溫州眼視光醫教樓改擴建工程基坑支護設計及監測分析

裴偉偉

（溫州設計集團有限公司，浙江 溫州 325000）

0 引言

隨著城市地下空間的開發向深層化、復雜化發展，隨之產生的大量基坑工程由于基坑開挖深度大、周邊環境敏感復雜而具有極大的難度。特別是城市舊城區臨近保護建筑的基坑工程，需要考慮建筑保護、環境保護、場地施工條件等因素。設計方往往通過支護結構與主體結構相結合的逆作法施工工藝以滿足有關各方的要求。逆作法采用蓋挖法施工，利用首層結構板作為施工平臺，利用結構樓板作為支撐體系，支撐剛度大，基坑變形小，并能大幅減少噪聲和粉塵的污染，可對周邊環境起到有效保護作用［1］。

1 工程概況

溫州眼視光醫教樓改擴建工程位于溫州醫科大學學院路校區內，由一幢 22 層的醫教樓和 5 層的裙房組成，設置二層地下室，采用樁筏基礎，工程樁采用機械鉆孔灌注樁。基坑開挖面積約 4 800 m2，底板開挖深度為 10.55 m，局部深坑開挖深度達 13.15 m。根據相關規范［2，3］，本基坑工程安全等級為一級。

1.1 周邊環境

工程場地位于溫州醫科大學校園內，周邊環境較為復雜。場地四周分布著河道及各種類型的建筑，具體詳見基坑周邊環境布置圖（見圖 1）。其中場地南側的 7# 樓承擔著眼視光醫院的住院部功能，業主要求在基坑施工期間不得影響其正常營業。由于該樓建于 1980 年左右，基礎和結構形式較差，且經過幾十年的使用，局部已出現傾斜及開裂現象。7# 樓基礎外邊緣與地下室側壁最近的距離約 6 m，如何保證基坑施工期間的安全和正常使用，成為本基坑設計的一個重點和難點。

圖1 基坑周邊環境圖

1.2 地質條件

本工程基坑開挖影響范圍內為典型的溫州軟土地質，主要由黏土、淤泥、淤泥質黏土、卵石組成，相關土體物理參數指標如表 1 所示。

表1 土體物力參數表

本場地淺層地下水為孔隙性潛水，主要賦存于黏土及淤泥層。地下水以接受大氣降水入滲補給為主，蒸發排泄及向下入滲補給深層地下水排泄方式為主。地下水穩定水位埋深一般在 1.20 m 左右。根據地區經驗，地下水年變動幅度在 1.00～1.50 m。

2 基坑支護設計

2.1 基坑總體方案設計

本基坑支護工程具有以下特點：

1）基坑開挖深度大，開挖深度 10.55～13.15 m；

2）地質條件復雜，地表以下 33 m 內基本為軟弱的淤泥和淤泥質黏土，淤泥含水量大，高壓縮性；

3）周邊環境復雜，環境保護要求高，尤其是業主對7# 樓的保護要求，是本基坑設計的一個重點和難點；

4）工程施工場地十分狹小，場地周邊可用作施工通道和材料加工場的只有場地西側。

經過多輪經濟技術比較，地下室基坑支護最終確定采用逆作法施工工藝。主樓核芯筒采用順做法施工，其余地下室結構采用逆作法施工。由于采用結構樓板作為水平支撐，支撐體系的平面內剛度大，可有效控制支護結構的變形，減少地下室開挖產生的土體變形對周邊環境的影響。地下室頂板作為施工場地以供材料堆放、加工和施工車輛通行，可有效緩解施工場地空間不足的問題。由于土方開挖大部分在地下室頂板下進行以及避免了大量臨時支撐的拆除，可以減少施工帶來的噪音和粉塵，減少對周邊環境尤其是 7# 樓住院部的影響。

逆作法基坑支護方案采用排樁作為擋土構件，排樁外側采用三軸水泥攪拌樁作為止水帷幕，坑底采用三軸水泥攪拌樁進行加固。地下室結構樓板作為水平支撐體系，利用主體結構的一柱一樁作為豎向支撐體系。

2.2 圍護結構設計

排樁采用機械鉆孔灌注樁。本基坑開挖深度范圍內的影響土層主要為深厚淤泥層，由于在地表以下 33 m左右存在卵石層，為提高基坑整體穩定安全系數和減少土體變形，樁端均進入卵石層，典型剖面如圖 2 所示。由于在施工首層板時，第一次土方開挖深度達到 2.1 m，為有效控制基坑變形，保護 7# 樓的安全使用，基坑南側采用雙排樁門式剛架作為支擋結構，雙排樁之間采用三軸水泥攪拌樁進行土體加固，南側剖面如圖 3 所示。

