王梅珍

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

醫(yī)院骨科臨床診療中心位于上海市第六人民醫(yī)院內(nèi)，基坑面積約10 900 m2，基坑底標(biāo)高－20.70 m，普遍開挖深度20.45 m，由于是醫(yī)院內(nèi)部工程，施工場地非常狹小，另外本工程上部為鋼結(jié)構(gòu)，需要滿足鋼結(jié)構(gòu)倒插1層錨固條件。

1 工程概況

1.1 基坑周邊環(huán)境概況

骨科臨床診療中心工程位于上海市第六人民醫(yī)院內(nèi)西北側(cè)。基坑?xùn)|側(cè)以北為醫(yī)院南區(qū)病房樓，地上15層，設(shè)1層地下室，埋深約為6 m，為筏板＋預(yù)制混凝土方樁基礎(chǔ)，距離基坑最近處12.75 m?；?xùn)|側(cè)以南為醫(yī)院花園；圍墻距離基坑地下連續(xù)墻4.00 m?；幽蟼?cè)以東為醫(yī)院制劑樓，地上4層，為預(yù)制混凝土方樁基礎(chǔ)，距離基坑最近處6.97 m；圍墻距離基坑地下連續(xù)墻4.45 m?；幽蟼?cè)以西為醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)樓，地上3層，為條形基礎(chǔ)，局部設(shè)置混凝土方樁，距離基坑最近處7.16 m；圍墻距離基坑地下連續(xù)墻2.75 m?；游鱾?cè)為柳州路，路寬14 m，道路下方有信息、雨水、污水、燃?xì)狻⒔o水管線，管線與基坑的最近距離為7.30 m。柳州路以西為小學(xué)和居民小區(qū)，與基坑距離最近的建筑為6層磚混結(jié)構(gòu)居民樓，基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)下疏布沉管灌注樁，與基坑的距離為28.83 m；圍墻距離基坑地下連續(xù)墻2.95 m。基坑北側(cè)為地上3層的某單位辦公樓，條形基礎(chǔ)，距離基坑最近處8.76 m；圍墻距離基坑地下連續(xù)墻2.95 m?；又苓叚h(huán)境如圖1所示。

圖1 基坑周邊環(huán)境

1.2 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)概況

本工程包含門急診醫(yī)技科研教學(xué)綜合部分和住院部分共2個(gè)部分，總建筑面積103 333 m2，其中地上13層，建筑高度為57.350 m，建筑面積63 998 m2；地下3層（有夾層），建筑面積39 335 m2?；用娣e約10 900 m2，基坑坑底標(biāo)高為－20.70 m，普遍開挖深度20.45 m。基坑施工采用逆作法，采用一柱一樁施工工法，豎向圍護(hù)體系為1.2 m（南北兩側(cè)）和1.0 m（東西兩側(cè)）地下連續(xù)墻圍護(hù)，水平支撐為4道水平結(jié)構(gòu)樓板和11道鋼筋混凝土支撐。地下連續(xù)墻兩側(cè)為三軸攪拌樁槽壁加固，坑內(nèi)被動(dòng)土體加固為三軸攪拌樁，深坑部位為高壓旋噴樁封底[1-3]。

2 特點(diǎn)與難點(diǎn)分析

2.1 施工場地小

本工程圍墻與地下連續(xù)墻的距離在2.7～4.4 m之間，整個(gè)基地的面積為13 000 m2，基坑面積為10 900 m2，可用的施工場地為2 100 m2，施工場地捉襟見肘，而且本工程在醫(yī)院內(nèi)，不能影響醫(yī)院的正常運(yùn)營。故在場地狹小環(huán)境下保證醫(yī)院的正常運(yùn)營是本工程的一個(gè)難點(diǎn)。

2.2 不同截面連接的一柱一樁施工

本工程上部為鋼結(jié)構(gòu)，采用□700 mm×（25～35） mm型鋼，根據(jù)JGJ 99—2015《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》要求，上部鋼結(jié)構(gòu)的錨固連接點(diǎn)需要倒插1層，即到本工程地下1層的位置。另外本工程采用逆作法施工，一柱一樁的設(shè)計(jì)，采用φ550 mm×25 mm鋼管，插入立柱鉆孔灌注樁不小于4 m，其中鋼管柱內(nèi)灌注C60混凝土，鋼管柱以下采用C35水下混凝土。存在方形截面與圓形截面的連接，故不同截面連接的一柱一樁施工是本工程的又一難點(diǎn)[4-7]。

