超大深基坑快速生产组织及施工技术应用分析

徐洪强，罗支贵，马奎 （中铁四局集团有限公司，安徽 合肥 230023）

1 引言

随着城市人口的持续增多，城市病逐渐凸显，建设用地越发趋于紧张，深大基坑开挖已经成为建构筑物的重要施工环节。这使得基坑规模不断扩大，并向着超大、超深的方向发展。基坑设计受到地质条件、周边环境、基坑尺寸、主体结构、施工工期等多种因素的影响。在超大深基坑施工中，由于开挖土方工程量巨大，不可避免地将遇到更为复杂的技术难题，这对围护体系、主体结构以及施工组织提出了更高的要求。如何保证深大基坑安全引起了国内外学者的广泛关注，并形成了一系列较为成熟的解决方案。马宏健系统介绍了既有铁路线旁深大基坑的建设方案，通过优化施工顺序，实时反馈监测数据，并动态调整设计施工，能够大幅降低施工风险，有效控制基坑变形。李韬等依托上海国际金融中心深大软土基坑项目，探究了顺逆结合工法的工程适用性，分析了基坑开挖时空效应和土体弹塑性流变效应对地连墙安全性的影响规律，进而提出了信息化智慧施工的安全控制措施。

在超大深基坑尚未普遍应用的阶段，技术人员较多关注施工安全，而随着施工工艺的日臻完善，业内更关注如何实现超大深基坑快速施工。任望东结合天津软弱土基坑的工程实践，得出综合采取不同支护形式，能够达到快速施工的目的。郭彦兵系统介绍了拱北隧道深基坑的工程经验，通过对总体施工的精细化管理和实时调整施工方案，大幅缩短了计划工期。韩春峰以上海五角场深基坑为工程背景，动态优化了施工工序并合理布置了施工栈桥，满足了优先且快速建造的工程需求。本文依托淮安东站站前广场超大深基坑，针对超大深基坑全套施工方案进行设计优化，尤其是引入跳仓法来浇筑混凝土，可以为类似工程提供参考和借鉴。

2 工程简介

淮安东站站前广场深基坑位于淮安高铁东站西侧，是淮安高铁站配套工程，长 260m，宽 230m，占地面积约60000m，平均开挖深度15.9m，开挖最深达到18.9m。该基坑总共地下三层，施工采用框架结构+桩基础。基坑施工区面积为5.98万m，出土量高达106万m，总建筑面积为 18.7m，是当时亚洲在建项目体量最大的深基坑。

3 施工组织优化

3.1 围护结构施工优化

围护结构及桩基施工体量大工序复杂，各个施工之间会存在互相干扰的情况，为了高效率的施工，保证工序上合理衔接，选择了分区、分块进行施工。

针对围护结构，采取了搅拌桩先行，地连墙与TRD同步施工的工序；针对基坑桩基，制订了从中间向四周发散、先施工基坑中间的桩基、后施工靠近围护结构的原则。

3.1.1 格构柱及工程桩施工优化

现场北部设有铁路箱梁预制场，前期如果一次性全部施工则需要等待预制梁场拆除，为了避免拆除预制场影响工期，特将格构柱以及工程桩分为两步施工。

第一步施工如图1所示，钻机由南向北推进施工。其中横轴预留3个轴和纵轴预留1个轴的桩基暂不施工，作为场内运输通道使用。待其他轴施工5-6个承台后，再紧跟施工预留轴桩基。

图1 第一步主体结构桩基施工

第二步施工如图2所示，此时梁场已经拆除完成，钻机从北向南平行推进，从东到西向前推进。和第一步相同，横轴预留3个轴和纵轴预留1个轴的桩基暂不施工，作为场内运输通道使用。待其他轴施工5-6个承台后，再紧跟施工预留轴桩基。预留轴的施工先三个横轴，施工方向从北向南。最后施工预留纵轴，与此同时施工格构柱桩基和降水井。

图2 第二步主体结构桩基施工

3.1.2 地连墙外侧及便道桩基施工优化

为了尽快完成施工任务，需要加大人材机的投入。取舍人材机资源的投入和施工的方式需要谨慎的考虑。

如图3所示，地连墙外侧桩基沿基坑四周进行施工，南北两侧同时施工以缩短工期进度。

图3 地连墙外侧桩基施工顺序

如图4所示，临时便道处桩基从场地中央向两侧施工。调派2台钻机向东、西2个方向同步推进。

图4 临时便道处桩基施工顺序

3.2 土方开挖施工优化

大体积开挖土方是基坑施工过程中的控制性工程，由于开挖卸荷，地层不可避免将发生较大变形和潜在滑移。为了保证开挖的安全，在土方开挖过程中，必须高度重视基坑围护结构，土方开挖应在可靠的围护结构施作完成后再进行。淮安东站基坑开挖区域面积远超同类工程，基坑及围护结构的外轮廓线东西向宽度达到230m，南北向长度达到260m，土方开挖量超过100万m。由于土方开挖体量巨大，常规施工方法将造成严重的成本增加和工期延误，因此可以考虑利用预留土方来提供支撑。本工程在施工环向内支撑的过程中，保留施工围护结构以外的土体，依靠预留土体的稳定承载作用，首先进行中心区域土体的开挖，达到围护结构和土方开挖同时施工的效果。

预留土体的范围需要谨慎地考虑，施工过程中使用BIM技术进行建模，可视化推演基坑土方开挖和环形支撑梁施工工序。考虑各种施工顺序，最后选择环撑内上下层土方交替采用“盆式开挖”和“岛式开挖”法，如图5所示。首层土开挖使用中心岛式开挖法，第二层、第三层土均采用盆式开挖法。实现了环撑施工与土方开挖的同步施作。

