此順序施工后，其變形計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比如圖4所示。

由圖4可以看出，以角撐為主要受力體系的B23#樓，只要保證底板強(qiáng)度形成并與地下2層范圍內(nèi)混凝土支撐形成連接傳力，便可控制主樓的變形，在地下2層?xùn)|西向支撐未形成時(shí)仍可以保證變形及安全要求。

圖4 基坑側(cè)向變形

3.2 B22#樓施工方案及受力變形分析

B22#樓位于地下1層?xùn)|北側(cè)的鋼管斜拋撐位置，具體空間位置如圖5所示。

圖5 B22#樓空間位置示意

由圖5可以看出，本棟建筑位于地下1層基坑范圍內(nèi)，底板上部均為斜拋撐支護(hù)。與其鄰近的地下2層鋼筋混凝土支撐受力體系為角撐和對(duì)撐，兩者分擔(dān)的支護(hù)長度分別約為24 m和14 m。

若只考慮地下2層的角撐施工，圖5中2#測(cè)點(diǎn)的水平變形實(shí)測(cè)值與計(jì)算值如圖6（a）所示。若不考慮混凝土對(duì)撐，直接將主樓與土體荷載施加于地下2層圍護(hù)樁體系之上，1#測(cè)點(diǎn)的水平向變形與考慮混凝土對(duì)撐的計(jì)算結(jié)果如圖6（b）所示。

由圖6（a）可以看出，對(duì)于地下2層角撐控制范圍內(nèi)的土體，其變形情況與B23#樓對(duì)應(yīng)的上層角撐拆除后且底板強(qiáng)度形成階段的趨勢(shì)一致，實(shí)測(cè)值和計(jì)算值的幅值以及變形趨勢(shì)均保持一致，但對(duì)于地下2層對(duì)撐控制的區(qū)域，若無對(duì)撐受力，則鋼管撐拆除且結(jié)構(gòu)底板強(qiáng)度形成后，其變形已達(dá)到或超出基坑的變形報(bào)警值，在圖6（b）圖中，當(dāng)設(shè)置地下2層混凝土支撐后，對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的水平變形計(jì)算值減小50%以上，處于可控范圍內(nèi)。

圖6 基坑側(cè)向變形

4 結(jié)語

本文基于上海中駿廣場(chǎng)基坑項(xiàng)目設(shè)計(jì)，結(jié)合工程自身的特點(diǎn)，采用數(shù)值模擬計(jì)算，并以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究了基坑分步開挖及拆換撐對(duì)周邊環(huán)境的變形影響，結(jié)論如下[5-7]：

1）在局部與整體施工進(jìn)度不一致的情況下，為保證局部單體建筑的按時(shí)完工，可根據(jù)單體建筑位置，優(yōu)先施工能獨(dú)自受力的局部構(gòu)件，如混凝土角撐和對(duì)應(yīng)的鋼管撐，并以此為基礎(chǔ)提前完成特定單體建筑的基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)。

2）以數(shù)值計(jì)算為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料，能夠定性分析不同施工步驟對(duì)周邊環(huán)境和對(duì)應(yīng)區(qū)域的變形和受力，可以此為基礎(chǔ)優(yōu)化局部和整體的設(shè)計(jì)方案。

3）對(duì)單體工期要求較高且牽扯整體支護(hù)受力的建筑，宜優(yōu)先施工其對(duì)應(yīng)區(qū)域的局部和部分整體支撐系統(tǒng)，在一定程度上提高了單體工期。