半逆作先挖后撑法在厚填土深基坑中的应用

周文兵

中亿丰建设集团股份有限公司 江苏 苏州 215131

现阶段的基坑与主体衔接施工过程，往往为基坑支护完成，土方开挖至基底后进行土建主体施工。现行的施工工况大大增加了支撑的施工工作量，延长了施工工期。通过采用基坑半逆作法先挖后撑法的施工技术，利用中心区域盆式开挖的施工方法，实现中心区域主体优先出±0 m，通过利用主体结构与基坑支撑体系连接作为传力，减少了基坑支撑的施工工作量，同时实现了上下同步施工的施工工况，加快了项目施工进度[1-6]。

1 工程概况

1.1 地理位置及周边情况

苏州大学附属第一医院总院二期工程（东区），位于苏州市姑苏主城区，平海路以南、平泷路以北，建筑面积330 000 m2。

本工程基坑南侧紧邻平泷路地下空间，北侧为锦莲河，东侧为已建合和项目，西侧为已建总院一期工程。工程基坑面积约为47 000 m2，基坑长约261 m，宽约181 m，基坑开挖深度12.3 m（局部14.3 m），如图1所示。

图1 项目平面示意

1.2 工程水文地质情况

本项目场地主要由杂填土、黏性土、粉土、粉砂组成。本场地地势低洼，在一期项目施工期间场地表层堆填了大量杂填土，厚度达4～8 m，特别是西侧靠近一期区域厚度较厚。本工程基坑开挖深度及影响范围内主要涉及①—⑤2层地基土，基坑基底位于⑤2层粉砂夹砂质粉土。场地内微承压含水层主要存在⑤1层砂质粉土夹粉砂、⑤2层粉砂夹砂质粉土。工程所处区域地层分布从上至下分别为①杂填土、④1黏土、④2粉质黏土、⑤1砂质粉土夹粉砂、⑤2粉砂夹砂质粉土、⑥粉质黏土、⑧1黏土。

2 项目特点

1）工期紧。随着已建一期项目医疗用房的使用日趋饱和，以及古城内原有部分医疗部门将整体搬迁进入第一医院总院内，建设单位对总院二期项目的建设进度非常重视，工期要求非常严格，只允许比原有工期计划安排提前，而不能推后。

2）场地小。基坑临边与场地红线距离小，其中南侧仅有2 m，其余侧15 m左右，在进行基坑及地下室施工阶段能作为施工区域利用的场地小，周转场地非常有限。

3）交通组织难度大。本项目地处主城区，周边车流量大，基坑开挖面积大、开挖土方量大，基坑施工阶段土方开挖的快慢、结构施工阶段如何合理规划利用场地，以及大量材料的组织运输、交叉施工的合理安排等，都将影响本项目的顺利开展。

3 基坑方案优化研究

3.1 基坑初步方案

基坑围护结构采用排桩结合2道内支撑的支护体系，以布设圆环支撑（含栈桥）的方式，如图2所示。围护排桩为φ900 mm/φ1 000 mm的钻孔灌注桩，基坑止水帷幕采用φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩进行隔断，基坑内采用管井进行疏干降水。第1道支撑采用800 mm×800 mm的现浇钢筋混凝土支撑，第2道支撑采用900 mm×800 mm的现浇钢筋混凝土支撑。

图2 支撑平面布置示意

结合本项目特点情况，基坑围护初步方案的优缺点分析如下。

1）优点：做法比较常规，土方开挖和结构一次施工完成。

2）缺点：支撑和立柱工程量大，2道混凝土支撑施工养护，换撑拆除，地下结构施工周期长。考虑周边施工场地限制，组织施工难度大，需布设大量栈桥、平台，造价高。支撑、立柱众多，挖土难度大、速度慢。

3.2 基坑支撑优化

针对初步方案的优缺点分析，并结合项目实际情况，我们提出需突破原有思维，优化深基坑支撑体系，调整挖与撑的施工顺序，考虑逆作法的思路。

逆作法作为一种围护结构与主体结构相结合的施工方法，其优势主要集中在4个方面。

1）利用主体水平结构作为支撑，支撑刚度大，可有效控制基坑变形和提高基坑的稳定性，十分适用于周边环境有严格保护要求的基坑工程。

2）在常规的框架结构中采用逆作法，可以节省大量临时围护结构的工程量，具有较为明显的经济优越性。

3）可实现地上、地下同步施工，大大加快地上结构的施工进度，节省总工期，使业主在取得经济效益的同时，能够树立良好的工程进度形象。

4）逆作法可将地下室顶板加固作为施工平台和材料堆场，可有效解决周边施工场地不足的问题，加快材料转运和施工进度。

根据以上分析并结合本项目的特点，基坑方案与设计单位共同讨论，进行如下优化，调整如图3所示。

对深基坑支撑体系的优化研究，调整挖与撑的施工顺序，在深基坑竖向结构完成后，中心区域先行开挖，周边留置土体作为临时护坡，对支护结构进行反压。针对西侧厚填土区域采用φ700 mm@500 mm双轴搅拌桩进行深层土体加固，确保土体稳定。

