苏州中心广场项目位于苏州工业园区湖西CBD核心区域东端部,占地面积约139 000m²,总建筑面积地上约73万m²,地下约39万m²。主要建筑划分为A,B,C,D,E,F,G,H 8个地块(F,G为今后待开发地块)。建筑物基础概况如表1所示。

　　 本工程基坑总面积达138 102m²。其中,地下3层区域约112 263m²,开挖深度14.35～16.25m;地下4层区域约22 898m²,开挖深度18.85～20.25m。

　　 场地总体地势平坦,仅四周地势略高。建筑场地被4条道路所围,道路绝对标高为2.800～3.100m,道路下方有市政管网雨水、供电、配水、污水、信息等管线。工程地块分区及周边环境如图1所示。

　　 周边建(构)筑物对本项目基坑开挖影响较大的为地块东侧中部在建超高层城市综合体项目东方之门,地下基础工程已建好,正施工上部结构,现阶段2幢主楼已合龙。

　　 地块中轴线下穿地铁1号线,地铁站出入口位于东方之门裙房。地铁1号线及地下车站(星港街站)主体工程已建成并投入运营。本工程施工需对其进行严格保护,确保轨道交通设施安全。

　　 1)化大为小充分利用时空效应原理,采取化大为小的方法将大坑分成若干小坑,控制基坑施工中的围护变形和周边沉降。

　　 2)先远后近基坑分区前期施工时,基坑远离地铁和东方之门;后期施工时,基坑靠近地铁和东方之门,最大限度减少对周边建筑物的影响。

　　 3)先难后易基坑分区中高层建筑所在区域先施工地下室,并在支撑布置中避让核心筒结构,为施工便捷创造更好条件,有利于保证工期。

　　 4)安全第一对已投入运营的地铁1号线,考虑基坑开挖对地铁车站和区间隧道的影响,采取保护措施减少影响,降低工程风险,确保地铁结构和地铁运营安全。

　　 5)满足进度为达到该项目整体竣工运营目标,先施工塔楼区域,后施工商业裙房区域,保证塔楼建设速度。

　　 一期所有高层塔楼均为顺作区同步施工,可保证塔楼高层建设速度,有利于先上塔楼后上商业裙房的开发计划;A₃,A₂区和A₁区的施工周期基本同步;二期A₄,B₄区基坑靠轨道侧很近,基坑面积较大,为保证基坑整体刚度,采用递作法施工,由于基坑出土量大,施工周期长。正好与东侧星港街市政隧道交通有交叉干扰,影响工程进展。

　　 方案特点如下:(1)一期中的A₁,B₁分区包含所有高层主楼,可保证主楼建设速度,有利于加快项目开发进度;(2)A₁,B₁分区的星港街侧先行建设,工程后期与相应地铁建设及下立交通道等市政建设施工干扰相对较小;(3)现有分区扩大了顺作一期面积,有利于地下结构尽快出地面;(4)现有A₁分区与A₂,A_2a,A_2b分区施工周期较接近,其中A₁分区周期约1个月,分区施工工序衔接较流畅,有利于控制地下室部分的建设总工期,与南侧B₁分区情况类似;(5)A₄与A₃,A_3a分区施工周期较接近,施工工序衔接较流畅,与南侧B₄分区情况类似;(6)A₄,B₄分区面积均约2万m²,面积适中、土方量不大,通过调整场内交通组织方式可实现工程顺利实施;(7)星港街侧先行建设,工程后期与相应地铁建设及下立交通道施工干扰相对较小。

　　 方案特点如下:(1)一期中的A₁,B₁分区包含所有高层主楼,可保证主楼先期实施;(2)一期(A₁,B₁,A₂,B₂分区)面积最大化,可减少二期区域施工不利影响,但大大延长一期工程建设时间;(3)一期A₂,B₂分区面积较大、施工周期较长,加大对地铁设施的不利影响;(4)A₄相比A₃,A_3a分区施工周期较短,但工期受地铁沿线分区控制,总工期有所延长;(5)星港街侧先行建设,工程后期与相应地铁建设及下立交通道施工干扰相对较小。

　　 1)方案1(小L方案)一期短、二期较长。基坑施工受星港街侧规划地铁6号线限制的风险大,逆作法施工技术要求较高。二期采用逆作法可节约大量支撑费用,但土方成本相对较高。二期基坑面积大,不利于保护地铁隧道和东方之门。

　　 2)方案2(大L方案)一、二期总工期相对较短。基坑施工受星港街侧规划地铁6号线施工限制的风险小。围护结构直接费用较高,地铁侧条形基坑限时支撑与开挖,有利于保护隧道和东方之门。

