歷史風貌區(qū)復雜環(huán)境下深基坑支護設計和施工技術

□文/楊 陽 尤雪春

□尤雪春/上海市第七建筑有限公司。

歷史風貌區(qū)復雜環(huán)境下深基坑支護設計和施工技術

□文/楊 陽 尤雪春

通過在天津市市中心五大道歷史風貌區(qū)復雜周邊環(huán)境和狹窄場地中進行深基坑的施工實踐，除優(yōu)選圍護設計方案外，關鍵是對基坑圍護施工的全過程各個環(huán)節(jié)上運用技術手段加以綜合控制，才能嚴格有效地控制并減小基坑及周邊環(huán)境的變形，取得對周邊環(huán)境理想的保護效果。

深基坑；支撐；棧橋；降水；歷史風貌

1 工程概況

云南路商務會館工程建筑高度12m（閣樓層頂板標高16m），為地下3層，地上4層的私人會館。規(guī)劃占地面積1560.3m2，總建筑面積約6815.27m2。建筑效果見圖1。

2 基坑概況

基坑呈不規(guī)則形狀，面積約1300m2。設計開挖深度至-13.1～-13.2m,局部區(qū)段落深-13.5m，電梯井位置最深處達-15～-16m。

2.1 周邊建筑情況

項目地處天津市和平區(qū)五大道繁華鬧市及旅游區(qū)地段，云南路與重慶道交口處東南側，基坑周邊環(huán)境見圖2。

東鄰天津浩天房地產開發(fā)有限公司5.4m，南靠青海省新遠對外貿易股份有限公司3.7m，西側距重慶道2.4m，北側距云南路1.4m。

離基坑最近的建筑物為天津市和平區(qū)重慶道207、209號住宅樓。該建筑建于20世紀初期，為主體3層（屋頂加設閣樓層）磚木結構，平面成矩形，長度約14.52m，寬度為11.61m，總高度為8.90m。樓蓋結構采用木龍骨，屋蓋結構為硬山架檁，屋面為土板、油氈掛瓦雙坡屋頂。該建筑使用近百年，已超過建筑物設計使用年限，歷經天津地區(qū)地震災害的影響，雖經簡單抗震加固，但建筑物現(xiàn)狀抗震構造措施仍不完善，部分上部主體結構構件已存在不同程度的損壞。

2.2 周邊市政管線

沿重慶道一側埋設有路燈、天然氣、供電、熱力管線，埋深0.36～0.75m；沿云南路一側埋設有電信、路燈、天然氣、供電管線，埋深0.27～0.76m；東南側為已廢除的給水管線，埋深0.69～0.76m；西南側為供電管線，埋深 0.68～0.75m。

2.3 工程地質情況

依據地質勘察報告，場地地勢基本平坦，場地內實測絕對標高為4.27m（相對標高為±0.00m）。該場地埋深40.00m范圍內，地基各土層主要物理力學性質見表1。

表1 各土層主要物理力學指標

續(xù)表1

2.4 深基坑施工特點

深基坑面積基本占據了整個場地，周邊可利用的場地非常狹小。由于施工場地小，機械回轉空間小，部分材料加工堆放區(qū)只能設在基坑邊，對基坑的變形控制造成了一定的影響。

周邊原有建筑物距離基坑較近且保護要求高，建筑物牢固性差，墻磚強度等級低，部分外墻開裂，屋蓋木檁條順木紋方向不同程度開裂。為確保建筑上部主體結構的安全性和居住使用功能，基坑開挖前做出加固修復設計，對各類損壞的結構構件采取加設鋼筋混凝土圈梁、構造柱、鋼拉桿等適宜的抗震構造措施，更換開裂、糟朽及較大變形的木結構構件，做好周邊環(huán)境及建筑的保護工作及變形控制。

3 基坑圍護方案的選擇及優(yōu)化

3.1 設計方案

在確保基坑圍護體系安全可靠的前提下，嚴格有效地控制并減小基坑及環(huán)境的變形是圍護設計及施工中的一個重點控制項目。即按照“基坑變形控制更嚴于強度控制”的目標要求，宜采用剛度較大，穩(wěn)定性較強的圍護支撐體系。

經優(yōu)化和計算，SMW工法樁結合3道鋼筋混凝土支撐、對撐加角撐的基坑圍護方案能夠在滿足基坑及周邊建筑環(huán)境變形控制的同時使成本目標得以實現(xiàn)。

