歷史風(fēng)貌區(qū)復(fù)雜環(huán)境下深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)

□文/楊 陽 尤雪春

□尤雪春/上海市第七建筑有限公司。

歷史風(fēng)貌區(qū)復(fù)雜環(huán)境下深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)

□文/楊 陽 尤雪春

通過在天津市市中心五大道歷史風(fēng)貌區(qū)復(fù)雜周邊環(huán)境和狹窄場地中進(jìn)行深基坑的施工實(shí)踐，除優(yōu)選圍護(hù)設(shè)計(jì)方案外，關(guān)鍵是對(duì)基坑圍護(hù)施工的全過程各個(gè)環(huán)節(jié)上運(yùn)用技術(shù)手段加以綜合控制，才能嚴(yán)格有效地控制并減小基坑及周邊環(huán)境的變形，取得對(duì)周邊環(huán)境理想的保護(hù)效果。

深基坑；支撐；棧橋；降水；歷史風(fēng)貌

1 工程概況

云南路商務(wù)會(huì)館工程建筑高度12m（閣樓層頂板標(biāo)高16m），為地下3層，地上4層的私人會(huì)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(shè)計(jì)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(dá)-15～-16m。

2.1 周邊建筑情況

項(xiàng)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(cè)，基坑周邊環(huán)境見圖2。

東鄰天津浩天房地產(chǎn)開發(fā)有限公司5.4m，南靠青海省新遠(yuǎn)對(duì)外貿(mào)易股份有限公司3.7m，西側(cè)距重慶道2.4m，北側(cè)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(hào)住宅樓。該建筑建于20世紀(jì)初期，為主體3層（屋頂加設(shè)閣樓層）磚木結(jié)構(gòu)，平面成矩形，長度約14.52m，寬度為11.61m，總高度為8.90m。樓蓋結(jié)構(gòu)采用木龍骨，屋蓋結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)使用年限，歷經(jīng)天津地區(qū)地震災(zāi)害的影響，雖經(jīng)簡單抗震加固，但建筑物現(xiàn)狀抗震構(gòu)造措施仍不完善，部分上部主體結(jié)構(gòu)構(gòu)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(cè)埋設(shè)有路燈、天然氣、供電、熱力管線，埋深0.36～0.75m；沿云南路一側(cè)埋設(shè)有電信、路燈、天然氣、供電管線，埋深0.27～0.76m；東南側(cè)為已廢除的給水管線，埋深0.69～0.76m；西南側(cè)為供電管線，埋深 0.68～0.75m。

2.3 工程地質(zhì)情況

依據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，場地地勢基本平坦，場地內(nèi)實(shí)測絕對(duì)標(biāo)高為4.27m（相對(duì)標(biāo)高為±0.00m）。該場地埋深40.00m范圍內(nèi)，地基各土層主要物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)

續(xù)表1

2.4 深基坑施工特點(diǎn)

深基坑面積基本占據(jù)了整個(gè)場地，周邊可利用的場地非常狹小。由于施工場地小，機(jī)械回轉(zhuǎn)空間小，部分材料加工堆放區(qū)只能設(shè)在基坑邊，對(duì)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(hù)要求高，建筑物牢固性差，墻磚強(qiáng)度等級(jí)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(jié)構(gòu)的安全性和居住使用功能，基坑開挖前做出加固修復(fù)設(shè)計(jì)，對(duì)各類損壞的結(jié)構(gòu)構(gòu)件采取加設(shè)鋼筋混凝土圈梁、構(gòu)造柱、鋼拉桿等適宜的抗震構(gòu)造措施，更換開裂、糟朽及較大變形的木結(jié)構(gòu)構(gòu)件，做好周邊環(huán)境及建筑的保護(hù)工作及變形控制。

3 基坑圍護(hù)方案的選擇及優(yōu)化

3.1 設(shè)計(jì)方案

在確保基坑圍護(hù)體系安全可靠的前提下，嚴(yán)格有效地控制并減小基坑及環(huán)境的變形是圍護(hù)設(shè)計(jì)及施工中的一個(gè)重點(diǎn)控制項(xiàng)目。即按照“基坑變形控制更嚴(yán)于強(qiáng)度控制”的目標(biāo)要求，宜采用剛度較大，穩(wěn)定性較強(qiáng)的圍護(hù)支撐體系。

經(jīng)優(yōu)化和計(jì)算，SMW工法樁結(jié)合3道鋼筋混凝土支撐、對(duì)撐加角撐的基坑圍護(hù)方案能夠在滿足基坑及周邊建筑環(huán)境變形控制的同時(shí)使成本目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

SMW工法樁圍護(hù)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(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比為22%，水灰比為1.5；內(nèi)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(yùn)輸，將圍護(hù)方案進(jìn)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(hù)施工過程控制

1）在支護(hù)樁施工前完成臨近老建筑的安全鑒定并通過設(shè)計(jì)確認(rèn)。

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

3）根據(jù)勘察報(bào)告，工法樁會(huì)穿過施工場地的微承壓含水層。由于常規(guī)設(shè)備穿過該段粉土層會(huì)存在一定的施工難度，故應(yīng)確保成樁深度和質(zhì)量。宜先打試樁，及早發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

4）型鋼拔出后，對(duì)留下的空隙應(yīng)及時(shí)采取注漿等充填措施。

5）工程樁施工時(shí)不得就地打井取水。

6）施工樁位與設(shè)計(jì)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(yīng)補(bǔ)樁處理，以保證攪拌樁的搭接；不能補(bǔ)樁的部位采用高壓旋噴樁處理。

