一种基于环板结构的基坑部分逆作施工技术浅析

一种基于环板结构的基坑部分逆作施工技术浅析

周宗博

上海建工一建集团有限公司     上海    200120

摘要：绍兴龙之梦深基坑工程所采用的一种基于环板结构的基坑部分逆作施工技术及其配套相关技术，站在以往对基坑部分逆作技术所带来的优势的基础上，从节能低碳减排方面做了较为深入的技术研究和技术优化。鉴于近年来建筑行业的施工领域在绿色转型工作方面的技术思考日益增多，对此类以绿色建造角度为切入点的超大超深基坑逆作施工技术进行梳理，从施工成本、工期进度、节能节地节材等方面进行总结，旨在为后续类似项目提供理论经验和事实依据。

关键词：部分逆作；绿色；深基坑；环板栈桥

Analysis of a Reverse Construction Technology for Foundation Pit Part Based on Ring Plate Structure

Zhou Zongbo

Shanghai construction No.1(Group)Co.,Ltd.,Shanghai 200120,China

Abstract: The Shaoxing Longzhimeng Deep Foundation Pit Project adopts a ring plate structure based reverse construction technology for the foundation pit section and its supporting related technologies. Based on the advantages brought by the previous reverse construction technology for the foundation pit section, it has conducted in-depth technical research and optimization in terms of energy conservation, low-carbon emissions reduction. In view of the increasing technical thinking in the green transformation work of the construction industry in recent years, this paper summarizes the reverse construction technology of super large and ultra deep foundation pits from the perspective of green construction. The aim is to provide theoretical experience and factual basis for similar projects in the future, including construction cost, schedule, energy conservation, land conservation, and material conservation.

Keywords:partial reversed construction method;green; deep foundation pit; ring plate construction trestle

0 引言

基坑逆作法自上世纪90年代由日本引入国内后，以其优越的工艺优点，在越来越多的工程中得到广泛的应用。其优越性主要在以下几个方面：可上下同步施工，节约工期；基坑周边土体侧压力靠自身地下室结构与围护体结合传递水平力，受力合理，围护结构变形量小，对周边环境保护效果明显；一层结构可作为材料堆放和运输场地，对施工场地狭小的项目带来便利；无需像顺作法一样使用内支撑+施工栈桥系统，降低施工措施的投入；逆做法结构施工主要在地下室结构内部，对噪音扬尘控制效果显著等。可以说，逆作法从工程造价节约、工期节约、绿色环保等方面表现优异。逆作法通常来说分为全逆作法、半逆作法、部分逆作法和分层逆作法四类，以不同的应用场景选择不同的做法。其中，随着市中心超大超深基坑工程的逐渐增多，基坑中部采用顺作法施工、周边采用逆作法施工的部份逆作法的施工工艺使用日益频繁。

本文以绍兴龙之梦深基坑工程为例，基于国家2030年碳达峰和2060年碳中和的目标，总结出一种较为新颖且更加绿色环保的部份逆作法施工应用场景及采用的配套技术，以期为后续工程提供借鉴。

1 工程概况

本项目为绍兴市重点地标性工程，主要物业形态为办公、酒店及配套用房，北侧为已建的兴华路（距离约5.0m），南侧为商圈音乐广场（距离约4.0m）。主楼地下4层，地上71层；裙房地下4层，地上4层。工程总建筑面积约329331.37㎡，其中地下建筑面积为60487.16㎡。

图1 地下室基础结构平面图

本工程基坑周长490m，基坑投影面积约15040.95㎡，基坑开挖深度裙房区域为15m，主楼区域为17.5m，局部深坑22.5m。经地质勘查显示，在埋深84.0m深度范围内，地基土主要为海湾~河流相沉积物，以淤泥质粘土和粉质粘土为主，属软土地基。采用桩基-筏板基础，裙房区域底板厚度0.8m，主楼区域底板厚度3.3m。

2 基于环板结构体系的部份逆作方案选型

（1）减少大型深基坑钢筋混凝土支撑的使用，减少资源浪费。结合本工程基坑大且深、周边环境复杂的特点，按常规超大超深基坑顺作法施工工艺，对基坑围护体要求高，且需设置大量钢筋混凝土内支撑体系。而钢筋混凝土支撑凿除过程中将产生大量粉尘，对环境造成污染；且钢筋混凝土支撑拆除后亦会产生大量废弃混凝土，是资源的一种浪费，不利于节碳减排理念的推行。因此，如采用逆作法，无需设置钢筋混凝土支撑，将在深基坑施工绿色节材方面起到正向作用。

