0 前言
随着城市建设的快速发展，周边环境复杂的超大、超深基坑越来越多。上海地区为软土地质地区，地质环境差，地下轨道线路复杂，地上交通网络纵横交错，建筑物密度高，建筑工地对环境影响比较突出。针对上海地区基坑工程的特点，确保基坑变形稳定和施工安全，减少对周边环境的影响，逆作法这一基坑工程施工形式越来越得到推广[1-4]。
1 工程概况
森兰商都二期（D5-3、D5-4）项目位于上海浦东新区外高桥保税区森兰园区内，西临森兰商都，东临兰谷路，北侧为拟建启帆路，南侧为规划河道，二期项目分为D5-3和D5-4两个地块，两地块基坑连为一体，本工程建设内容为新建商业用房及配套设施，拟建6幢商业用房，地上2～6层，地下2层，框架结构，建筑高度约23.95 m。基坑面积约为38 680 m2，场地呈扇形，总建筑面积约为136 800 m2，其中地上建筑面积约58 800 m2，地下建筑面积约78 000 m2，采用桩筏基础，钻孔灌注桩挡土，外设三轴水泥土搅拌桩止水帷幕，坑内利用地下室主体结构梁板件作为水平支撑，框架半逆作法施工，开挖深度约为11.70 m，局部落深1.2～1.7 m（图1）。
图1 工程项目周边环境示意
2 工程特点和难点
1）基坑安全等级为一级，环境保护等级为二级，基坑变形控制要求高。基坑东侧兰谷路下市政管线离基坑最近的为6.4 m，该侧另有一钢管架空线，高7.6 m，距离基坑3.4～4 m，东南角椿树浦桥距离基坑约为11 m，桥面及河底预埋多条管线，南侧和西侧为椿树浦河，距离基坑分别为5.0 m和5.1 m，此区域水位较高，地下土质差异大，必须做好地下降水，合理安排挖土。基坑北侧和兰谷路东侧艺术岛项目即将开工，开挖深度接近，相距较近，需要协调好工期关系。
2）本工程的结构设计和围护设计是分开的，结构设计又分为人防设计和非人防设计，围护设计和结构设计配合协调任务繁重，前期结构设计需要在围护设计的基础上进行深化设计，这部分时间更为紧张，对施工单位的工期有一定的影响。由于采用半逆作法施工，围护设计拟在部分梁柱节点上增加配筋处理，而结构设计不允许截面加大，配筋的加大处理，导致钢筋穿格构柱的难度增大，同时给混凝土浇筑带来困难。
3）本工程工程桩共计为2 688根，其中需要插入钢立柱的有975根，临时钢立柱尺寸为460 mm×460 mm，垂直度在1/300内；“一桩一柱”钢立柱尺寸为480 mm×480 mm，垂直度在1/500内。数量多，精度要求高，定位和调直任务重；钢立柱间隔小，给取土工作带来诸多不便，影响挖土速度。
4）本工程超大面积基坑采用钻孔灌注桩挡土、地下室主体结构梁板件作为水平支撑围护的半逆作法施工方法，在上海地区十分罕见，缺少一定的施工经验，需要在实践中探索。
3 基坑围护设计
3.1 围护结构
本工程基坑围护设计要求在技术可行的前提下，尽量减少造价和缩短工期，结合该区域周边环境影响、地质勘测状况、基坑面积大小、开挖深度等现场情况，最终围护设计思路是：钻孔灌注桩挡填土，三轴水泥土搅拌桩止水帷幕，地下室主体梁板结构作为水平支撑，柱和外墙板等竖向结构顺作。
围护区域普遍采用φ1 000 mm、φ1 100 mm、φ1 150 mm、φ1 250 mm钻孔灌注桩挡土，外设φ850 mm三轴水泥土搅拌桩止水帷幕，钻孔灌注桩有效桩长为26.45～28.95 m，三轴水泥土搅拌桩桩长为18.70～19.90 m。坑内被动区、集水井及电梯井区域采用φ700 mm深层搅拌桩加固，坑底以上水泥掺量为8%，坑底以下水泥掺量为13%。基坑四周区域，-6.85～-13.30 m 水泥掺量为8%，13.30～-17.10 m水泥掺量为13%。围护钻孔桩与三轴搅拌桩的缝隙、坑内被动土区域与围护钻孔灌注桩的缝隙采用压密注浆，电梯井坑底采用压密注浆封底。
3.2 支撑体系