采用中心区域先行完全敞开挖土施工。中心区域面积约占基坑总面积60%，可大幅加快挖土速度，最大程度缩短中心区域主体结构的施工工期，取消大量临时混凝土支撑、栈桥及立柱桩，减少后期支撑拆除工作。

在工程进度上，中心区域范围内4#塔楼和1#门诊楼等大部分区域可以率先进行上部结构施工，满足建设单位针对工期提前的要求。待中心区域结构施工B0楼板形成，结构中心岛区域转化为施工平台和材料堆场，有效解决周边施工场地困难问题，加快材料转运。

中心区域地下1层和地下2层结构楼板与支撑连接，参与围护支撑体系的传力，第2道支撑由混凝土支撑优化为钢支撑，加快安装和拆除的施工速度。中心区域上部结构与周边区域挖土和地下结构同步实施，进一步加快中心区域上部结构施工进度。

3.3 调整施工工况

因基坑开挖顺序的改变，由“先撑后挖”调整为“先挖后撑”，施工工况也随之改变，需重新绘制各阶段施工工况，指导施工。

3.4 安全性验算分析

在深基坑竖向结构完成后，中心区域先进行盆式开挖，周边留置土体作为临时护坡，对支护结构反压。第1级坡高3.95 m，坡比1∶2.0，平台长3.5 m；第2级坡高3.95 m，坡比1∶1.5。中心区域周边土坡坡体稳定性分析，采用规范方法及有限元强度折减法进行坡体稳定计算。

针对基坑支撑体系的调整以及开挖顺序的改变，对调整后的基坑各项安全数据进行复核验算，安全系数满足要求。

采用有限元分析软件Plaxis建模，进行施工过程数值模拟，分析本工程基坑开挖对邻近建（构）筑物、管线等的影响。为了提高计算精度，按对称问题取基坑的一部分为计算范围，采用平面有限元分析。根据整体模拟计算分析，基坑中部土方开挖至基底时，基坑周边最大水平位移15.7 mm，竖向最大沉降位移13.9 mm；支撑结构形成后，周边区域留置土体挖除，基坑周边水平和竖向位移基本无变化。基坑开挖对周边环境影响如表1所示。

表1 基坑开挖对周边环境影响计算汇总

4 施工控制注意点

在基坑施工前，应进一步复核周边环境，并明确周边管线情况，细化周边管线布置及保护处理措施。明确施工荷载，基坑边严禁超载。在基坑开挖过程中，施工单位应采取有效措施，确保边坡留土及动态土坡的稳定性。

编制详细的土方开挖施工组织设计，针对中心区域土方合理分区，确定时序，克服长边效应，土方开挖按施工区段划分及进行施工组织，边坡开挖后及时进行护坡喷锚工作，做到随挖随喷，确保边坡稳定。

合理安排降水方案中的管井平面布置，可局部调整管井布置位置，避开地下室结构梁、柱，向坑中坑靠近；编制详细的轻型井点施工方案及轻型井点、管井降水运行管理内容，在土方开挖、中心区域结构施工阶段，确保基底水位在底板下0.5～1.0 m，同时编制好雨天基坑明排水的管理方案，确保特殊天气的边坡稳定。

中心岛主体结构施工，应编制详细且切实可行的施工进度计划，重视施工对快速完成支撑的影响。主体结构中伸缩后浇带改为膨胀混凝土加强带，从而保证中心岛区域地下l层结构的完整性，以满足传递水平力的要求。

编制应急方案应具有针对性，特别是在应对围护可能产生的变形及地下水方面。应急救援预案中须有应急物资配备，以及应对基坑变形、基坑渗漏、地下水突涌等的应急处理措施。

5 基坑监测数值分析

根据优化后的基坑施工方案，编制详细的基坑监测方案。为确保基坑施工安全，沿基坑设置地表垂直位移监测点、围护结构顶部垂直位移监测点、围护结构顶部水平位移监测点、支撑轴力监测点、坑内外水位监测点。监测结果显示，本项目自基坑开挖至地下室主体结构施工完成，地表最大垂直位移8.92 mm，桩顶最大垂直位移8.71 mm，桩顶最大水平位移13.30 mm。由此可知，位移变形数据均小于30 mm，满足规范要求且均小于理论计算值。支撑应力最大为1 035.1 kN，小于控制值3 000 kN，亦符合设计要求。

通过位移数据及应力数据分析，中心区域开挖留置土体护坡稳定、优化体系受力合理，工程理论计算及工程实测数据均符合规范要求，达到了相互验证的目的，优化方案可行性得到实践证实。

6 结语

本项目位于主城区，又存在深厚填土的不利条件，在优化方案时突破传统思维，对厚填土进行加固、反复验算。本基坑采用将传统力学方法和有限元数值分析相结合，针对工程特点进行设计方案和施工优化，先挖后撑，并结合了“顺作法”和“逆作法”施工的优点，可以称为“半逆作先挖后撑法”。目前这种方法具有保护环境、降低造价、方便施工等诸多优点，可在今后基坑工程中广泛应用。