（2）通过“两墙合一”最大限度利用地下空间，提高场地利用率。本工程位于绍兴市柯桥区中纺国际时尚中心，属城市核心商业地段。如采用逆作法，一般地下室外墙与基坑围护墙采用两墙合一的形式，一方面省去了单独设立的围护墙，另一方面可在工程用地范围内最大限度扩大地下室面积，基坑占地比重可达到82%以上，最大程度在绿色节地方面寻求突破。

（3）“主顺群逆”提高施工速度，确保基坑安全。本工程主楼区域深坑投影面积超过5000㎡，占总基坑投影面积的1/3以上；最深22.5m。如主楼区域同样采用逆作法，将造成主楼区取土速度慢，施工周期长，不利于基坑安全控制。因此，本工程采用部分逆作施工工艺更为合理。

（4）主楼顺作区域同步开挖与逆做区相辅相成，提高逆作区施工效率。在选定了“主顺群逆”的部分逆作施工工艺的前提下，因本工程主楼位置处于基坑中部，在周边逆作区上一层水平结构能够有效形成基坑支护的前提下，主楼区域挖土等同于盆式开挖。因此，如采用基于环板结构体系的部份逆作法，可在确保基坑安全的前提下，主楼区域顺挖后为逆作区提供出土位置，加快逆作施工进度。

综上，采用基于环板结构体系的部份逆作方案，会在满足绿色施工理念的同时，基坑安全和施工效率同步得到提高。

3 基于环板结构体系的部份逆作施工技术

3.1 总体施工原则

最终确定采用的基于环板结构体系的部份逆作施工技术，结合相关配套技术，总体施工原则如下：本工程采用部分逆作法施工，裙房部分逆做，主楼部分顺做，逆做部分采用车库地下室永久结构梁板（B1、B2以及B3层板）作为支撑的设计方案，主楼区同步顺挖；待底板施工完成后，顺做主楼区地下室结构。基坑B0层结构整体顺作。板代撑主要受力点为每层梁板中央环板，因此在围护设计上对中央环板进行额外加固处理。本工程西北、东北以及东南角标高-3.85处各设置一道钢支撑，于土方开挖前架设完成，主要形式为H型钢+609钢管；B1板坑边两跨留土区设置钢管斜抛撑，主要形式为∅609x16钢管，一般间距8.4m，局部涉及出土口区域调整6.9—12m。B4层西侧及东南角局部降板区采用∅609x16钢管支撑，长度为6.5m—19.7m；基坑开挖至-18.45时，施工地下室大底板和混凝土牛腿，待相邻底板施工完成并达到设计强度的80%后，架设钢管支撑；钢支撑架设完毕后方可开挖降板区域。

3.2 一柱一桩高精度调垂技术

受限于部份逆作法的高控制要求，本工程一柱一桩精度要求极高：立柱桩成孔垂直度不大于1/200；立柱桩沉渣厚度不大于100mm；一柱一桩立柱及立柱桩定位偏差不大于20mm；一柱一桩立柱垂直度不大于1/500，立柱顶标高允许偏差15mm；临时立柱及立柱桩定位偏差不大于50mm，临时立柱垂直度不大于1/300，临时立柱顶标高允许偏差30mm。同时，对于一柱一桩，应采取必要措施保证立柱各边与支撑轴线垂直或平行，立柱转向不大于2°。

为满足如此高精度的要求，针对一柱一桩立柱垂直度不大于1/500，本工程就目前行业内采用的调垂工艺（主要有孔下气囊调垂法、孔下机构调垂法、地面定位架调垂法、导向套筒调垂法等四种调垂技术）综合分析对比后，总结出激光倾斜仪实时监测+地面定位架相结合的组合式调垂技术，确保了逆作区177根立柱桩垂直度合格率100%。

图2 激光倾斜仪+地面定位架组合式调垂技术

同时，一柱一桩除了垂直度控制以外，定位精度、转向角也是逆作法的关键，为确保精度控制，采取技术措施如下：（1）立柱的加工、运输、堆放全过程管控，采取控制平直度的技术措施。（2）立柱拼接时，拼接材料选用立柱角钢相同型材，拼接角钢长不小于500mm，角钢对接部分磨平，端面应水平，拼接处应另加缀板，拼接部位周边应满焊，焊缝高10mm。（3）如钢筋设置受缀板阻挡，在其上下位置处补足缀板面积后把阻挡部分割除；并确保钢立柱角钢的完整。（6）立柱桩桩顶泛浆高度基底以上不小于2.5m，且保证凿除浮浆后的桩顶混凝土强度等级满足设计要求安全等级一级、环境保护要求高的工程，立柱泛浆顶标高与第二道支撑间范围内立柱孔采用砂石回填。（7）底板浇注前，立柱焊接止水钢板。（8）立柱周边的桩孔应采用砂石均匀回填密实。