图5 土方开挖方式示意图

在运输过程中，为了最大化运输效率，减少车辆之间的堵塞情况，借助环形基坑的特点，道路设置为环形栈桥道路，物流车辆进出单向行驶，极大地提高了物流效率。

3.3 环撑拆除方案优化

基坑混凝土环撑共2层，混凝土方量3.1万方，钢筋5600t，每层环撑的工期为5天。为了保证提供施工效率的同时不降低施工质量。施工前通过对支撑拆除受力变形特征的分析，确定最佳拆撑方案，实现支护体系快速转化。其中部分支撑拆除的计算云图见图6。

图6 第二道支撑拆除的计算云图

根据数值模拟分析结果，得到拆除支撑的方案。拆撑按间隔、对称进行，遵循“先次要构件、后主要构件”的原则，先拆角部后拆中部的顺序，先拆角撑，角撑拆除结束后再拆除圆环支撑，保证支撑应力安全有序调整、转移、再分配，平稳地传递到换撑结构上，实现基坑变形有效控制。圈梁在无施工操作面的地方适量拆除，地下室结构施工阶段尽可能保留冠梁，待室外回填至冠梁高度时再拆除冠梁（图7）。拆撑时，每个构件由小到大，由中间到两端的顺序进行。该种工序施工情况下，既满足安全质量的要求，又可以添加更多的机械设备来加速施工。

图7 环撑拆除施工现场

4 跳仓法优化底板施工

4.1 “品”字型跳仓法

“跳仓法”就是人为将建筑物区分为数量不等的若干段或块，并采取间隔性施工的一种工程方法。“跳仓法”工艺最早是针对超大型混凝土一次性浇筑施工而提出的，通过主动对混凝土浇筑范围进行分割，并间隔性施做浇筑，以防止混凝土大面积浇筑带来的施工裂缝的困扰，同时也能达到便于施工的目的。

跳仓法施工充分利用了混凝土在初期尚未凝固，可将内应力分阶段释放的特点，通过合理布置仓的数量和顺序，前期能够加速混凝土应力的释放，后期还可以借助混凝土应力来将不同的仓紧密牢固地连接在一起。

4.2 跳仓法的优点

作为大体积混凝土浇筑施工的优化方法，跳仓法具有如下优点：

①相比较于“后浇带”施工，“跳仓法”施工效率更高，在大面积混凝土浇筑工况下，可以有效加快施工进度；

②“跳仓法”施工将大体积混凝土浇筑质量控制转化为小体积混凝土浇筑质量控制，更有利于控制混凝土振捣不密实等工艺缺陷，更有利于防止产生裂缝；

③“跳仓法”施工能够在不同仓之间形成分仓缝，通过混凝土应力释放特性来提高浇筑质量和施做速度，代替了传统的永久变形缝与后浇施工缝。

4.3 工艺技术要点

4.3.1 分仓原则

①综合考虑上部结构，在受力较小处设置分仓施工缝。把超长、超宽的混凝土结构分成若干块，按“品”状跳仓浇筑混凝土，间隔7天后，再进行倒“品”状填仓浇筑混凝土。

②由于“跳仓法”工艺不需要再设置传统的后浇带，难以避免将产生或多或少的分仓施工缝，后期需要依靠混凝土的抗拉能力来粘合。若相邻施工缝距离过近，将导致严重的应力集中，不利于控制浇筑质量。根据既有工程经验，分仓缝之间至少需要错开1m。

③考虑到混凝土硬化特性，封仓间隔时间必须要等待混凝土达到一定强度值，根据以往工程案例，该时期通常为7～10d。

4.3.2 底板施工顺序

在本次施工过程中，仓位分为25个，具体仓号设置如图8所示。混凝土浇筑分两次进行，综合考虑混凝土浇筑设备，本次浇筑分为两次浇筑，跳仓和封仓的间隔为7d。

图8 基坑跳仓法分区示意图

跳仓法结合施工班组及工序的安排，选择采用由中间向四周依次推进、平行施工的方式进行施工，跳仓的具体顺序如表1所示。

跳仓法顺序表 表1

4.3.3 仓位施工缝处理

分仓浇筑时就已提前将分仓缝做粗糙处理，后期混凝土即使未进行常规凿毛清洗，也能够满足正常的粘结需求，具体施工时仅需处理表面灰尘即可再次浇筑。此外，施工缝采用快易收口网封堵混凝土，在相应位置应安装止水钢板和附加钢筋（图9）。

图9 基坑跳仓法仓位施工缝处理示意图

5 结论

①针对既有预制梁场影响下的围护结构施工，分步施工格构柱以及工程桩，预留横纵轴运输通道以加速物资运输速度。地连墙外侧桩基考虑支护要求，同步施工地连墙与TRD两种不同支护结构，极大地提升了施工效率。

②针对环形基坑大体积土方开挖，采取环形支撑与预留环土，将环形栈桥设置为渣土运输道路，实现了环撑施工与中心土方开挖的同步进行，提升了物料的运输效率。

③针对环撑拆除，通过数值分析精确分析不同方案下结构的受力变形特性，优化得出了缩短工期的拆撑方案。

④针对底板施工，引入跳仓法来浇筑大面积混凝土，同时将分仓缝取代后浇施工缝与永久变形缝，实现了30天浇筑8万方混凝土的预期目标。