　　 3)方案3一期较长、二期较短。一期面积大,实施难度大;二期基坑面积小,难度降低,围护结构直接费用较高。一期面积较大,不利于保护地下管线和地铁隧道。

　　 1)施工工期地下室施工2期主要控制以下参数:(1)地下连续墙施工速度地下4层区域1幅/d;地下3层区域1.5幅/d(地下连续墙幅宽按6m/幅考虑);(2)工程桩施工速度分区面积>20 000m²为20根/d,分区面积<5 000m²为6根/d;(3)土方开挖速度明挖时第1层5 000m³/d,第2层3 500m³/d,第3层3 000m³/d,第4层2 500m³/d。

　　 2)施工便利性主要考虑施工场地布设、施工通道设置、土方开挖与运输的便利性及工程实施技术难度等,3个方案的二期施工通道需跨越一期预留通道,相对受限。

　　 3)工程经济性基坑围护的工程量主要包括围护墙体、临时支撑、临时立柱对主体结构的增强措施等。

　　 4)环境安全性主要针对市政地下管线、东方之门和地铁隧道的变形控制。在基坑开挖深度、围护墙形式及墙深相同的前提下,充分考虑分区面积、支撑刚度、分区施工时间、坑底隆起量等对变形的影响程度。

　　 基坑平面分区方案按顺作一期面积尽量扩大、二期面积适当缩小的原则进行,A₁区与A₄区、A₄区与A₂区分隔桩,B₁区与B₄区、B₄区与B₂区分隔桩的位置涉及基坑面积的确定,结合周边环境、上部裙房布置、工期安排平衡点、基坑分区开挖卸载对地铁设施的影响控制、支撑布置等因素,分区平面布置方案2在以下几方面较合理。

　　 1)对东方之门的保护顺作一期A₁,A₂,B₁,B₂分区同步开挖,4个基坑在东方之门附近的围护墙长度总和为224m(47m+63m+68m+46m),与顺作二期A₄,B₄区在该侧的围护墙长度较接近(A₄区围护墙长106m、B₄区围护墙长120m,总长226m)。若顺作一期面积过大则不利于保护东方之门。

　　 2)根据建筑资料,A₁区分隔桩位置的地下室布置有结构孔洞,现有分隔桩位置对其施工影响较小(孔洞上边位置),若调整分隔桩位置,需向西平移3～4跨,方可包围孔洞,且后期结构回筑过程中孔洞需进行换撑施工,才可满足传力要求。

　　 3)根据现有分区情况,A₁与A₂,A_2a,A_2b区施工周期较接近,其中A₁分区周期稍多1个月,若扩大A₁分区面积则对分区施工工序衔接较不利。南侧B₁分区情况类似。

　　 4)保护地铁设施,结合环境影响分析计算结果,A₂,B₂分区基坑面积约8 000m²较合适,分区开挖卸载对地铁设施的影响仍在可控范围。另外地铁管理部门建议地铁侧基坑分区面积不宜过大,以保护地铁建筑设施。

　　 5)现有分区支撑布置较合理,受力均匀,最大支撑长约120m;若扩大A₁,B₁分区面积,需新增南北向对撑布置,支撑长达200m,支撑刚度较弱,控制围护结构变形较为不利。

　　 6)二期A₄,B₄分区基坑面积均2万m²,面积适中、土方量不大,通过调整场内交通组织方式可实现工程的顺利实施。

　　 7)二期A₄,B₄分区基坑开挖过程中,相邻A₁,A₂,B₁,B₂分区地下室结构施工完毕,A₄,B₄分区支撑布置可满足基坑本体的稳定性要求。

　　 综上所述,通过比较分区方案比选结果及主体结构柱网位置、上部裙房布置、工期安排平衡点、基坑分区开挖卸载对地铁设施的影响控制、支撑布置等因素,方案2的分区平面布置更合理,可作为基坑实施方案。

　　 基坑规模各分区尺度如表3所示。其中基坑总面积138 102m²,周边围护墙体长2 610m,中间分隔墙长1 562m(地下连续墙长858m,钻孔桩长704m),土方开挖量约220万m³。

　　 根据本项目基坑工程规模、周边环境要求及主体结构特点,结合目前在基坑工程方面的设计、施工经验,可考虑顺作法或逆作法施工。

　　 根据建设周期,高层建筑主楼部分通常在总工期中起关键的控制作用,尽快完成主楼部分的地下室施工可有效实现关键线路,故本项目高层主楼区域(A₁,B₁分区)考虑围护顺作法开挖。

　　 为减少地铁1号线车站及盾构隧道区间相邻地下室范围(A₂,B₂,A₃,B₃分区)基坑开挖对地铁设施的影响,减少基坑开挖后的暴露时间,一般采用顺作法施工,分区开挖基坑,先施工远离地铁分区部分,后施工靠近地铁分区部分,利用时空效应减少土的卸载效应。因此本工程仅对二期区域的裙房A₄,B₄分区进行顺作或逆作法比较。

