緊鄰既有磚混結構住宅的深基坑工程變形控制技術研究

翁益民

（上海市建設工程安全質量監督總站，上海 200032）

1 概述

隨著城市開發建設的深入推進，復雜環境下深基坑施工已成常態，針對深基坑周邊建筑物及附屬構筑物保護已成迫切需求，以往常常通過圍護支撐設計加強及周邊土體加固相結合的方式進行高標準設計施工，此方法雖可有效控制基坑變形，但成本較高，施工工藝較為復雜[1-3]。因此，結合既有建筑實際損傷情況針對性地保護凸顯價值，深基坑施工變形控制和既有磚混結構住宅糾偏修復相結合顯得尤為重要。

2 工程概況

2.1 工程建設概況

復旦大學附屬中山醫院擴建工程項目總用地面積57294 平方米，工程總建筑面積為106850 平方米，其中地上建筑面積74450 平方米，地下建筑面積為32400 平方米。地上包括一棟醫療科研綜合樓（20F，建筑高度87.95 米）、一間輔助用房（2F，建筑高度14.1 米）、一個沿街連廊（2F，建筑高度10.2 米）和一個門頭（建筑高度13 米），北側地下二層至已建好的東院地塊地下兩層有連接通道。地下為3 層地下室，醫療科研綜合樓采用鉆孔灌注樁筏板基礎，地下室筏板厚度700mm，主樓地下筏板厚度1400mm；輔助用房采用PHC 樁+柱下獨立承臺基礎形式，承臺厚度800mm 和1000mm。

2.2 周邊環境概況

該項目位于復旦大學附屬中山醫院本部西院區南端（圖1），基地南鄰斜土路，東側鄰近楓林路，西側為已建好的復旦大學上海醫學院、尚誼小區。

圖1 項目地理位置

場地南側：基坑距離紅線約2m，紅線外為斜土路，為雙向兩車道，寬度約為21m，道路對面為西摩小區，為磚混結構。

場地北側：基坑距離紅線大約25～35m，紅線外為中山醫院主樓區域。

場地東側：基坑距離紅線8～13m，紅線外為楓林路，至南向北單向兩車車道，寬度約為15m，道路對面為中山醫院東院，為框架剪力墻結構。

場地西側：基坑距離紅線大約6～20m，紅線外為六層磚混結構，尚誼小區（圖2）。

圖2 既有磚混結構住宅（西側尚誼小區）

3 工程特點與難點

3.1 本工程基坑開挖面積達到11713 平方米，周邊延長米440.0 米，普遍區域基坑開挖深度15.65～16.35m；局部落深坑區域高差0.8m～3.45m。場地周邊管線情況較為復雜，場地南側斜土路內距地庫范圍線約11.1～30.1m內有信息、合流、配水、煤氣等管線；場地東側楓林路內距地庫范圍線約12.6～34.1m內有供電、煤氣、雨水、信息、配水等管線。

3.2 新建基坑與西側復旦大學上海醫學院相距約39.4米、與西側低層住宅最近相距約11.6m，與東側為楓林路相距最近約16m，與北側待拆8 號樓相距約9.3m，與南側為斜土路低層住宅相距約34m。本項目結構體量大、結構復雜，混凝土標號多、強度大，地理位置的特殊性，環境安全級別高，基坑安全等級為一級，環境保護等級為西側一級，其余三側為二級，施工中極有可能面對擾民與民擾的問題，尤其西側尚誼小區住宅，為重點保護對象和研究對象。

4 深基坑變形控制技術

4.1 既有磚混結構住宅糾偏修復

4.1.1 既有磚混住宅結構概況。工程西側3 幢居民樓房屋：斜土路1855 弄1 號～3 號、4 號、5 號三幢居民住宅樓，均為七層磚混結構，建于二十世紀九十年代，基礎采用條形基礎形式，房屋原有沉降均已基本穩定，房屋在深基坑施工前已出現一定裝飾裝修開裂、面磚開裂、室內外地坪開裂、外墻窗角細縫等損壞現象，房屋主體結構整體性及抗變形能力均一般。施工過程中特別是基坑開挖會引起周邊土體擾動變形，對被檢測房屋會產生一定的附加沉降變形，部分房屋目前存在一定的傾斜變形（圖3）：1855 弄1～3 號房屋向東（向基坑方向）傾斜，最大傾斜率為向東4.0‰；1855 弄4 號、5 號房屋東西向整體向西傾斜，最大傾斜率為向西（北向基坑方向）5.1‰，故施工過程中均應當對測點傾斜率超過4‰的房屋重點監測。