圖2 一般區域典型基坑支護剖面圖（單位：mm）

圖3 南側區域典型基坑支護剖面圖（單位：mm）

2.3 水平支撐體系設計

本工程地下室面積不大且工程樁樁端均進入卵石層，為保證開挖期間地下室結構整體剛度及避免增設后澆帶可能帶來的節點處理難度，經與土建設計單位協商，取消設置后澆帶。為提高土方開挖的效率和縮短土方開挖時間，在地下室首層板設置了 3 個出土口，其中主樓核芯筒作為主要的出土口，地下室的南側設置一個輔助出土口。為滿足施工車輛通行和材料堆場、加工場的需要，在地下室首層板設置了施工棧橋板，施工荷載考慮 25 kN/m2。頂板下土方開挖和水平運輸采用小型挖土機，垂直運輸采用長臂挖機。具體布置如圖 4 所示（圖中陰影區域為施工棧橋板）。

圖4 地下室首層逆作施工階段平面圖

2.4 豎向支承系統設計

逆作施工期間，利用主體結構的一柱一樁作為豎向支撐體系。立柱根據承受的豎向荷載，分別采用由四根 160 mm×14 mm、160 mm×16 mm 和 180 mm×18 mm 等邊角鋼和綴板拼接而成的格構柱。逆作施工完成后永久立柱外包混凝土形成勁性混凝土柱，臨時立柱在地下室結構完成后割除。立柱樁采用直徑 700 mm、800 mm 的鉆孔灌注樁，在樁頂 6 m 范圍內樁徑擴大至900 mm。立柱樁樁底持力層為卵石層，有效地提高了立柱樁的承載力并控制了立柱的沉降。

為方便地下室首層板框架梁鋼筋的施工，對格構柱與首層梁的連接方式做了技術處理，將格構柱的角鋼割至梁底，具體做法如圖 5 所示。

圖5 格構柱與首層梁板連接節點（單位：mm）

3 基坑監測分析

為了更好地指導地下室土方開挖和施工，保證地下室施工期間基坑及周邊建筑物的安全，結合相關規范［4］本工程設置了較多的基坑監測項目，以做到信息化施工。監測項目具體包括深層土體位移、坑外地表沉降及水平位移、立柱樁位移、結構構件軸力、圍護樁樁內水平位移、圍護樁身鋼筋應力、基坑周邊地下水位及周邊建筑物位移（沉降、傾斜）等。監測時間為 2015 年 01 月12 日至 2016 年 8 月 15 日地下室施工完成且數據穩定后結束。

3.1 深層土體位移監測

本工程共設置 10 個深層土體位移監測點，采用CX-3C型測斜儀監測，監測精度 0.01 mm。各監測點最大位移如表 2 所示，最大深層土體位移為 24.86 mm（CX 5 號點），小于位移報警值 60 mm。各監測點最大位移均發生在基坑開挖到坑底時段，隨著地下室底板完成，主體結構向上施工，后期位移有所回彈，如圖 6 所示（以 CX 5 號點為例）。

表2 各測斜孔測點數據統計表

圖6 CX5 測斜孔位移時間曲線

根據溫州地區多年類似項目的監測結果，本工程基坑若采用順做施工，深層土體位移至少在 60 mm 以上，可見逆作法能有效控制土體位移。

3.2 坑外地表沉降監測

本工程共設置 19 個地表沉降監測點，采用 DSZ 2自動安平水準儀監測，監測精度 ±0.01 mm。各監測點位移如表 3 所示，最大地表沉降位移 15.30 mm（S 1 號點），小于位移報警值 30 mm。根據溫州地區多年多年類似項目的監測結果，本工程基坑若采用順作施工，地表沉降位移至少在 40 mm 以上，可見逆作法能有效控制地表沉降。

表3 坑外沉降位移監測統計表

4 結語

溫州地區逆作法施工項目甚少，經驗尚不成熟，該工程是筆者單位在溫州地區設計的第二個逆作法工程項目，取得了良好的效果，得到了業主和施工單位的一致好評，可為溫州地區逆作法的實施提供參考。主要得出以下結論：

1）逆作法采用暗挖法施工，有效地減少了施工帶來的噪音和粉塵，保證了南側 7# 樓的正常使用；

2）逆作法利用結構樓板作為支撐體系，支撐剛度大，有效地控制了土體位移，深層土體位移和地表沉降位移較順做法減少約 50 %；

3）結合本工程的實際，取消結構后澆帶，增加了結構整體剛度，避免了后澆帶處的節點處理，加快了工程進度；

4）格構柱頂端與首層梁板的節點處理，巧妙地規避了結構梁板鋼筋穿越格構柱的問題，可為類似工程提供借鑒。Q