3 施工過程控制

3.1 針對施工場地狹小的解決方案

本工程在圍護(hù)上采用逆作法設(shè)計(jì)，以拓展現(xiàn)場的施工場地，另外在面向柳州路（不影響醫(yī)院內(nèi)部的交通）的圍墻上開3扇施工大門，通過多開門來回轉(zhuǎn)場地內(nèi)部的道路?，F(xiàn)場平面布置進(jìn)行動(dòng)態(tài)布置。

3.1.1 樁基和圍護(hù)階段總平面布置

本工程圍墻與地下連續(xù)墻的距離在2.7～4.4 m之間，無法布置固定式的辦公室，故在樁基和圍護(hù)階段，本工程采用集裝箱辦公樓，待南側(cè)樁基和地基加工施工完成后，現(xiàn)場辦公區(qū)進(jìn)行一次移位，以保證所有樁基和圍護(hù)工作的完成。

3.1.2 逆作階段總平面布置

本工程頂板標(biāo)高總體分為－0.10、－0.50、－1.30 m這3種，通過坡道將各個(gè)頂板標(biāo)高進(jìn)行連通，局部－1.30 m頂板位置主次梁上翻并設(shè)置了臨時(shí)封板，頂板由于交通組織和傳力情況取消后澆帶，利用加強(qiáng)帶進(jìn)行代替。

地下室頂板作為逆作法的施工場地，在頂板上設(shè)置了8個(gè)取土口。頂板根據(jù)設(shè)計(jì)的荷載及使用要求，分為堆載區(qū)域、行車加固區(qū)域和未加固正常結(jié)構(gòu)板區(qū)域，其中車輛使用和材料堆放等區(qū)域利用行車和堆載加固區(qū)域，活載記為25 kN/m2。

考慮到逆作法施工后辦公樓的設(shè)置，在施工安排上，擬先形成基地東南角和東北角區(qū)域，春節(jié)前完成，利用春節(jié)放假時(shí)間對頂板進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3.2 不同截面一柱一樁施工的解決方案

3.2.1 一柱一樁節(jié)點(diǎn)深化

本工程上部為鋼框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)柱采用700 mm方鋼管，鋼柱需要錨固至地下1層標(biāo)高，如圖2所示。

圖2 設(shè)計(jì)的鋼管柱連接

對于設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)，施工困難存在于兩點(diǎn)，一是結(jié)構(gòu)的方鋼柱和圍護(hù)的鋼管柱連接，由于是2種不同截面的連接，而且該節(jié)點(diǎn)將設(shè)置在地下1層的標(biāo)高，若在節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)位置偏差，糾正比較困難。二是方鋼柱在定位時(shí)，除了中心位置正確外，還需要2個(gè)邊的定位正確。綜上所述，需對該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化節(jié)點(diǎn)如圖3所示。

圖3 一柱一樁過渡段的設(shè)計(jì)

此節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)就是避免了前述的2個(gè)缺點(diǎn)，在與圍護(hù)鋼立柱連接的地方設(shè)置了變截面的圓形連接節(jié)點(diǎn)，倒插1層鋼柱設(shè)置成φ700 mm。另外將上部結(jié)構(gòu)變截面的連接設(shè)置在第1層土方開挖面上，既方便了施工，又保證了質(zhì)量，同時(shí)經(jīng)過設(shè)計(jì)復(fù)算，滿足結(jié)構(gòu)受力要求。

另外，我們利用BIM技術(shù)，根據(jù)一柱一樁單樁模型提取截面CAD剖面圖和側(cè)視圖，繪制一柱一樁深化圖。

3.2.2 變截面一柱一樁的加工

本工程實(shí)例中，豎向支承系統(tǒng)采用一柱一樁，共計(jì)89根，永久φ550 mm×20 mm鋼管內(nèi)灌C60混凝土，立柱在坑底以下為φ900 mm鉆孔灌注樁，樁頂8 m高度范圍內(nèi)擴(kuò)徑為1 200 mm。設(shè)計(jì)要求垂直度不超過1/400。

鋼管樁由廠家一次加工成形，由φ700 mm圓鋼管（壁厚20 mm），φ700～φ550 mm圓鋼管（壁厚20 mm，變截面），φ550 mm圓鋼管（壁厚20 mm，圍護(hù)設(shè)計(jì)鋼管樁）構(gòu)成，鋼管樁插入樁身4 m，灌注樁灌注混凝土C35，鋼管內(nèi)灌注混凝土C60，混凝土的交界面在樁頂以下6 m處，樁頂8 m以下直至地面范圍灌注樁擴(kuò)徑至1 200 mm。鋼管柱底標(biāo)高為設(shè)計(jì)標(biāo)高，頂標(biāo)高高出地面700 mm（標(biāo)高為＋0.50 m），樁基施工中通過校正架調(diào)整插入樁中，當(dāng)?shù)?層土方開挖時(shí)，將上部鋼管柱割除，鋼管柱上部割除后焊接襯板和內(nèi)撐，最后進(jìn)行鋼框方柱的連接。

