大型场馆复杂群坑施工技术

国 杰

上海金舒建筑工程有限公司 上海 201100

1 工程概况

上海海昌极地海洋公园项目东区标段，总建筑面积117 527.5 m2，其中地上建筑面积84 527.5 m2，地下建筑面积33 000 m2。本工程由珊瑚水母馆、梦幻餐厅、沙塔餐厅、海底世界馆、火山鲸鲨馆、云顶缆车火山站、海豚表演场、2区燃气调压站、2区能源中心、办公宿舍楼、主题度假酒店、酒店垃圾房等建筑组成。项目东侧场地区域围绕着海底世界馆和火山鲸鲨馆设置漂流区域。漂流区域主要包含回水管、大小水池、水泵房、回水池、漂流池、机房、水泵房以及飞碟餐厅等附属建筑。

在群体基坑施工中将面临较单一基坑更显著的相互影响问题[1]。海洋公园单体建筑多、基坑形式复杂多变、施工任务非常集中、工期要求高，对施工的组织设计提出了严峻的挑战。

2 地质条件

本工程现场自然地面标高在4.5 m左右。地质条件复杂，拟建场地在勘察深度范围内揭露的地基土均属第四纪沉积物，主要由黏性土、粉性土及砂性土组成。由上而下主要有：①吹填层、②3灰色砂质粉土、④淤泥质黏土、⑤粉质黏土、⑥粉质黏土、⑦粉砂。

基坑开挖深度范围内有吹填土和砂性土。填土较厚，一般在1.0～4.6 m间，夹较多灰黄色黏性土，含植物根茎，土质不均。基坑开挖有影响的是浅部土层中的潜水，地下水埋深1.00～1.40 m。场地内②3层渗透系数较大，尤其是该层土厚度普遍超过9 m。场地内①、④层均属于高压缩性土，是具有含水量高、孔隙比大、压缩模量小等特性的软弱土层。

3 场馆基坑施工

本工程涉及的单体多，有海豚表演场、火山鲸鲨馆、能源中心、沙塔餐厅、水母餐厅、珊瑚水母馆、主题酒店、办公宿舍楼等（图1），且大部分基坑开挖深度超过5 m，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程。工种多，施工任务非常集中，工期较紧，建设标准高，因此对于基坑施工的有序组织至关重要[2-4]。

3.1 围护施工

本工程各场馆围护共有水泥土搅拌桩、型钢水泥土搅拌墙和少量钻孔灌注桩等3种形式。

图1 场地场馆布置

由于砂性土与水泥浆不易混合搅拌，为确保搅拌桩质量，选用SJB-Ⅱ型、JB160型等大功率搅拌桩机施工。办公及员工宿舍楼、主题酒店、海豚表演场等3个单体场馆，配备5台双头深层搅拌桩机进行施工。其余场馆配备6台双轴搅拌桩机、1台三轴搅拌桩机和1台钻孔灌注桩机。为确保施工进度，所有场馆围护体系同时开始施工。

搅拌桩施工时水泥标号采用新鲜P.O 42.5水泥。水泥掺量要求为双轴搅拌桩13%、三轴搅拌桩20%。采用“两喷三搅”的施工工艺，邻近工程桩的搅拌桩严格控制每台班施工量≤100 m3，以减少搅拌桩施工的挤土作用。设计要求桩身垂直度≤1/150，按照此要求在桩架上两个方向设置水平尺（牢固绑扎或焊接）及高3 m的垂直线球，使垂直线球保持在刻度范围内。每根桩打桩前检查一次，每钻进提升一次检查一次，使打桩全过程保持在允许的垂直度范围内。

型钢水泥土搅拌墙的型钢在搅拌桩施工完毕30 min内依靠自重插入，振动锤辅助到位。型钢于基坑覆土完成后拔出，使用2个千斤顶同时向上顶住起拔架的横梁部分进行起拔。待第2次起拔时，用钢丝绳穿入H型钢上部的圆孔吊住H 型钢。边拔边用注浆充填H型钢拔除后的空隙，减小对邻近建筑物及地下管线的影响。

3.2 降水施工

火山鲸鲨馆和海底世界馆使用深井降水。其余场馆采用井点降水。所有场馆围护施工完毕后立即各自开始降水作业。开挖前预降水不少于30 d。

3.3 支撑施工

混凝土栈桥区域的支撑梁侧模、混凝土栈桥平台底模均采用机制夹板。底模拼装时为了便于拆模，在2块夹板之间留设宽3 cm的缝隙，缝隙用纤维板补，同时浇捣混凝土时在每块夹板上预留φ75 mm的PVC管圆孔，以方便击落底模。

钢支撑所有支撑拼接必须顺直。为此，每次安装前先控制水平标高，以支撑的轴线用φ10 mm水平管检验支撑的位置。每道支撑安装后，及时按设计要求施加预应力。钢管支撑应施加1 000 kN预应力，分500 kN和500 kN两级施加。预应力施加至设计要求加钢楔顶紧后，再拆除千斤顶。

3.4 基坑开挖

为缩短工期，工程基坑施工顺序如下：海豚表演场先行开挖，火山鲸鲨馆、海底世界馆、珊瑚水母馆、沙塔餐厅、办公及员工宿舍楼、主题酒店按照各单体后浇带分区，挖土同时开始，各单体互不影响。