圖3 1885 弄三棟房屋傾斜初始情況

4.1.2 糾偏修復思路。考慮到項目工期及經濟成本，傳統的房屋糾偏方式（壓樁掏土糾偏法、頂升糾偏法、堆載法等）不適用于斜土路1855 弄1 號～3 號、4 號、5 號三幢居民住宅樓，可結合新建深基坑圍護設計、土體開挖、地下結構回筑等階段控制土體擾動變形，進而精準控制房屋附加變形，從而實現新建項目施工與房屋糾偏相結合。

4.2 圍護支撐設計要點

本工程基坑采用順作法，圍護結構采用地下連續墻+三道鋼筋混凝土水平支撐的圍護體系。周邊圍護體系：基坑圍護選用800mm厚地下連續墻。西側臨近居民樓區域增設?600@800 鉆孔灌注樁?650@450 三軸攪拌樁止水帷幕做隔離，并預留注漿管，以減少基坑開挖對環境的影響。內支撐體系：考慮到基坑周邊環境特點和開挖深度，內支撐采用“對撐+局部角撐”的布置形式，設置三道鋼筋混凝土水平內支撐。首道支撐砼設計強度C30，第二、三道支撐砼設計強度C40。本工程地下一層與地下二層樓板缺失處換撐以及西側坡道換撐為鋼支撐，采用為?609×16 鋼管。采用自動軸壓伺服系統作為鋼支撐。第一、二道鋼支撐預加軸力為7000KN、12500KN。

坑內加固體系：基坑周邊跨中區域和局部落深坑區域土體加固采用三軸水泥土攪拌樁（?850@600）形式，攪拌樁水泥摻量為20%。部分深坑采用?800@600 高壓旋噴樁（水泥摻量25%）加固。

降水設計：本工程按照“按需、分階”的降水原則，采用真空深井（疏干井）降水，基坑內共布置60 口疏干井和4 口坑內潛水觀測兼備用井，井點深度22m。

4.3 深基坑施工變形控制

4.3.1 基坑開挖。基坑面積約11713m2，周邊延長米440.0 米。普遍區域基坑開挖深度15.65m～16.35m；局部落深坑區域高差0.8m～ 3.45m。根據工期節點要求制訂相應的施工流程安排，并結合基坑圍護圖紙，安排挖土流程，每個施工段中各個區相對獨立，各區域的土方開挖均按正常施工程序進行施工。土方采用盆式開挖，總原則是“分區、分層、分段、限時、對稱、均衡”，第一層土分3 個區大面開挖，盡快形式第一道支撐；第二、三層土共分為6 個區，土體開挖順序依次為：2-1 區→2-2-1 區+2-2-2 區→2-3-1 區+2-3-2 區→2-4-1 區+2-4-2 區→2-5-1 區+2-5-2 區→2-6-1 區+2-6-2 區，采用盆式，均衡、對稱開挖；第四層土根據施工后澆帶劃分，分為5 個區，均衡、對稱開挖。所有區域土方開挖面高差應控制在2.5～3.0 米內，按1：1.5 左右放坡，坑底留200～300。同時嚴格遵循“分層、分塊、盡早形成支撐或底板”的原則，最大程度減少基坑在無支撐情況下的裸露時間，有利于基坑變形控制。考慮到西側三棟磚混結構住宅初始變形不同，斜土路1885 弄4、5 號樓鄰近區域土方可先行開挖，相較其他分坑區域暴露時間略有增加，該區域土體應力釋放時間增長，將使1885 弄4、5 號房屋向西傾斜逐漸減小，進而糾偏修復房屋；而斜土路1885 弄1～3 號房屋鄰近區域土方最后開挖，開挖后將快速完成最后支撐施工，支撐形成整體受力，相較其他區域暴露時間大大縮短，將最大程度控制1885 弄1～3 號房屋向東傾斜擴大，有利于既有磚混結構住宅保護。