3.2.3 預(yù)制混凝土定位板

一柱一樁變截面鋼管樁垂直度保證是逆作施工質(zhì)量控制的要點(diǎn)，本工程擴(kuò)樁孔位置會把周邊的硬地坪破壞，無法完成調(diào)整架的固定，故現(xiàn)場預(yù)制4 m×4 m混凝土定位板，內(nèi)配置雙層雙向鋼筋和預(yù)埋吊環(huán)，用作現(xiàn)場一柱一樁施工使用（圖4）。此預(yù)制混凝土定位板可以重復(fù)使用。

圖4 預(yù)制混凝土定位板

3.2.4 一柱一樁鋼骨柱垂直度控制

一柱一樁垂直度的測定分3次進(jìn)行，現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際工程的需要，設(shè)計(jì)了調(diào)垂架（圖5）。調(diào)垂架的錨固可以設(shè)置在預(yù)制混凝土定位板上。

圖5 調(diào)垂架實(shí)景

第1次鋼管柱水平放置在硬化平整場地時(shí)的測定，主要原理為激光三點(diǎn)確定一條直線，以此線作為基準(zhǔn)，與鋼管柱進(jìn)行比對，測出鋼管柱自身的垂直度。

第2次測定時(shí)間為鋼管柱下放結(jié)束，澆筑混凝土之前，鋼管柱標(biāo)高位置被預(yù)制抱箍確定后，開始垂直度的測量和調(diào)整，在鋼管柱頂部內(nèi)側(cè)預(yù)先放置可與激光儀相連的電路設(shè)備，激光儀從頂部發(fā)射激光，由內(nèi)側(cè)相同直線上的多個(gè)接收設(shè)備接收，此時(shí)激光儀上會出現(xiàn)x軸、y軸，整體3個(gè)方向與先前儲存數(shù)據(jù)對比偏差，以控制整體偏差不超過1/400。

第3次測量在混凝土澆筑完成并達(dá)到硬化強(qiáng)度后，在鋼管柱外部再次按照上述步驟測量垂直度，保證后續(xù)施工的順利進(jìn)行。

3.2.5 一柱一樁垂直度控制

成孔的精度控制，尤其是涉及變徑的精度控制，鋼筋籠的變徑和成孔變徑相對應(yīng)，如果成孔的精度控制偏差導(dǎo)致鋼筋籠位置偏差，進(jìn)而會產(chǎn)生鋼管樁的位置偏差以及鋼管樁刮籠的現(xiàn)象。

混凝土澆筑的影響：因?yàn)檫M(jìn)入混凝土澆筑階段，鋼管樁已經(jīng)調(diào)垂完成，定位及調(diào)垂數(shù)據(jù)已無法改變，主要影響的因素為混凝土灌注過程中的混凝土擾動(dòng)和導(dǎo)管的碰撞，目前采用的方式是將上述的鋼絲繩拉住底部進(jìn)行固定，可基本控制混凝土澆筑的影響，后續(xù)混凝土澆筑可以在固定導(dǎo)管上進(jìn)一步優(yōu)化。

土體加固施工的優(yōu)化：一柱一樁施工完成后，土體加固是對其影響的主要因素之一，土體加固中高壓旋噴樁的壓力較大，根據(jù)一柱一樁的成形過程可以看出，此時(shí)樁為下部錨固上部懸臂狀態(tài)，不均勻的土體壓力會產(chǎn)生較大的位移影響，應(yīng)在對稱施工的同時(shí)，盡可能地聯(lián)系設(shè)計(jì)單位增大加固體與鋼管樁的距離。

土方開挖的影響：由于鋼管樁上部擴(kuò)孔，周邊為松土，所以在上部懸臂的情況下，土方開挖過程中機(jī)械的碰撞對頂部位移影響非常大，應(yīng)在對稱開挖的同時(shí)，在距離較近的位置考慮增加部分人工開挖，以減少影響。

3.2.6 一柱一樁鋼骨柱與梁的連接以及柱帽的施工

本工程地下結(jié)構(gòu)的鋼管柱外側(cè)，需要包裹鋼筋混凝土，形成鋼骨柱，鋼骨柱與混凝土梁之間采用在鋼管樁外側(cè)增加襯板，梁主筋通過彎錨焊接的形式進(jìn)行連接，但該連接形式由于梁主筋無法貫通，受力性能受到一定制約。為解決上述問題，本項(xiàng)目對梁柱節(jié)點(diǎn)形式進(jìn)行優(yōu)化，在鋼管樁外側(cè)一次性加工成形環(huán)板并與梁主筋連接，有效提高了梁柱節(jié)點(diǎn)的受力性能。

