框架逆作在异形深基坑中的应用★

张 云 海

(1.上海市基础工程集团有限公司，上海 200433; 2.上海市非开挖建造工程技术研究中心,上海 200433)

超深大面积基坑采用传统的顺作法需要设置大量的临时混凝土支撑，后续结构施工时仍需要凿除，浪费了资源的同时增加了工作量，而且混凝土支撑的整体刚度偏小，不利于控制基坑变形。若采用逆作法施工，结构楼板的刚度远大于混凝土支撑的刚度，对变形控制有利，同时减少了大量凿除工作，但逆作法出土效率慢，作业环境恶劣，不利于工期控制。结合顺作与逆作法优点的框架逆作通过先浇筑结构框架梁，后浇筑结构板的方法加快了土方开挖的效率又满足了支撑体系刚度的要求。

传统的框架逆作法一般适用于结构轴线比较规则或体型较小的基坑，鲜有在结构不规则的大型基坑中运用，究其原因主要为在不规则结构中梁结构容易产生应力集中，容易对结构产生破坏。针对上海某超大异形深基坑首次尝试采用框架逆作工艺施工，通过对该工艺的改进，使其在背景工程中取得了良好的效果。本文介绍了背景工程在结构体系较为复杂的情况下采用框架逆作的施工方法，为今后类似工程的施工提供一定的借鉴。

1 概况

1.1 工程概况

背景工程位于上海浦东新区，地下设置2层地下室。基坑东西向最大长度约300 m，南北向长度约125 m，面积达到38 680 m2，基坑开挖深度11.7 m。结构轴网呈不规则形。

1.2 周边环境概况

本工程基坑东侧为已建道路，南侧与西侧暂为天然河道，北侧为一在建地块，后期将与本工程地下室连通，周围总体环境保护要求不高(见图1)。

1.3 地质概况

本工程基坑开挖范围内主要存在③层及④层灰色淤泥质粘土层，土体对扰动较为敏感，且部分区域夹砂，含水较多。基地内土层分布如表1所示。

表1 土层物理性质参数

1.4 方案选型

1)软土地区如此大规模的基坑若整体开挖对于基坑变形及坑底隆起控制比较困难，一般需要将其分坑施工，而分坑施工既增加资金投入又延长了工期，与业主的要求相悖。

2)而采用逆作施工工艺可以解决分坑施工的问题，且其支撑刚度较大，对变形控制较为有利，但逆作施工的土方开挖、采光、通风都受到了限制，对工期控制较为不利。

3)如此深的基坑通常采用地墙或钻孔桩作为围护结构，而地墙在设计上有较多的限制，比如深坑位置、预埋件标高、连接点设计等，这些条件都制约着整体工期。

4)参考了较多的工程案例后，最终采用了排桩围护体系结合结构框架作为水平支撑的围护结构。同时对异形框架逆作结构进行了改进。

2 实施方案

2.1 异形结构叠合梁与周边环板结合

本工程主体结构轴网不规则，尤其基坑南侧位置呈现曲线型，梁系受力较为复杂。通过采用有限元建模分析，仅利用纯结构框架梁作为支撑，在局部存在受力集中、应力不足的情况。考虑利用建筑消防通道作为基坑施工时的栈桥体系，将整个工程框架梁区域集中于号房区域，同时基坑南侧剪力墙较多，故采用大开口避开剪力墙区域，保证竖向结构的连续性。其余区域采用逆作板封孔，最终形成框架梁结合环板的支撑体系。B1层整体模型见图2。

2.2 地下室楼板与围护连接节点处理

在逆作施工阶段，B1板框架梁支撑体系通过环梁与围檩之间的型钢混凝土组合传力带进行水平力的传递，该种传力带具有刚度大、稳定性好的优点，对逆作开挖阶段的变形起到很好的控制(见图3)。

