地鐵車站基坑方案對古建筑保護效果的分析研究

王建勛

（上海市隧道工程軌道交通設計研究院，上海 200235）

地鐵車站基坑方案對古建筑保護效果的分析研究

王建勛

（上海市隧道工程軌道交通設計研究院，上海 200235）

古建筑保護對于地鐵深基坑設計具有特殊性和針對性。對古建筑這類工程環境風險控制，地鐵深基坑變形控制及針對性措施是分析和研究的重中之重。結合寧波軌道交通2號線城隍廟站深基坑的工程實踐，介紹了城隍廟古建筑保護的變形控制標準、要求及采取的具體保護措施，并通過實際監測數據分析了對城隍廟古建筑的保護效果，為類似工程積累了經驗。

地鐵車站；基坑變形控制；針對性措施；古建筑保護效果；分析

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.013

近年來，隨著軌交建設成網式發展,在復雜環境中車站深基坑的數量越來越多，車站深基坑周圍環境保護要求也越來越高，特別在基坑周邊有文物保護價值的古建筑情況下，更是需對車站深基坑設計提出一系列特殊要求，以確保其結構及變形滿足安全及使用要求。實際工程中往往由于缺乏古建筑保護的一些具體量化要求和統一性標準，深基坑設計對古建筑保護效果分析往往缺乏針對性和系統性。寧波軌道交通2號線城隍廟站東側附屬基坑設計過程中初步比較分析并確定了古建筑保護的變形標準，采取了多種針對性措施，有效地控制了基坑變形及地面建筑沉降，保護了城隍廟古建筑。

1 工程概況

寧波市軌道交通2號線一期工程城隍廟站沿解放南路呈南北走向，騎跨縣學街，周邊建筑密集，環境復雜，車站東側為城隍廟古建筑，為市級文物保護建筑，條形基礎，木結構+專混結構型式。地鐵車站主體基坑深約17.55m，東側附屬為帶物業開發的地下2層結構，基坑深度約10.5m，局部深坑落低約12m。城隍廟古建筑距離車站主體基坑較遠，最近處約38m。古建筑距離東側附屬基坑距離較近，最近處約4.6m，（見圖1)。由于東側附屬基坑距離城隍廟古建筑較近，基坑開挖對城隍廟古建筑影響較大，故本文主要是圍繞如何采取措施以控制東側附屬基坑開挖時的基坑變形，從而分析對城隍廟站古建筑保護的效果[1]。

圖1 城隍廟站總平面圖

2 工程地質情況

根據勘察資料，本場地自地表至67.0m深度范圍內所揭露的土層均為第四紀松散沉積物，按其成因可分為9層，并細分為16個工程地質亞層。所見土層自上而下依次為①1雜填土層、①3淤泥質黏土層、②2b淤泥質黏土層、②2c淤泥質粉質黏土層、③1砂質粉土層、③2粉質黏土層、④1淤泥質黏土層、⑤1粉質黏土層、⑤2粉質黏土層、⑥2粉質黏土層、⑥2a黏質粉土層、⑥3黏土層、⑦1粉質黏土層、⑧1粉砂層、⑧1a粉質黏土層、⑨1粉質黏土層。城隍廟站東側附屬基坑開挖范圍內為坑底為①、②層淤泥質飽和軟黏土中，含水量大，具有流塑性特征，基坑坑底位于②2c淤泥質粉質黏土層中。

3 基坑圍護方案

3.1 古建筑現狀

寧波市城隍廟為市級文物保護，主體建筑為為磚、木、石混合結構，局部木柱被鋼管柱代。坐北朝南，以南北為軸線，平面布局呈縱長方形，中軸線上有高大的照壁，向內依次為正門（頭門）、儀門（二門）、戲臺、正殿、后殿。殿前兩側為廂房、看臺。正門為磚木結構，主要為木構架承重。儀門為2層磚木結構，主要為木構架承重。戲臺為2層石、木混合結構，主要為木結構承重，1層局部設有石柱。正殿為磚木結構，主要為木構架承重(見圖2)。

圖2 城隍廟古建筑平面布置圖

根據《寧波市郡廟文物建筑在相鄰工程施工前勘察報告》文物設甲字0201SJ0031第2012—006號，寧波市郡廟各單體整體傾斜方向無明顯規律，大部分測點傾斜率小于《危險房屋鑒定標準》（JGJ125—99 2004年版）規定的傾斜率限值10‰，東西向0.7‰～7.8‰，南北向0.7‰～9‰。由于房屋建造年代久遠，個別測點傾斜率較大，東西向局部點達到11.6‰，22‰，南北向局部點達到13‰，14‰，但不排除原始建造時，特意留有側角。

