上海中心基坑施工方案探究(同济大学)

引言

城市中大量地铁工程和超高层建筑的建设，使得地下空间建筑越来越多，这对大型深基坑工程支护结构选型、施工方法、施工工期、工程造价、周边环境保护等提出了更高的要求。逆作法是近年来新兴的基坑支护技术，因其具备独特的施工工艺，适用于深度较大且对围护结构水平变形有严格限制的基坑工程，尤其适用于大跨度地下建筑工程施工。其具备对周边环境影响小、施工周期短、造价较低、地下工程风险性小等优点，在国内多个大型深基坑工程得以成功实施，应用前景十分广阔。

逆作法与传统的施工方式不同，它是将高层建筑地下结构自上往下逐层施工，即沿建筑物地下室四周施工连续墙或密排桩，作为地下室外墙或基坑的维护结构，同时在建筑物内部有关位置，施工楼层中间支撑桩，从而组成逆作的竖向承重体系，随之从上向下挖一层土方，一同土模浇筑一层地下室梁板结构，当达到一定强度后，即可作为维护结构的内水平支撑，满足继续往下施工的安全要求。与此同时，由于地下室顶面结构的完成，也为上部结构施工创造了条件，所以也可以同时逐层向上进行地上结构的施工。

1、工程概况

上海中心大厦地处上海市浦东新区陆家嘴金融中心区，基地总面积约3．04万㎡。主楼建筑高度632 m，地上共121层，地下5层，裙楼地上5层，总建筑面积约573 223 ㎡，建成后将为中国第一高楼。场地北侧为花园石桥路，与金茂大厦相邻，西侧为银城中路，南侧为陆家嘴环路，东侧为东泰路，与上海环球中心相邻。如图1上海中心大厦效果图

上海中心大厦基坑工程采用了塔楼区顺做裙房区逆做的方案，将基坑分为塔楼区和裙房区2个分区基坑。基坑总面积约34960㎡，基地呈四边形，边长约200 m，共设5层地下室，塔楼区基坑开挖深度为31.2m．局部33.2m。裙房区基坑开挖深度为26.7m。场地鸟瞰图如图2

图2 场地鸟瞰图

2、基坑施工方案

本工程首先明挖顺做施工塔楼区基坑，塔楼结构出±0.00m后再逆做裙房区基坑。主楼环形基坑直径121 m，面积11 500 ㎡，开挖深度31 m，围护形式采用环形地下连续墙，开挖深度内设置6道环箍，地下连续墙墙厚l200 mm，成槽深度50 m，共65幅，总成槽方量约23400m³。地墙接头形式为V型钢板柔性接头，地墙设计强度等级C45，水下混凝土按C55配制。

塔楼区的采取顺做法施工可加快工程的施工进度，塔楼区基坑采用圆筒形无内支撑结构形式，利用圆形均匀良好的受力性能，充分利用混凝土的抗压强度。

基坑分区施工开始后，塔楼区顺作开挖时可利用裙房区域作为施工场地，裙房区基坑逆作施工，可利用地下室顶板作为施工场地，分别解决了塔楼区和裙房区基坑施工期间施工场地不足的问题。

裙房逆作区域为一桩一柱，采用钻孔灌注桩内插格构式钢立柱形式。水平支撑体系利用结构梁板兼作支撑，节省了临时支撑体系的工程量以及支撑拆除工程量；同时大刚度的结构梁板体系作为基坑的支撑，有利于控制基坑围护结构的变形，从而较好的保护周边环境；裙房逆作可减少施工噪音、扬尘等，避免支撑拆除爆破，充分贯彻了绿色建造技术的要求。

2.1、塔楼区施工工艺

针对上海地区软上的“时空效应”特点。为保证圆形基坑受力均衡和稳定以及控制变形。开挖及环箍施工遵循分层、分块、对称、平衡、限时的总原则，具体措施如下：

1、塔楼区基坑开挖采用岛式挖土，首先均衡、对称、放坡开挖环边上体，基坑中部岛式露土形成坑内压载，提高坑内土体抗力，待环箍形成后再挖除岛式留土，控制基坑变形；

2、邻近地墙的土方，对称、均衡、分块开挖并及时形成环箍．以减少基坑无环箍暴露时问，控制圆形围护的对称受力、均衡、稳定及变形。为便于开挖作业．结台场地出土安排．在圆形基坑内设置了4个挖土平台，岛式开挖及挖土平台布置详见图3。

地下室底板施工完毕后继续由下而上顺做地下室竖向结构，包括核心筒、地下室外墙、结构柱、后做车道、楼梯以及其它混凝土板墙等。直到±0.00标高开始裙房区逆作法施工。

对于无内支撑圆形基坑，安全实施的关键在于地下墙厦环箍的定位准确以满足真圆度要求，同时各幅地墙间应紧贴接触、可靠传力；基坑开挖应分层、对称、均衡卸载以充分发挥圆形基坑的“圆筒”空间效应，将水土围压充分转化为圆形围护结构的轴向力。确保塔楼基坑地墙整体均衡受力和开挖的安全稳定。

图3 塔楼区岛式开挖及挖土平台布置图

图4基坑开挖至坑底现场图片

2.2裙房逆做区施工工艺

1、第一次土方开挖，盆边开挖至-3.80m，盆中开挖至-6.30m，

临时边为1：2。地下连续墙内侧导墙拆除及地下连续墙泛浆混

凝土凿除，主楼临时地下连续墙及环形围檩爆破拆除至-6.30m

2、裙房B0层楼板结构施工

3、第二次土方开挖，开挖2-1、2-2层土体，开挖条件为B0层楼板结构达到100%强度。盆边开挖至-9.60m，临时边坡坡度为1:2

4、盆边200厚C35垫层施工

5、裙房B1层盆边楼板结构施工。第三次土方开挖，开挖2-3、2-4层土体，盆中开挖至-11.60m，临时边坡坡度1：2。主楼临时地下连续墙及环形围檩爆破拆除至-11.60m。

6、盆中200厚C35垫层施工。裙房B1层盆中楼板结构施工

7、依次循环施工各至各楼层指定标高，至基坑底部-27.2m

8、地下室底板结构施工

9、裙房B4层结构柱墙施工，封闭B4层楼板结构留设的取土口。裙房B3

至B0层结构柱墙施工，封闭所有取土口。

3、全逆作法施工方案

利用工程桩接升到地面的临时支柱与地连墙作为垂直承重结构, 从地面向下挖土并施工各层地下室楼板, 此顶板又作基坑的水平支撑体系, 同时也利用此支柱承重, 从地面以上施工各层上部结构, 可实现地上地下二个方向同时进行施工。

从当地的实际条件出发, 并不完全从逆作法理论上去刻意安排士±0.000为分界线。而是根据工程特点、业主要求，以合理为原则，可以以地下室一层底作为向上下施工的分界线的。这个顺序的最大优点是第一层土方可以大开口挖土, 施工效率较高。第一层地下室一般深度4m 左右，这时地下室外墙（地下连续墙）是悬臂受力，可以采取盆式挖土的方法，以保留墙边土体的方式达到控制土体变形与减少悬臂弯矩的目的，当地面浇捣后，再对称挖除地下墙边斜坡土并及时浇筑垫层与第一层地下室底板，当形成二层楼板加外墙、中柱的箱形结构后，上部结构与地下室就可以同时向上下二个方向施工，因为此时结构有了巨大的刚度，比较容易控制变形，可以保证施工安全。

施工流程简图见下图

A．盆式挖土施工至地下一层底板