鋼骨柱與柱帽的施工就是沿著柱帽四周設(shè)置1圈梁，梁高取此區(qū)域的柱帽的高度。

3.3 土方開挖和樓板形成

本項(xiàng)目地下室采用逆作法施工，即先進(jìn)行首層底板施工，再進(jìn)行地下1層、地下2層底板施工及第4道支撐施工，開挖至基礎(chǔ)標(biāo)高后進(jìn)行基礎(chǔ)底板施工，再進(jìn)行順作施工。具體流程：第1層土方開挖及墊層施工→1層底板梁板施工、養(yǎng)護(hù)→第2層土方開挖及墊層施工→地下1層底板梁板施工、養(yǎng)護(hù)→第3層土方開挖及墊層施工→地下2層底板梁板施工、養(yǎng)護(hù)→第4層土方開挖及墊層施工→第4道支撐施工、養(yǎng)護(hù)→第5層土方開挖及墊層施工→底板施工、養(yǎng)護(hù)。

本工程地下室共布置了8個(gè)取土口，取土口水平間距20 m左右。

3.3.1 第1層土方開挖和1層底板形成

由于本工程場地非常小，在形成1層底板的同時(shí)，還需要考慮現(xiàn)場的交通等問題，故第1層土方分15個(gè)區(qū)域開挖，第1次開挖采用明挖，分為2條施工作業(yè)線：第1條施工作業(yè)線施工流程：1-1區(qū)→1-2區(qū)→1-3區(qū)→1-4區(qū)→1-5區(qū)→1-6區(qū)→3-1區(qū)→3-2區(qū)→3-3區(qū)→3-4區(qū)；第2條施工作業(yè)線施工流程：2-1區(qū)→2-2區(qū)→2-3區(qū)→2-4區(qū)→2-5區(qū)。2條施工作業(yè)線同時(shí)施工，現(xiàn)場自然地坪標(biāo)高－0.25 m，第1層土放坡法開挖至－2.55 m（局部開挖至－3.55 m）標(biāo)高（圖6）。隨著土方的開挖，按照傳統(tǒng)施工模式逐漸形成1層底板，開挖土方量為24 200 m3。

圖6 第1層土方開挖分區(qū)

3.3.2 第2層、第3層土方開挖和地下1層、地下2層底板形成

待逆作區(qū)1層底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行第2層土方開挖，總體流程如圖7所示。土方采用盆式開挖，將基坑土體整體放坡開挖至－9.05 m標(biāo)高（第2層土方開挖標(biāo)高）、－15.15 m標(biāo)高（第3層土方開挖標(biāo)高），基坑內(nèi)側(cè)四周留寬10 m的土，土方開挖采用暗挖。隨著土方的開挖，利用短支排架逐漸形成地下1層、地下2層底板，開挖土方量分別為65 720、67 030 m3。

圖7 第2、第3層土方開挖分區(qū)

3.3.3 第4層土方開挖和第4道支撐施工

待逆作區(qū)地下2層底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行第4層土方開挖，總體流程如圖8所示，將基坑土體整體開挖至－17.70 m標(biāo)高。隨著土方開挖，施工第4道鋼筋混凝土支撐，開挖土方量為32 385 m3。

圖8 第4層土方開挖分區(qū)和第4道支撐布置示意

3.3.4 第5層土方開挖

待逆作區(qū)第4道支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行第5層土方開挖（圖9），將基坑土體整體放坡開挖至－20.70 m標(biāo)高，土方采用暗挖。隨后土方開挖進(jìn)行基礎(chǔ)底板施工，開挖土方量為36 165 m3。

圖9 底板施工分區(qū)

3.4 地下豎向結(jié)構(gòu)順作施工

本工程樓板、支撐、基礎(chǔ)底板為逆作施工，在整個(gè)體系形成后，開始豎向順作扶壁柱、外包柱、樓梯、預(yù)留洞口、坡道等豎向結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

1）針對深基坑逆作條件下，研究了變截面形一柱一樁施工工藝，通過設(shè)計(jì)一柱一樁的過渡段，有效兼顧了柱的受力性能與施工的方便性。本工程共89根鋼柱，最終平均垂直偏差為1/472，滿足1/400的設(shè)計(jì)要求，為今后類似工程提供了參考。

2）通過對地下室頂板的規(guī)劃，利用坡道將各個(gè)頂板標(biāo)高進(jìn)行了連通，用加強(qiáng)帶替代后澆帶，以拓展施工場地，滿足現(xiàn)場施工要求，為今后類似工程提供案例。