3.2 基坑圍護方案

城隍廟站東側附屬基坑位于原玲瓏賓館拆遷地塊，原玲瓏賓館地塊拆遷后遺留了大量Φ426mm沉管灌注樁老樁基和地下室（頂板已清除，地下室范圍回填了大量的建筑垃圾），另外，還有地下室圍護樁等障礙物。如按照傳統方式對地下室進行開挖清除，易引起古建筑開挖前的附加沉降。由圖1可知，東側附屬基坑為南北向長條形基坑，且與城隍廟古建筑平行且臨近，基坑開挖也不利于對城隍廟古建筑的保護。基于從清障-成樁-基坑開挖全過程對城隍廟古建筑的變形控制，圍護方案采取了以下幾種措施。

3.2.1 圍護方案的選擇

基于避免開挖清障對城隍廟古建筑的影響，東側附屬基坑圍護樁臨城隍廟側選用了1000mm@750mm咬合樁的圍護型式。與地墻圍護型式相比，避免了地墻由于塊石無法成槽及成槽對城隍廟古建筑影響的難題；與鉆孔灌注樁圍護型式相比，減少了一道止水帷幕，在基坑距離古建筑較近且地方局促的情況下較好地解決了場地要求問題。咬合樁圍護型式在寧波地區的海相飽和軟黏土深基坑中首次應用，且在本工程設計過程中為充分考慮基坑本身受力及城隍廟古建筑的保護。咬合樁主要有兩點特色：

1）為保證結構受力，A/B樁均采用了配筋的受力模式，與傳統A/B樁間隔素樁的不同，B樁采用矩形配筋模式參與受力，A樁采用圓形均勻配筋模式參與受力，此方式首先可增強整體受力性能，保證變形的協調一致，另外，通過B樁分單A樁的受力模式，可減少A/B樁的成樁直徑，減少對場地的需求及成孔塌孔風險對古建筑的潛在風險(見圖3、圖4）。

圖3 傳統咬合樁施工順序

圖4 本工程咬合樁施工順序

2）圍護樁樁基成孔過程中泥漿護壁等柔性成孔護壁手段容易引起城隍廟站古建筑附加沉降，且一旦施工過程控制不好，容易造成塌孔風險，對城隍廟站古建筑保護不利。另外結合圍護樁成樁過程一次清障且制成新樁的思路，圍護樁采用了鋼套管剛性護筒+全回旋鉆鉆機清障和成孔模式，此方案較好了解決了清障、新樁成樁，城隍廟站古建筑保護的相互矛盾關系。根據現場時測數據顯示，咬合樁成樁過程中，咬合樁成樁垂直度控制在1/300之內，A樁與B樁咬合較好；另在成樁過程中城隍廟站古建筑基本無變形，達到了基坑開挖前城隍廟古建筑變形控制的保護效果。

3.2.2 支撐體系的選擇

為充分利用“時空效應”，減少大型基坑變形不易控制的因素，城隍廟站東側附屬基坑分成四個基坑，由北向南依次為E-Ⅰ、E-Ⅱ、E-Ⅲ、E-Ⅳ區，實施跳倉施工。各個小坑沿基坑深度均設置兩道剛度較大的鋼筋混凝土支撐，控制基坑變形。其中E-Ⅰ、E-Ⅱ、E-Ⅳ區考慮施工道路需求，局部結合第一道鋼筋混凝土支撐設置了棧橋板，第一道支撐截面 800mm× 1 000mm，頂圈梁 1 000 mm×1 200m m；第二道支撐截面1100mm×800mm，圍檁截面1200mm×900mm(見圖5)。

圖5 混凝土支撐平面布置圖

3.2.3 地基加固型式

為了有效抑制基坑開挖過程中的圍護墻側移及坑底踢腳滑移等情況，保護城隍廟古建筑，東側附屬基坑沿城隍廟古建筑側設置12m寬攪拌樁裙邊加固，深度從第二道支撐底至坑底下4m，坑底以下加固采用強加固，水泥摻量采用25%，坑底以上加固適當弱化，在保護城隍廟古建筑時兼顧基坑開挖的難度，加固水泥摻量采用15%(見圖6)。

