復雜環境條件下深基坑工程設計與實踐★

邸 國 恩

(1.華東建筑設計研究院有限公司上海地下空間與工程設計研究院，上海 200011；2.上海基坑工程環境安全控制工程技術研究中心，上海 200011)

0 引言

隨著我國城市地下空間建設的不斷發展，復雜環境下的基坑工程越來越多。如何減小基坑實施對周邊環境的影響已經成為越來越多專家學者的重點研究方向[1-6]。本文以上海某醫院病房樓基坑為背景，介紹了復雜環境條件下基坑支護設計關鍵技術和實施情況，可為類似基坑工程設計提供借鑒和參考。

1 工程概況

背景項目為病房樓改擴建工程，位于上海市某醫院內，基坑面積約2 300 m2，開挖深度約12.50 m～12.75 m。院區內場地十分狹小，基坑緊鄰多幢建筑，南側與市級歷史保護建筑(科研樓)最近距離僅為6 m，周邊環境條件十分復雜，環境保護要求很高，基坑環境平面圖如圖1所示。本工程重點保護對象如下。

本工程基坑開挖面以上及基底附近以含水量高、流塑狀態的淤泥質土層為主，不利于基坑變形控制，需采取可靠擋土、隔水措施。土層物理力學指標如表1所示。

表1 土層物理力學性質綜合成果表

土層層厚/m重度/kN·m-3?/(°)c/kPa①素填土1.6518220②粉質粘土1.818.81721③淤泥質粉質粘土4.417.62010④淤泥質粘土8.216.81211⑤1a粘土4.518.11314⑤1b粉質粘土4.518.41618

2 基坑周邊重點保護對象

本工程周邊空間較小，建筑物非常密集，基坑面臨著鄰近建筑和樹木保護的難題。基坑周邊重點保護對象如下。

2.1 市級保護建筑科研樓

基坑南側為市級歷史保護建筑科研樓，該樓與本基坑角部的最近距離僅6.3 m。該樓上部結構為5層磚混結構，局部1層地下室，鋼筋混凝土墻下條形基礎，條基下為樁徑0.1 m、樁長3.6 m的木樁，樁端持力層為淤泥質粉質粘土層。

2.2 廣玉蘭樹

基坑南側科研樓與基坑之間有一排廣玉蘭樹，樹干中心與基坑的距離約為4.0 m。在圍護墻施工期間需要采取措施保護樹根不受水泥漿液的侵害。

2.3 對東側和北側鄰近建、構筑物

基坑北側為新建門診樓，與基坑距離約7.7 m，采用灌注樁基礎；基坑東北側為急診樓，與基坑距離約12.0 m，天然基礎埋深1.1 m；基坑東北角距離2.5 m處為已建化糞池；基坑東側為病房手術大樓，距離約6.5 m，天然基礎埋深2.7 m；基坑西南角距離7.2 m處為鍋爐房。

3 設計對策與保護措施

基于周邊環境保護要求高的特點，本工程采用了“兩墻合一”地下連續墻+三道支撐設計方案。

3.1 地下連續墻設計

基坑周邊采用“兩墻合一”地下連續墻，墻厚800 mm，基底以下嵌固深度為13.0 m～17.1 m。根據周邊建筑超載和施工荷載對地下連續墻進行了設計計算。槽段間施工接頭采用圓形鎖口管接頭。為了防止槽壁坍塌對鄰近建構筑物等產生不良影響，化糞池產生影響，對地下連續墻兩側采用φ700@500單排雙軸水泥土攪拌樁進行槽壁加固。采用雙軸水泥土攪拌樁對被動區土體進行加固，以增加被動區土體抗力，減小基坑變形。南側基坑支護結構剖面如圖2所示。

3.2 水平支撐設計

醫院內部場地狹小，環境保護要求很高，且尤其對施工噪聲提出了很高要求。考慮到醫院的實際情況，本工程基坑設置了三道支撐體系，支撐平面呈十字正交布置，第一道支撐為鋼筋混凝土支撐，第二、三道支撐為φ609×16雙拼鋼管支撐。第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐，并將第一道支撐與施工棧橋和材料堆場結合設計。第二道和第三道支撐均為雙拼鋼管支撐。鋼管支撐具有安裝拆除便捷、能施加預應力控制變形、施工噪聲小、施工速度快等特點，有利于基坑的變形控制。第二、三道支撐圍檁采用2H700×300雙拼型鋼，對撐采用雙拼φ609×16鋼管，角撐及八字撐采用H400×400型鋼。第二道、第三道支撐每根鋼管施加1 500 kN預應力，分為三級施加，每級為500 kN(見圖3)。