　　 1)顺作法方案特点:(1)整体刚度稍小,受土体蠕变影响,结构变形稍大;(2)利用工程桩作为支撑立柱桩;(3)施工方式简单、便捷,施工工艺成熟;(4)相比逆作法,围护设计、施工与主体设计关联较少。工程质量:(1)临时支撑和永久结构间影响较小;(2)节点构造简单,施工质量易保证;(3)坑底暴露时间短,坑外沉降累计影响小。施工进度:(1)基坑大面积敞开,施工难度小,便于土方开挖、顺作主体结构等,有利于缩短工期;(2)内支撑拆撑工况需占用一定工期;(3)在已建相邻结构条件下,传力换撑及分隔桩拆除较麻烦。工程造价:临时支撑的工程量较逆作法多,但立柱较少,土方开挖的单价比逆作法低,其造价相应降低。

　　 2)逆作法方案特点:(1)整体支撑刚度大,有利于结构安全和环境保护;(2)地下室楼板可作为施工平台,便于建材堆放与车辆通行;(3)须设置大量立柱,须做大量的梁柱结构节点处理;(4)逆作法施工组织设计较复杂,实施技术要求高,需选择有经验的施工单位与施工队伍。工程质量:(1)利用地下结构的整体刚度;(2)大量的逆作节点构造,施工难度较大,节点构造繁琐,施工质量较难保证;(3)取土和楼板施工时间长、坑底暴露时间长、坑外累计沉降大;(4)楼板结构的遮盖作用可减少雨季开挖的影响。施工进度:(1)坑内密布钢立柱、楼板,掏土效率低,导致挖土进度慢;(2)结构楼板取代支撑,没有常规支撑方案的爆破、清渣等工序;(3)在已建相邻结构条件下,传力换撑及分隔桩拆除相对方便;(4)基坑向下逆作,同时向上部结构施工时可加快总工期。工程造价:因围护基坑增加的临时立柱结构工程量大,土体在板下开挖,造价较高,但可节省支撑费用,造价相应降低。

　　 超大面积深基坑支撑太长、支撑工程量较大,在明挖较困难且周边场地限制的条件下可采用逆作法施工。本工程按方案2实施,较大减少二期基坑面积,适当的支撑布置满足围护结构的安全性,对开挖施工条件、地下结构施工质量有较大改善,工程造价也相应降低,故按顺作法考虑。

　　 本工程基坑开挖深14.85～20.25m,根据地质条件、周边环境条件,基坑开挖面以上为微承压含水层,从施工工艺、工程安全、经济性角度出发,本工程围护墙体可结合钻孔灌注桩+止水帷幕与地下连续墙围护结构。围护墙选型基本原则:(1)基坑周边区域、地下4层区域分隔墙及地铁侧条形基坑区域分隔墙采用地下连续墙;(2)基坑内部其他临时分隔墙采用钻孔灌注桩+三轴水泥土搅拌桩止水帷幕。各分区围护墙布置如图3所示。

　　 本项目开挖二期基坑时,一期工程同时实施7幢超高层建筑群塔楼主体结构的施工。一、二期交叉施工,外运路线受到较大限制,施工组织与现场管理具有一定难度。如何确保各基坑施工组织均衡、连续、稳定、顺利搭接,尽早完成影响工期最大的地下室基坑施工,成为确保总工期的关键。

　　 本工程按设计要求分2期施工。二期可在一期地下1层结构施工完成后穿插进行首层土方开挖及首道支撑施工。在一期完成地下结构施工后,即进入二期第2层土方、支护结构施工。具体施工工序如图4所示。

　　 依据支护形式、基坑深度、面积及总体进度要求,将地下4层区域和B₁地下3层区域分别划分为一个独立施工段,A₁及对应的A_2a,A_2b分区划分为1个施工段,各自施工段按盆式开挖法自行组织设备进行流水施工。B分区对应A分区同样划分3个施工段。A₄,A₃,B₄,B₃分区同样各作为一个施工段单独配置机械、人员,进行自身流水施工。该划分减少机械设备长距离转移造成的交通及工期影响,最大程度避免机械设备问题导致的工期及安全影响。

　　 基坑准备及围护结构施工历时5个月。一期基坑土方开挖量约140万m³,自土方开挖至地下室结构完成,历时12个月。二期基坑土方开挖量约80万m³,自土方开挖至地下室结构完成,历时11个月。基坑工程共历时28个月,与原计划工期一致。

　　 苏州中心广场项目超大型地下空间结构基坑方案选型与工法研究解决超大型地下空间开发的实际问题,评估超大型基坑风险,找出超大型基坑的风险关键节点,并采取相应分区等安全措施,确保超大型基坑和周边重要环境安全,满足地下空间开发的安全实施和进度控制要求。

　　 基坑工程服务于地下主体结构施工,为地下室结构施工提供安全的实施空间。通过基坑方案选型与工法研究,研究地下室周边建(构)筑物在基坑工程不同平面分区方案条件作用下的影响,验证基坑方案整体布置和分区方案的合理性,优化基坑工程分区和平面布置,提出合理可行的分区方案,为地下空间结构、分区方案的确立与围护结构方案、基坑施工安全及工期控制分析提供科学依据。