由于各场馆围护支撑体系、挖深各不相同，对各个场馆基坑施工顺序进行了针对性的优化，以提升施工效率。

火山鲸鲨馆开挖面积5 267 m2，基坑开挖深度5.25～8.30 m，开挖深度较深。火山鲸鲨馆基坑与能源中心基坑最小间距 12.50 m，2个基坑同时施工。根据设计工况需要，必须确保基坑相邻处同时挖土，支撑同时施工，确保相邻区域大底板同时浇筑，以减小土方侧压力及安全风险。为此，首先将基坑南侧与能源中心相邻处开挖2.30 m，至支撑底标高，施工第1道混凝土支撑以及钢管支撑。待支撑强度达到设计值后，基坑整体采用盆式开挖。

中心区域挖至5.25 m，随后分块进行周围区域的挖土施工，基本按照从南到北、从东向西顺序退挖的原则施工。西南侧落深区开挖土体至挖深5.10 m，开槽施工第2道混凝土围檩，安装型钢支撑，即浇筑垫层、底板及换撑带。待其他所有区域底板达到设计强度后，开始中心区域的底板施工。办公及员工宿舍楼、主题酒店和海豚表演场基坑相邻，划分为同一施工段。开挖面积32 407 m2，开挖深度5.4～7.1 m。结合底板后浇带，将本施工段分为5个分区（图2）。

图2 办公、酒店、海豚馆区域挖土分区及挖土方向

首先开挖1区东西两端区域，并设置支撑和栈桥，为基坑开挖施工提供行车路线。随后，1区、2区和4区依内部分区同时进行挖土和结构施工的流水作业，3区同时布置斜撑。待其他区域底板基本施工完成后，开始3区基坑施工，最后单独开挖施工5区的车道。珊瑚水母馆、沙塔餐厅馆等挖深较小的场馆直接由东向西退挖至预定标高，以尽快为后续施工提供条件。根据施工总进度计划，最大程度地满足及时配备机械设备和人工投入的要求，开挖时每天外运土方4 000 m3以上，以确保施工进度。

3.5 地下水池施工

本工程为海洋公园工程，火山鲸鲨馆、海豚表演场、海底世界馆等场馆均设有水池。由于水池混凝土结构防渗漏要求比普通结构高，混凝土一次浇筑完成，不留设施工缝。

为确保水池表面的平整度，使用弧形定型钢模板，接缝部位设置橡胶内衬垫或复合PVC衬垫，支撑模板的穿墙钢筋放置厚20 mm塑料垫圈。

对底板混凝土采取斜向分层浇筑，分层厚度应根据设备配置、混凝土坍落度及流淌坡度、混凝土运输及泵送量、操作人员的安排统一考虑，防止冷缝产生。底板与墙板之间设置厚5 mm的止水钢板，交界处的混凝土口上翻5 cm[5-7]。

4 漂流段基坑施工

漂流段基坑在所有场馆基坑施工完成后进行。漂流段基坑开挖面积超过18 000 m2，整体形状为U形，且外边形状不规则。内部划分为回水池、水泵房、漂流池等众多区域，基坑高差多变。漂流池挖深2.5～5.8 m，回水管与漂流池内高差3.4～4.8 m，其余区域挖深在3.3～8.3 m之间。且漂流回水管基坑为新增基坑，在周边原有单体均已完成地下室以及主体结构的施工后进行，对测量、围护支撑施工、材料的进出以及施工的组织要求高。

4.1 测量定位

漂流段形状不规则，建筑总图中均以坐标定位，基坑轴线无规则且标高多变，工况复杂，故在漂流段的开挖过程中均用全站仪来控制平面位置以及高程。

通过市政水准点引进坐标，在海底世界建筑屋顶四角上引入4个基准点作为半永久点。同时在漂流段外侧硬化场地稳定区域引入4个外侧半永久点，两两通视，且与海底世界馆屋面的点也能通视。在基坑内高程变化区域，均先进行位置放样，四周打入角桩，划分好区域，后进行各个高程的测量。对于漂流段的结构位置，均利用坐标进行准确放样，确保结构的位置准确。

4.2 基坑施工

基坑围护共有3种形式。为提高施工效率，共配备7台双头深层搅拌桩机、1台三轴搅拌桩机同时进行施工。邻近工程桩的搅拌桩严格控制施工速度，以减少搅拌桩施工的挤土作用。

施工时，将漂流段分为3段，即AC段、AD段以及AA段（图3）。3段同时开挖施工，互不影响，以减少工期消耗。为便于行车，在AA段和AC段中部设置施工栈桥。

AC段和AD段首先进行首层土方开挖。AC段和AD段进行第1道支撑、栈桥施工时进行AA段土方开挖。随后AC、AD、AA段依次进行漂流段底板施工、第2皮土方开挖、漂流段结构施工、回水池及水泵房、泵池底板施工、回水管分段埋设施工。待所有底板及回水管垫层达到设计强度后，拆除基坑支撑，支撑拆除完毕后继续漂流结构施工。最后进行漂流游乐设备的安装。AC、AD以及AA段底板采用跳仓法施工，先施工浇筑先期区域底板。待5～6 d混凝土内力释放后施工浇筑剩余区域底板。在底板及传力带养护达到设计强度后进行后续施工。

图3 漂流段基坑分段布置

5 实施效果

通过合理的基坑区域划分和人员设备调配，本工程施工比预计工期提前2个月完成。漂流段施工工期为9个月，为完成预定工期目标打下了良好基础。所有场馆中，除2个点位围护水平位移和4个点位围护垂直位移超过40 mm外，其余基坑变形在可控范围内，施工效果良好。

6 结语

本工程为大型水族馆工程，施工区域广、单体场馆众多、基坑形状复杂。通过合理的施工流程安排和施工组织设计，提高施工效率，完成了预定工期目标。