3.3 古建筑保護標準

目前，深基坑開挖階段對具有文物保護價值的古建筑保護標準沒有具體的標準和要求，但實際操作過程中，文物保護建筑具有特殊性和高要求性。故本工程在設計過程中參考各

類規范及報告[2]，初步分析了各類規范對于建筑的變形控制標準和要求，從嚴控制的角度確定了本工程古建筑的變形控制標準（見表1）。

圖6 臨古建筑側基坑剖面圖

表1 建筑保護標準對比表

3.4 環境影響計算分析

根據上述各種措施下，為了研究東側附屬基坑開挖過程中對城隍廟古建筑的影響，以便指導設計和驗證是否滿足標準要求，本次分析土體采用二維平面應變單元模擬，材料本構模型取用Hardening-Soil模型（各向同性硬化模型）。計算結果見圖7、圖8。

圖7 基坑封底時地層水平位移云圖（Umax=-6.90mm）

圖8 基坑封底時地層豎向位移云圖（Umax=7.36mm）

基坑本身變形滿足一級基坑變形要求，地面最大沉降≤0.14%H=14.7m，圍護結構水平位移≤0.1%H=10.5m。城隍廟古建筑的變形計算結果見圖9和表2。

圖9 城隍廟站古建筑底板位移矢量圖

表2 基坑封底時既有建筑最大豎向及水平位移匯總

計算結果表明，地表最大沉降量為2.21mm，城隍廟古建筑最大傾斜量0.044‰，根據古城隍廟建筑的保護標準可知，基坑對城隍廟古建筑的影響是安全的。

4 理論計算值與實測值對比分析

從2013年9月份開始至2014年7月份期間，收集了E-1、E-Ⅱ、E-Ⅲ、E-Ⅳ4個基坑各層土開挖工況下圍護結構水平位移及城隍廟古建筑的各監測點的沉降監測值見表3。

表3 臨坑側監測點實測值記錄表

根據表中監測數據可以看出，3#坑的圍護結構水平位移及城隍廟古建筑的沉降明顯較大，顯得較異常，經對施工過程調查和了解，3#基坑開挖由于某些客觀原因，基坑以上裙邊加固無法實施，圍護結構位移不斷發展。4#基坑由于監測點較其他監測點距離基坑較遠，故相對較小一點。所以，從表中大致可以看出，圍護結構水平最大實測水平位移約16mm左右，城隍廟古建筑沉降量實測最大約6mm左右，并根據監測點之間換算得到城隍廟站古建筑最大傾斜率為0.022‰。與理論計算值相比較，圍護結構水平位移大于理論計算值，城隍廟古建筑的沉降量與傾斜與計算值相差不大，由于計算模型和參數的選擇具有一定差異性的客觀性，故基坑采取保護措施與城隍廟古建筑的保護具有一定的合理性，并符合給出的標準要求。

5 結論與建議

1）圍護樁采用鋼套管剛性護筒+全回旋鉆鉆機鉆孔的咬合樁能滿足有障礙物和特殊保護要求的復雜環境風險，從全過程變形控制角度來說，此種類型的咬合樁及工藝基本能消除基坑開挖前的前期影響。

2）基坑分坑施工，充分利用“時空效應”，采取剛度大的圍護樁和砼支撐，并采取大裙邊強加固，能有效抑制基坑變形，控制周邊環境風險。

3）本工程古建筑的保護標準依據各個規范和專業鑒定報告確定，根據理論計算和實際監測數據，標準要求具有一定的合理性，對于類似工程具有一定的借鑒。

【1】董月英.深基坑開挖對周邊環境影響的有限元分析[J].西部探礦工程,2008（3）:04～06.

【2】GB50497—2009建筑基坑工程檢測技術規范[S].

Analysis of Protective Effect of Foundation Pit of MetroStation on Ancient Buildings

WANG Jian-xun
（ShanghaiTunnelEngineering&RailTransitDesignandResearchInstitute，Shanghai 200235，China）

Theprotectionofancient buildingshasspecial characteristicsandpertinenceto the design ofsubwaydeep foundation pit.To control the environmental risk of the ancient buildings,the deformation control and the corresponding measures of the subway deep foundation pit are analyzed and studied.Combination of Ningbo Rail Transit No.2 line temple station deep foundation pit engineering practice,introduces the Chenghuang Temple ancient building protection of deformation control standards,requirements and specific measuresfor the protection,and the protective effect of the ancient temple of the building is analyzed by using the actual monitoring data, accumulatedtheexperienceforthesimilarengineering.

metrostation;foundationpitdeformationcontrol;specificmeasures;protectioneffectofancientbuildings;analysis

U213.4

A

1007-9467（2016）07-0062-04

2016-03-09

王建勛（1983～），男，江蘇宜興人，工程師，從事地鐵車站結構設計與研究，（電子信箱）543800337@qq.com。