4.3.2 換撐及拆撐措施。支撐、棧橋拆除遵循“先換撐、后拆撐”的原則（圖4），采用靜力切割方式，結合西側既有房屋傾斜情況確定分區拆除順序為1 區→2 區→3 區→4 區→5區→6 區→7 區。

圖4 支撐拆除分區圖

換撐施工措施：①南側地下二層、三層轉換區域采用混凝土暗梁傳力至地下連續墻邊。②地下室底板后澆帶處設置型鋼換撐，型鋼為H400X400X13X21，底板后澆帶換撐間距為4m；地下一層、二層樓板或夾層板、地下室頂板后澆帶設置工字鋼換撐，換撐間距同結構梁（在結構梁位置設置），主梁位置設置2 根工字鋼32a，次梁位置設置1 根工字鋼32a。③后澆帶內需采用工字鋼和型鋼連接換撐，工字鋼、型鋼通過封頭板與樓板連接，并錨入樓板300，工字鋼、型鋼與封頭板連接處均滿焊，hf不小于8mm。并確保工字鋼與樓板連接緊密。④汽車坡道樓板缺失區域需設置鋼換撐，支撐采用?609x16 鋼管。⑤鋼材采用Q235b，焊條采用E43型。③地下室底板換撐帶施工完成后方可拆除第三道支撐；地下二層樓板換撐完成后，方可拆除第二道支撐；地下一層樓板傳力帶完成后，方可拆除第一道支撐。混凝土換撐板施工與中樓板一道施工，施工工藝同樓板施工。

4.4 既有房屋實時變形監測

4.4.1 周邊建筑物監測點布置。測點編號：基坑周邊房屋沉降監測點編號F。

設置目的：觀測基坑開挖過程中周邊房屋和圍墻的垂直位移及傾斜情況，掌握該區域土體的穩定性，了解基坑施工對周邊建（構）筑物的影響。

測點布設：在房屋基礎類型、埋深和荷載有明顯不同處及相應沉降縫、伸縮縫、新老建（構）筑物連接處的兩側布置監測點；建（構）筑物的角點、中點布置監測點，監測點距離小于20m，圓形、多邊形的建（構）筑物沿縱橫軸線對稱布置。

測點埋設：建（構）筑物沉降可使用建筑物原有的永久沉降監測標；若無，則在房腳適當位置埋設“L”型鋼筋或采用大射釘直接植入其內。

使用材料：鋼筋/永久沉降監測標/大射釘。

傾斜測量方法：采用全站儀和建筑工程質量檢測器對被檢的房屋外墻棱線進行測量，并進一步結合沉降差值復核傾斜測量結果。

4.4.2 變形監測結果分析。現場施工進度：2019.12.9～2020.3.19，樁基圍護施工；2020.3.20～2020.7.21，土方開挖， 支撐棧橋及墊層底板施工；2020.7.22～2020.12.15，拆撐、地下結構回筑至±0.00。通過設計及精細化基坑施工管理，斜土路1885 弄1～3 號房屋沉降監測點F121～F130 累計沉降值約為12～21mm，斜土路1885 弄4、5 號房屋沉降監測點F106～F120 累計沉降值在35～72mm。重點保護的三棟房屋傾斜狀況變化如圖5～7 所示，雖經歷鄰近深基坑施工全過程，斜土路1885 弄1～3 號樓棟向東傾斜值增加（0.14‰～0.17‰）較少，深基坑施工未造成該棟房屋變形擴大。而斜土路1885 弄4、5 號兩樓棟向西傾斜值逐漸減小，傾斜值減小約0.83‰～1.3‰，既有磚混結構因深基坑施工而糾偏修復，房屋自身原有裂縫逐漸愈合。

圖5 1～3 號樓傾斜變形情況（房屋整體向東傾斜）

圖6 4 號樓傾斜變形情況（房屋整體向西傾斜）

圖7 5 號樓傾斜變形情況（房屋整體向西傾斜）

F

5 結論

以往深基坑施工往往對周圍環境造成不利影響，通過設計及施工手段僅能最大程度降低不利影響。通過本工程實踐證明，采用深基坑工程變形控制技術因地制宜制定設計施工方案，合理控制土方開挖暴露時間及對撐形成時間，可“化不利為有利”進行周邊房屋糾偏修復，創造良好的社會價值和經濟價值，為類似工程提供一種新的解決思路。