SMW工法樁圍護采用規(guī)格為3φ850mm@1200mm的三軸水泥土攪拌樁，有效樁長30.5m，水泥采用P42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比為22%，水灰比為1.5；內插H型鋼截面700mm×300mm×13mm×24mm，樁長22m。

另外因場地狹小，考慮到后續(xù)施工中基坑挖土、混凝土澆筑以及材料的垂直運輸，將圍護方案進一步優(yōu)化，在第1道混凝土支撐上布置施工棧橋見圖3。

3.2 基坑圍護施工過程控制

1）在支護樁施工前完成臨近老建筑的安全鑒定并通過設計確認。

2）由第三方監(jiān)測單位對支護體系、臨近建筑、道路、地下管線的變形以及支護體系的內力進行監(jiān)測。

3）根據勘察報告，工法樁會穿過施工場地的微承壓含水層。由于常規(guī)設備穿過該段粉土層會存在一定的施工難度，故應確保成樁深度和質量。宜先打試樁，及早發(fā)現(xiàn)問題并及時采取應對措施。

4）型鋼拔出后，對留下的空隙應及時采取注漿等充填措施。

5）工程樁施工時不得就地打井取水。

6）施工樁位與設計樁位相差不得＞5cm，傾斜度不得＞1.5%，相鄰樁施工間隔超過24h，應補樁處理，以保證攪拌樁的搭接；不能補樁的部位采用高壓旋噴樁處理。

7）若帷幕漏水，根據水量大小、發(fā)展趨勢及時采取坑外注漿或坑內堵漏措施。

8）若支護樁間流土，采用打木楔、掛鋼絲網混凝土封堵的措施。

4 基坑降水方案

基坑總面積約1560.2m2，周長約165m，采用水泥管疏干井降水方法進行基坑降水。

1）明排水施工。基坑開挖時均采取坑內明排水方法。在內設置井字形排水溝，溝寬400mm、深400mm，泛水為1%，以保證坑內積水泌出排向集水井。集水井按20～30m在基坑內均勻設置，尺寸為400mm×400mm×500mm。現(xiàn)場應配備足夠的潛水泵，由專人負責將積水及時抽出坑外匯入外圍排水明溝，再用強排方式將溝內積水排出。為確保圍護結構安全，集水井及排水溝布置在距離圍護1.5m以上位置。

2）水泥管疏干井布置。根據單口疏干井控制面積為250m2的原則，整個基坑共布置9口水泥管井，井深16.5m，孔徑700mm，井徑500mm。為減小對挖土的影響，疏干井布置均靠近支撐鋼立柱。

3）降壓井的布置。共設置4口降壓鋼管井，井深25m，孔徑650mm。過濾器為圓式沖孔過濾器，外包濾網。降壓井采用1臺GPS-10型鉆機干取土式回轉鉆進清水護壁的成孔工藝，成孔后進行下井壁管、濾水管，回填粘性土，洗井等成井施工。

4）坑外觀測井。共設置6口坑外觀測鋼管井，井深22m，孔徑 650mm。

5）坑內外水位觀測。在降水過程中，由專人負責，24h值班，按時觀測坑內外水位下降情況和流量變化等，及時做好記錄。

5 土方開挖主要控制措施

1）島式開挖。挖土方式采用“島式開挖”，即從剖面上按4個標高段，共分3次開挖至坑底。從平面上每次均從四邊角區(qū)向中央區(qū)對稱推進開挖。

2）先撐后挖。挖土施工與支撐施工之間的密切配合是有效控制基坑變形的關鍵。每次挖土必須嚴格遵循“先撐后挖”的原則分層開挖，挖土順序應嚴格按施工方案要求，與支撐的制作緊密結合，穿插進行；開挖面的高差應控制在4m以內并宜按1∶1.5放坡。對于第2次挖土高差5.55m應當采用分層開挖；挖機如需跨越非棧橋的支撐上運作，則必須先在支撐兩邊覆土高于支撐頂面300mm并鋪設鋼走道板架空；嚴禁挖機在支撐上運行操作。

3）鋼筋混凝土支撐。第1次挖土后完成第1道支撐及棧橋體系以及后續(xù)每次土方開挖完成后，都應待支撐混凝土強度達到設計要求后方可進行下一次的土方開挖。

4）垂直挖運土機械。挖土工程配備1臺長臂挖機在棧橋平臺上負責淺層土方的挖運及深層土方的垂直駁運裝車，配備2臺小挖機入坑開挖深層次的土方并相互傳遞，駁至棧橋下再由長臂挖機垂直向上傳遞運土裝車。