3.3 地下连续墙落低+逆做区首层大开挖技术

本文在总体施工原则中所提出的B0层最后整体顺作，目的是在确保基坑安全的前提下，进一步优化施工工艺，基坑整体明挖首层土方至B1板，使得明挖土方量尽可能多，减少逆作暗挖土方量；同时，通过放坡卸土方式减少坑外自然地坪高度，可使地下连续墙自由端高度减小，缩短地下连续墙长度，减少地下连续墙材料投入。经验算，若想保证基坑整体明挖过程中基坑变形稳定，需在大开挖前位于基坑西北、东北以及东南角标高-3.85处各设置一道钢支撑作为临时支护，通过抽槽开挖方式完成，以保证大开挖时围护体系足以抵抗土体侧压力所带来的基坑水平位移。通过此技术，极大地提高了项目出土效率，节约工期；此外，地下连续墙垂直长度缩短、钢支撑为可重复周转材料，为施工阶段的节材降碳工作提供了支撑。

3.4 斜抛撑+坑边留土护壁技术

因本工程基坑面积大，达到了15040㎡，逆做区B1层水平结构需分块形成，施工周期长。而在逆做区B1层整体形成并达到设计强度前，基坑未形成有效水平传力，围护体易产生变形。因此，本工程采取B1板坑边两跨留土区设置钢管斜抛撑，主要形式为∅609x16钢管，一般间距8.4m，局部涉及出土口区域调整6.9—12m，保证B1层在形成有效支护作用前基坑的安全稳定。后续采用跳仓法随B1板陆续形成逐步拆除相应斜抛撑。

图3 钢支撑角撑+斜抛撑+边坡留土

3.5 永临结合圆环板带栈桥施工技术

通过地下连续墙落低+逆做区首层大开挖技术和斜抛撑+坑边留土护壁技术，保证了工程在基坑安全的前提下施工至B1板。此时，B1板结构作为裙房逆作法施工的材料堆场及行车道路，并预留6处取土口。为保证主楼顺作区土方开挖产生类似盆式开挖的效果，本工程B1层在避让塔楼后采用了永临结合圆环板带作为明挖栈桥使用。圆环板带宽度8m，楼板厚度250mm，内圆直径76m、外圆直径92m，下方一柱一桩及主次梁同步加强，可满足20kPa活荷载受力。通过环板替代栈桥的技术优化，确保了从B1板开始进行主顺群逆的部份逆作施工技术得以实现，同时也保障了本工程不采用钢筋混凝土支撑的目的得以达成。

3.6 逆做区斜栈桥施工技术

从B1板开始进行主顺群逆的部份逆作施工，前提是保证场外车辆器械得以行驶及运输至B1板结构面，内外交通组织形成闭环通路。因此，于场地东侧及北侧各设置一处斜栈桥，并利用一柱一桩的格构柱作为竖向传力。斜栈桥的设置位置需避开临时角撑及逆做区取土口，坡比经复核优化后采用1:8.4，承载力满足20kPa。栈桥面作防滑水平肋，与环板连接。

图4 环板+斜栈桥平面布置图

3.7 深坑加固入坑施工技术

塔楼深坑加固采用直径800高压旋喷桩，水泥掺量25%。常规为基坑开挖前于自然地坪上架设机器进行土体加固施工。考虑加固深度较深，于自然地坪上施工高压旋喷加固，钻杆空钻距离较长，故采取塔楼区挖土至B3层后机器入坑施工。经设计复核，于B3层下坑施工时，承压水对加固施工无影响，可确保施工期间基坑安全。深坑加固入坑施工技术的使用，减少了高压旋喷桩钻杆空钻距离，减少了施工用电消耗，更加节能环保。

3.8 顺逆区同步地下室顶板结构施工技术

主楼区底板完成并养护至设计强度后，依次顺作主楼区地下室结构。此时，逆做区竖向结构补缺施工完成，陆续施工B0框结构。逆做区优先拆除西北角斜栈桥并进行结构施工至正负零，结构养护至设计强度，排架不拆，利用消防车道处楼板作为行车道路。此时采用跳仓法陆续施工其他逆做区上方B0框结构。根据进度计划的工期排布计算，顺作区结构施工至正负零时，逆作区地下室结构施工完成并养护至设计强度，地下室结构整体出零。