支撑采用φ800 mm钻孔灌注立柱桩（一柱一桩），有效桩长为36.00 m（44.00 m），临时钢立柱采用内插160 mm×16 mm等边角钢。栈桥下立柱桩采用同样直径和桩长的钻孔灌注立柱桩（一柱一桩），钢立柱采用内插180 mm×16 mm等边角钢。立柱桩采用桩端注浆工艺，单桩水泥用量2.0 t。
钻孔灌注桩所用混凝土设计强度等级为水下C30；φ850 mm三轴水泥土搅拌桩水泥掺量为20%，用P.O 42.5水泥，水灰比为1.5；φ700 mm深层搅拌桩采用P.O 42.5水泥，水灰比为0.55；压密注浆采用P.O 42.5水泥，水灰比为0.55[5,6]。
4 施工技术措施
4.1 “一柱一桩”施工技术措施
本工程结构施工采用逆作法施工，故对立柱施工中的垂直度要求极高。针对这一问题，总结以往施工经验，传统的法兰校直架施工成本较低，但施工难度大、偏差大，且存在安全隐患。因此，通过考察学习，最终将在隧道项目施工中控制偏差的SIS426双轴倾角仪，运用到本工程校正立柱的工作中。
钢立柱采用460 mm×16 mm和480 mm×16 mm两种等边角钢拼装而成，内填混凝土设计强度等级为水下C30，采用无收缩混凝土，钢立柱内填混凝土实际灌注高度比设计钢立柱混凝土顶标高高出2.0 m或以上。垂直度要求为1/500，立柱中心线偏差±5 mm（图2）。
图2 校正器调垂系统示意
本工程钢立柱共975根，数量多，精度要求高，在施工过程中须严格质量管理和加强监控，调节精度控制在20～30 mm之间，控制精度倾角仪的X轴、Y轴读数一般为0.12°，基本满足设计要求的1/500。
4.2 降水施工技术措施
根据本工程的开挖深度及开挖剖面土层分布情况分析，降水疏干的土层分别为②褐黄-灰黄色粉质黏土、③灰色淤泥质粉质黏土夹灰色黏质粉土，基底埋深土层为③淤泥质黏土层的上部。综合土层土质情况分析，又考虑到工期紧，最终采用深层真空井点降水方案。
基坑开挖深度为11.7 m，由于基坑内部分区域采用双轴搅拌桩土体加固及压密注浆，其有效降水面积约为38 680 m2，共布置196口深井，开挖前20 d开始降水，水位降至开挖面500 mm时开挖，根据不同开挖面深度，实时监测、控制水位高度，减少坑底隆起和围护结构的变形量，防止坑外地表过量沉降。
4.3 基坑围护监测和环境监测
基坑开挖过程中对周边地面道路、地下管线、建（构）筑物等有一定的影响，需进行变形监测。为有效防范基坑施工对工程周边环境及基坑围护本身的危害，采用先进、可靠的仪器及有效的监测方法，对基坑围护体系和周围环境的变形情况进行监控，为工程实行动态化设计和信息化施工提供所需的数据，从而使工程处于受控状态，确保基坑及周边环境的安全。
1）基坑围护体系包括：围护桩顶水平及垂直位移监测；围护桩和坑外土体测斜监测；立柱垂直位移监测；支撑轴力监测；坑外地下水位监测。
2）周边环境保护体系包括：基坑周边地表沉降监测；邻近地下管线沉降变形监测；邻近建（构）筑物沉降监测。
5 逆作挖土施工技术措施
5.1 挖土分区及开挖原则
根据围护设计说明的相关要求，将地下室分为A、B、C 3个分区（图3）。
图3 地下室分区示意
基坑总挖土量约5×105 m3。基坑土方开挖之前，根据支护结构的计算工况（-3.15 m设置B0板，-7.70 m设置B1板）来安排分层开挖的顺序。支护结构设计要求先撑后挖。即挖土至支撑设置标高时，停止挖土，待支撑架设完毕并能起到作用后，再继续往下开挖土方[7,8]。
1）本工程基坑土方按照时空效应理论指导挖土支撑，“分区、分层、对称、抽条、平衡”开挖并支撑，随挖随撑，不超挖，待支撑养护达设计强度且基坑降水达到开挖面以下1 m，才开始下一皮土体的开挖。
2）各施工区域或工作面内采用盆式开挖方式，盆边土的留土宽度为30 m，开挖面的高差控制在3 m以内，采用1∶2放坡，最后挖除。立柱周边对称掏空，防止立柱受力不均匀。垫层混凝土以及混凝土支撑及围檩均随各层土方开挖而跟进施工。