在B1板及围檩施工时，将型钢埋入结构环梁及围檩内，一同浇筑。待底板施工完毕后，再凿除B1板混凝土传力板带，保留H型钢作为传力构件。在由下往上顺作外墙时，将型钢周围满焊止水钢板，墙筋无法穿越时可适当在翼缘和腹板进行开孔。外墙施工完成，待基坑回填及外墙防水施工时再将露出外墙的剩余部分的型钢予以割除(见图4，图5)。

2.3 框架逆作结合中心顺作环板逆作施工

工况一：将基坑分层，基坑边留土30 m宽，放坡开挖至B1层结构板排架位置，施工B1层结构梁板。由于留土宽度大，不会对周边环境造成大的影响，在确保基坑安全的前提下尽量加快挖土及结构施工速度(见图6)。

工况二：分别将盆边30 m留土范围开挖至B0层结构板排架位置，施工B0层梁板结构，此时因围护处于悬臂状态，盆边挖土不宜过深，一般不超过2 m。B0层结构贯通(见图7)。

工况三：采用分区对称、抽条跳挖的方式开挖盆边土方，施工B1层剩余结构，B1层结构贯通(见图8)。

工况四：由于底板工期一般时间较长，盆边留土的反压逐渐失去作用，进而导致坑底位移增大，因此将盆式开挖改为岛式开挖，集中优势将盆边土方开挖完成，并迅速浇筑垫层，避免反压土的蠕变位移。沿边范围内设置加厚垫层，垫层厚度不宜小于30 cm，加厚范围不小于10 m，并配置钢筋网片，利用加厚垫层的水平刚度暂时控制位移(见图9)。

工况五：开挖剩余的盆中土方、浇筑垫层，施工底板，并完成所有底板结构(见图10)。

3 实施效果

3.1 框架逆作法对基坑变形的影响

在基坑工程施工的全过程中，对基坑支护体系及周边环境进行有效地监测，为信息化施工提供参数。通过对围护测斜的监测，基坑采用框架逆作工艺，开挖至基底时，围护最大侧向位移约为34.7 mm。根据现有的文献资料，统计显示采用混凝土支撑与排桩相结合的明挖顺作法，围护最大侧移平均值为0.46%H，而采用地下连续墙围护的传统逆作法施工，围护最大侧移平均值为0.26%H，H表示基坑开挖深度。本基坑开挖至基底后，围护体最大侧向位移为34.9 mm，约为0.29%H，介于0.26%H与0.46%H之间，与传统逆作法相差不大，整体围护侧向位移控制较好。

3.2 经济性评价

参照本工程相邻地块某基坑面积近2万m2，开挖深度近10 m，从土方开挖至地下室结构施工完成，整个施工周期约8个月。本工程若采用顺作分坑施工，分为两个大小近2万m2的基坑进行施工，其整个地下室工期预估为16个月。本工程实际从土方开挖至地下室结构施工完成仅为10个月，工期大大提前。

工程造价方面，采用框架逆作取消了分坑施工的封堵墙及大量临时支撑的工程量，避免了后期大量的凿除工作，经济优势明显。

4 结语

通过对本工程异形结构框架逆作的分析，结合顺作开挖速度快与逆作支撑刚度好的优势，创造性地设计了框架逆作与结构环板相结合的支撑方式。框架逆作与结构环板相结合的水平支撑方式解决了异形框架结构无法解决的应力复杂的问题，也解决了框架逆作基坑在大面积基坑下变形控制差的缺点，根据整体分析增加杆件对应力集中点进行分解，并采用环板加强整个基坑水平向的刚度，完成了国内首例利用异形结构结合环板的框架逆作工法一次性进行大面积深基坑的施工，摒除了框架逆作工艺仅适合于结构梁系较为规则的工程中的理念，为今后国内对在类似环境中进行同类工程的开发与实践积累了宝贵的经验。

参考文献:

[1] 刘 征.超大型深基坑半逆作法设计与实践[J].岩土工程学报,2012,11(34):507-511.

[2] 王卫东.新型逆作法结构型式的设计与应用[J].岩土工程学报,2006,11(28):1546-1551.

[3] 李进军.南昌大学第二附属医院新型逆作法设计与实践[J].建筑结构,2009,4(39):725-730.