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

8）若支護(hù)樁間流土，采用打木楔、掛鋼絲網(wǎng)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(jìn)行基坑降水。

1）明排水施工。基坑開挖時(shí)均采取坑內(nèi)明排水方法。在內(nèi)設(shè)置井字形排水溝，溝寬400mm、深400mm，泛水為1%，以保證坑內(nèi)積水泌出排向集水井。集水井按20～30m在基坑內(nèi)均勻設(shè)置，尺寸為400mm×400mm×500mm。現(xiàn)場應(yīng)配備足夠的潛水泵，由專人負(fù)責(zé)將積水及時(shí)抽出坑外匯入外圍排水明溝，再用強(qiáng)排方式將溝內(nèi)積水排出。為確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全，集水井及排水溝布置在距離圍護(hù)1.5m以上位置。

2）水泥管疏干井布置。根據(jù)單口疏干井控制面積為250m2的原則，整個(gè)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(duì)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(shè)置4口降壓鋼管井，井深25m，孔徑650mm。過濾器為圓式?jīng)_孔過濾器，外包濾網(wǎng)。降壓井采用1臺(tái)GPS-10型鉆機(jī)干取土式回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)清水護(hù)壁的成孔工藝，成孔后進(jìn)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(shè)置6口坑外觀測鋼管井，井深22m，孔徑 650mm。

5）坑內(nèi)外水位觀測。在降水過程中，由專人負(fù)責(zé)，24h值班，按時(shí)觀測坑內(nèi)外水位下降情況和流量變化等，及時(shí)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(gè)標(biāo)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?yún)^(qū)對(duì)稱推進(jìn)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(guān)鍵。每次挖土必須嚴(yán)格遵循“先撐后挖”的原則分層開挖，挖土順序應(yīng)嚴(yán)格按施工方案要求，與支撐的制作緊密結(jié)合，穿插進(jìn)行；開挖面的高差應(yīng)控制在4m以內(nèi)并宜按1∶1.5放坡。對(duì)于第2次挖土高差5.55m應(yīng)當(dāng)采用分層開挖；挖機(jī)如需跨越非棧橋的支撐上運(yùn)作，則必須先在支撐兩邊覆土高于支撐頂面300mm并鋪設(shè)鋼走道板架空；嚴(yán)禁挖機(jī)在支撐上運(yùn)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(yīng)待支撐混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行下一次的土方開挖。

4）垂直挖運(yùn)土機(jī)械。挖土工程配備1臺(tái)長臂挖機(jī)在棧橋平臺(tái)上負(fù)責(zé)淺層土方的挖運(yùn)及深層土方的垂直駁運(yùn)裝車，配備2臺(tái)小挖機(jī)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(jī)垂直向上傳遞運(yùn)土裝車。

5）先四周后中央的放坡對(duì)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(duì)稱開挖，以使圍護(hù)結(jié)構(gòu)和已完成的支撐系統(tǒng)均勻受力，釋放應(yīng)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(jù)有異常，基坑變形超過設(shè)計(jì)要求、周邊建筑及道路等的變形量超過設(shè)計(jì)允許值，可以將中心島的土方進(jìn)行回填，以確保基坑安全；另一方面，可以盡快為支撐的結(jié)構(gòu)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(hù)體接縫處滲水，須及時(shí)采取有效地封堵措施。

6 基坑和周邊環(huán)境監(jiān)測及實(shí)施效果

6.1 監(jiān)測內(nèi)容

由于基坑開挖時(shí)的深井降水導(dǎo)致地下水位變化，挖土卸載過程對(duì)周邊環(huán)境有較大影響，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工過程中也將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大影響，因此要進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，連續(xù)監(jiān)測，具體監(jiān)測內(nèi)容及測點(diǎn)數(shù)量詳見表2。

表2 基坑及周邊環(huán)境監(jiān)測內(nèi)容

6.2 監(jiān)測結(jié)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(nèi)布置降水井進(jìn)行坑內(nèi)降水施工，通過基坑外側(cè)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(diǎn)外，地下水位始終控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。

2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂水平位移監(jiān)測結(jié)果。圖5為圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(jìn)行，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂?shù)乃轿灰瞥尸F(xiàn)階梯式變化，直至挖土結(jié)束，圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(nèi)。

3）臨近道路沉降監(jiān)測結(jié)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(diǎn)位于基坑?xùn)|北側(cè)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(yùn)行對(duì)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(jié)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(cè)，6#樓位于重慶道的西側(cè)，兩棟建筑雖然比較重要，但均與基坑之間距離較遠(yuǎn)；而4#樓及5#樓位于基坑的南側(cè)，距離基坑較近，是沉降變形監(jiān)測的重點(diǎn)對(duì)象。

各建筑的沉降觀測結(jié)果見圖8。在挖土階段，位于基坑南側(cè)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(cè)的1#樓、6#樓沉降變化較小，基坑施工對(duì)其影響很小。

7 結(jié)語

由于在基坑圍護(hù)、挖土降水施工過程中采取了一系列措施，監(jiān)測結(jié)果顯示：鄰近建筑物的沉降位移，基坑圍護(hù)及支撐的變形位移均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)且沉降位移變形值基本偏小。實(shí)踐證明本基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)及挖土降水方案切實(shí)可行，施工中基坑工作狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定安全，保護(hù)了周邊地下道路和建筑的安全且對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的變形影響較小，達(dá)到了預(yù)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。