5）先四周后中央的放坡對稱開挖。基坑每次挖土都必須采用“先四周后中央”的島式開挖流水順序，四周留坡，坡度≯1∶1.5，待周邊范圍支撐完成后再挖出中間島留土。基坑平面上采用對稱開挖，以使圍護結構和已完成的支撐系統(tǒng)均勻受力，釋放應力以減小基坑變形量。之所以采用島式開挖形式一方面是考慮到，若發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據有異常，基坑變形超過設計要求、周邊建筑及道路等的變形量超過設計允許值，可以將中心島的土方進行回填，以確保基坑安全；另一方面，可以盡快為支撐的結構施工更早的提供工作面，有利于支撐的盡早形成，確保基坑安全。

6）滲水封堵。開挖過程中若發(fā)現(xiàn)圍護體接縫處滲水，須及時采取有效地封堵措施。

6 基坑和周邊環(huán)境監(jiān)測及實施效果

6.1 監(jiān)測內容

由于基坑開挖時的深井降水導致地下水位變化，挖土卸載過程對周邊環(huán)境有較大影響，圍護結構的施工過程中也將對環(huán)境產生較大影響，因此要進行動態(tài)跟蹤，連續(xù)監(jiān)測，具體監(jiān)測內容及測點數(shù)量詳見表2。

表2 基坑及周邊環(huán)境監(jiān)測內容

6.2 監(jiān)測結果

1）地下水位。圖4為地下水位監(jiān)測曲線，在工程挖土階段，在基坑內布置降水井進行坑內降水施工，通過基坑外側觀測井的水位可知，在基坑開挖過程中，除7月末的季節(jié)性水位突變點外，地下水位始終控制在一個合理的范圍內。

2）圍護結構墻頂水平位移監(jiān)測結果。圖5為圍護結構墻頂水平位移監(jiān)測曲線，可以看出隨著各道支撐的布置以及挖土施工的進行，基坑圍護結構墻頂?shù)乃轿灰瞥尸F(xiàn)階梯式變化，直至挖土結束，圍護結構的水平位移最大值約為11mm，數(shù)值的變化均處于可控范圍內。

3）臨近道路沉降監(jiān)測結果。圖6為基坑周邊臨近道路沉降觀測曲線，可知在挖土階段，基坑臨近道路沉降平緩增加，沉降偏大點位于基坑東北側云南路段，沉降值約為20mm左右，此處距離基坑環(huán)向混凝土支撐的距離僅為2.5m左右，屬于基坑支撐剛度較為薄弱的環(huán)節(jié)且外部車輛的運行對沉降的觀測造成了一定的影響。挖土施工完畢后，臨近道路的沉降變形趨于穩(wěn)定。

4）臨近建筑沉降監(jiān)測結果。圖7為基坑周邊建筑平面布置，可知1#樓位于云南路的北側，6#樓位于重慶道的西側，兩棟建筑雖然比較重要，但均與基坑之間距離較遠；而4#樓及5#樓位于基坑的南側，距離基坑較近，是沉降變形監(jiān)測的重點對象。

各建筑的沉降觀測結果見圖8。在挖土階段，位于基坑南側距離基坑較近的4#及5#樓沉降最大值約為2.5cm，在基坑施工完畢后沉降變形趨于穩(wěn)定；道路另一側的1#樓、6#樓沉降變化較小，基坑施工對其影響很小。

7 結語

由于在基坑圍護、挖土降水施工過程中采取了一系列措施，監(jiān)測結果顯示：鄰近建筑物的沉降位移，基坑圍護及支撐的變形位移均在設計允許范圍內且沉降位移變形值基本偏小。實踐證明本基坑圍護設計及挖土降水方案切實可行，施工中基坑工作狀態(tài)相對穩(wěn)定安全，保護了周邊地下道路和建筑的安全且對周邊環(huán)境產生的變形影響較小，達到了預期的效果。

TU473.2

C

1008-3197（2012）03-12-04

2012-03-20

楊 陽/女，1987年出生，助理工程師，上海市第七建筑有限公司，從事建筑施工工作。

□尤雪春/上海市第七建筑有限公司。