3.9 基于环板结构体系的部份逆作工艺流程

通过上述施工原则和相关配套施工技术的总结，可梳理出本工程基于环板结构体系的部份逆作工艺流程如下：

（1）结合逆作梁板区域，进行“一柱一桩”永久格构柱以及临时格构柱、围护体系施工；

（2）基坑开挖，开挖深度及分块分层工况根据具体工程及相关围护设计方案而定，针对周边存在保护构筑物，可采用关键保护单位设置临时角撑，结合边跨留土及斜抛撑形式，分块开挖；

（3）浇筑B1层排架垫层，搭设排架，支模，并进行B1层逆作梁板、顺逆交界处圆环梁以及与围护体系相连的边环梁钢筋绑扎，圆环梁上排主筋置于逆作梁板上排主筋上方，圆环梁下排主筋置于逆作梁板下排主筋下方；

（4）B1层逆作梁板、圆环梁以及与边环梁混凝土同时浇筑，根据结构分块以及开挖顺序于结构中预留测量孔位，结合土质情况、挖机翻运次数以及结构施工分区，设置多个出土口，便于下层施工；

（5）首层逆作结构施工完成后，进行连接室内外高差下坡栈桥施工；

（6）待B1层逆作结构及下坡栈桥达到设计强度后，进行B2层土方开挖，其中逆作区域采用出土口暗挖（可借用顺作区出土），顺作区域采用明挖；

（7）浇筑B2层排架垫层，搭设排架，支模，并进行B1层逆作梁板、顺逆交界处圆环梁以及与围护体系相连的边环梁钢筋绑扎；

（8）B2层逆作梁板、圆环梁、扶壁柱以及与边环梁混凝土同时浇筑，根据上层位置预留测量孔位；

（9）根据地下室所建层数重复6至8步骤；

（10）施工至地下室最底层时，成型地下室最底层的底部无需预留出土口，如若条件允许，可考虑在未达到承压水突涌限值时进行深坑加固；

（11）自下而上进行逆做区竖向剪力墙、框架柱结构回筑、出土洞口封堵。

（12）顺作区地下室结构回筑，同时逆做区补缺B0板。

4 实施效果

绍兴龙之梦工程在深基坑施工中所采用的基于环板结构体系的部份逆作施工技术，在往常主要考虑常规逆作法所带来的施工成本节约、工期节约、基坑安全的基础上，创新地以绿色低碳为立足点，突破性思考基于环板结构的部分逆作施工技术给施工所带来的节能、节材、节地等方面的益处，并加以应用和研究总结出相应的配套技术，取得了良好的实施效果。

相对于以往工程采用的部份逆作法施工，实施效果主要有以下几个方面：

施工成本节约方面：采用了地下连续墙落低+逆做区首层大开挖技术、深坑加固入坑施工技术，节约地下连续墙施工投入成本、加固施工成本。

（1）工期节约方面：通过采用各类技术措施，保障了基坑首层土方大开挖的顺利实施，节约工期约为18天；主楼同步明挖，为逆做区出土提供保障，节约工期约14天；主楼地下室回筑期间完成逆做区其余地下室结构施工工作，节约工期约21天。

（2）节能方面：优化首层土方开挖改为明挖，挖机使用效率提高，节油效果显著；深坑加固入坑技术提高高压旋喷桩施工效率，降低能耗。

（3）节材方面：地下连续墙落低技术减少围护体钢筋混凝土的投入；本工程未采用钢筋混凝土支撑，内支撑系统均为可重复周转材料或利用主体结构永临结合受力，提高材料周转效率的同时减少建筑废弃物的产生。

（4）节地方面：无论是环板永临结合的使用、消防车道楼板的利用还是逆作法两墙合一施工技术，均有效地利用了已有场地，减少土地资源的浪费。

5 结语

本文依托绍兴龙之梦工程在深基坑施工中，通过对一种基于环板结构的部分逆作施工技术的研究，着重介绍了从方案选型到配套技术的总结，全过程分析了成套施工技术的优缺点，同时极大地强化了深基坑施工中的绿色低碳发展理念，并形成了一套独有的施工工艺流程。随着为后续的城市内超大超深基坑工程越来越多，本文旨在提供一种较为新颖的深基坑施工技术研究方向，紧紧围绕国家双碳目标，助力施工过程中绿色转型工作的推进，为类似工程的顺利进行提供参考。

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