3.3 土體加固

對緊鄰建筑的基坑東側、南側以及基坑西側陽角部位被動區土體采用φ700@500雙軸水泥土攪拌樁進行加固。雙軸水泥土攪拌樁加固體寬度5.2 m，加固范圍為第二道支撐底至基底以下4.0 m，加固體水泥摻量基底以上8%，基底以下12%。水泥土攪拌樁加固體呈墩式分布，攪拌樁呈格柵狀排列。

3.4 對周邊建、構筑物的保護措施

3.4.1對市級歷史保護建筑科研樓的保護措施

在設計和施工階段，對教學科研輔助大樓的保護措施大概有如下幾條：1)對鄰近保護建筑范圍對被動區土體進行滿堂加固，以增加被動區土體抗力，減小圍護體變形和坑底隆起量；2)在鄰近建筑基礎周圍預埋注漿管，根據監測數據，在大樓基礎下采用雙液跟蹤注漿加固基礎底面下的土體；3)施工期間，科研樓側嚴禁任何形式的施工超載；4)基坑開挖充分利用時空效應，盡可能減小科研樓側圍護墻暴露長度及無支撐暴露時間，且該側分塊開挖長度不大于15 m；5)在科研大樓上設置沉降觀測點，并進行結構裂縫的初查，基坑開挖期間加強觀測，并根據監測結果及時調整施工速度，做到信息化施工。

3.4.2對廣玉蘭樹的保護措施

本工程南側有一排廣玉蘭樹，根據樹冠半徑估計，廣玉蘭樹的主要根系與地下連續墻的凈距僅為1.0 m，施工過程中水泥漿液的滲透極有可能會對樹木的根系產生影響。為了保護樹木，在雙軸水泥土攪拌樁前，預先在廣玉蘭樹和基坑之間增打一排鋼板樁，利用鋼板樁形成屏障阻隔水泥漿液的滲透，防止廣玉蘭樹的根系受到影響。鋼板樁采用小企口方式打入，并對鋼板樁接縫處作防水處理。鋼板樁隔離屏障剖面見圖2。鋼板樁隔離屏障布置見圖4。

3.4.3對東側和南側鄰近建、構筑物的保護措施

本工程四周存在門診樓、急診樓、化糞池、臨時鍋爐房等建筑，在設計和施工階段，采取了如下保護措施：1)在鄰近周邊建筑區域，對被動區土體進行墩式加固，以增加被動區土體抗力，減小圍護體變形和坑底隆起；2)在地下連續墻成槽前，對化糞池與基坑之間的土體采用壓密注漿進行預先加固，以減小地下連續墻成槽和基坑開挖對化糞池的影響；3)基坑東側施工超載限制在10 kPa以內；4)基坑開挖過程中充分利用時空效應，在鄰近建、構筑物側，盡可能減小圍護體暴露長度及無支撐暴露時間，要求該側分塊開挖長度不大于20 m；5)在鄰近建、構筑物上設置沉降觀測點，并進行結構裂縫的初查，基坑開挖期間加強觀測，并根據監測結果及時調整施工速度，做到信息化施工。

4 實施情況

本工程實施過程順利，基坑監測表明整個基坑施工過程中地下連續墻的變形不大于28.2 mm，教學科研輔助大樓的沉降變形不大于9.8 mm，新建門診樓的沉降變形不大于11.1 mm。本工程基坑開挖對周邊環境影響較小，具有良好的社會經濟效益。現場施工實景如圖5所示，鄰近科研樓和鄰新門診大樓的圍護墻側向位移如圖6所示。

5 結語

1)針對背景基坑工程周邊復雜的環境情況，選用了合理的支護結構形式，并采取了被動區土體加固、增打鋼板樁等措施，有效的保護了周邊環境條件。2)地下連續墻具有側向抗彎剛度大的優勢，因此采用“兩墻合一”形式的地下連續墻可以有效控制基坑變形。3)采用水泥土攪拌樁對被動區土體進行加固，能夠增大被動區土體抗力，減小基坑開挖階段支護結構的變形。4)采用鋼板樁可有效的隔斷水泥漿液，避免水泥土攪拌樁和地下連續墻施工對樹根產生不良影響。