3）为确保基坑施工安全，地下各层盆边土在36 h内完成，采用小挖机配合驳运至栈桥边位置，随后由栈桥上挖机抓斗取土装车外运。挖土过程中随时测定标高，严禁超挖，支撑随挖随捣。
4）挖土前降水水位在开挖面1 m左右，符合挖土条件，保证施工机械进出场道路通畅和场地排水系统通畅，降水水位定时监测，保证水位高度。
5）挖土采用挖机与加长臂挖机配合施工。浅层通过设置坡道和走道板，由挖机至挖土面进行施工；深层由挖机将土驳至栈桥空当间的出土口，由栈桥上的加长臂挖机运出基坑。挖土机械的通道、挖土顺序、土方驳运、土方堆载等都应避免引起对围护、支撑、立柱和周围环境的不良影响。严禁挖土机械碰撞围护、支撑、立柱和井点。
6）围护墙无支撑暴露时间控制在48 h内，开挖面围护墙无支撑暴露长度不大于30 m，垫层随挖随浇筑。
7）除真空深井降水措施外，开挖面及坑内采取排水明沟与集水井相结合的排水措施。基坑边严禁大量堆载，地面超载控制在20 kN/m2以内。
5.2 施工工况
根据本工程土方开挖原则、场地特点和施工工期等因素，共分为10个工况进行施工。待围护桩、三轴止水帷幕、被动区土体加固等施工完毕，且降水水位达到开挖条件后，即开始进行挖土施工。
1）工况一：开挖A区和C区盆中，挖至标高B1板底（-7.70 m），盆边各自留土30 m，二级放坡，坡度为1∶2，完成A区和C区盆中B1梁板结构施工（图4）。
图4 工况一
2）工况二：待A区和C区盆中B1梁板结构完成后，B区盆中开挖，挖至标高B1板底（-7.70 m），B区盆边留土30 m，二级放坡，坡度1∶2，完成B区盆中及A区、C区与B区相交位置的B1梁板结构施工。
3）工况三：待A区、B区、C区盆中B1梁板结构施工完毕后，A区、C区盆边挖土，抽条分块跳挖，开挖至B0梁底（-3.15 m），完成A区、C区盆边B0梁板结构施工。
图5 工况四
4）工况四：B区盆边土开挖至B0梁板底（-3.15 m），抽条分块跳挖，完成B区盆边B0梁板结构施工；完成A区、C区盆中B0梁板结构施工（图5）。
5）工况五：完成B区盆中B0梁板结构施工；B0梁板结构全部完成；A区、C区南北侧盆边土开挖至B1梁板底（-7.70 m），抽条分块跳挖，完成A区、C区南北侧盆边B1梁板结构施工。
6）工况六：B区盆边土开挖至B1梁板底，抽条分块跳挖，完成B区盆边B1梁板结构施工；A区、C区东西侧盆边土开挖至B1梁板底，抽条分块跳挖，完成A区、C区盆边B1梁板结构施工；B1梁板结构全部完成。
7）工况七：待B1梁板结构养护完成后，A区、C区盆中开挖至底板（-13.30 m），盆边留土20 m，二级放坡，坡度1∶2，完成相应底板结构（图6）。
图6 工况七
8）工况八：A区、C区盆边土开挖至底板（-13.30 m），抽条分块跳挖，完成相应底板结构施工。
9）工况九：B区盆中开挖至底板，盆边留土20 m，盆式开挖，二级放坡，坡度1∶2，完成相应底板结构施工。
10）工况十：B区盆边土开挖至底板，抽条分块跳挖，完成相应底板结构（图7）；底板结构全部完成后，转入竖向结构顺作施工。
图7 工况十
6 结语
在上海软土地基超大基坑施工中，突破传统的地下连续墙围护结构的全逆作法，采用钻孔灌注桩围护结构的半逆作施工，相对于地下连续墙，灌注桩造价低；相对于整个基坑开挖的顺作施工，逆作法施工节省了大量支撑和拆除费用，创造了巨大的经济效益。森兰商都二期项目从2013年6月开始桩基施工，至2014年9月挖土施工B0梁板，仅用了10个月即完成了地下室结构施工，为2016年5月竣工打下了扎实基础。另外采用逆作施工，保证了基坑变形控制，减少了扬尘，保护了周边环境，为自贸区建设作出了贡献[9-12]。
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