復雜條件下緊鄰既有建筑深基坑關鍵技術研究

鄭 憧

(上海市基礎工程集團有限公司，上海 200433)

1 概述

隨著城市迅速發展，超大型深基坑的施工伴隨產生一系列的問題，如：基坑開挖深度大、周邊保護建筑物多、施工場地狹小等。為保證項目工程施工的安全，以及周邊建筑物的穩定性，對基坑工程的要求也越來越高，隨之出現的問題也越來越多，這給特別是緊鄰既有建筑或保護建筑的基坑施工帶來了很大的困難。目前為充分利用土地資源，地下室一般用足紅線，在這種情況下，若地下室深基坑仍采用明挖順作支撐方案施工，由于整體面積較大且施工場地狹小，就減緩了塔樓的施工進度。導致施工周期長，而且對周邊環境影響大，經濟性也差。針對目前超大深基坑的特點，為加快深基坑施工進度，同時做好坑邊既有建筑的保護工作，解決施工場地狹小的難題，同時使業主合理安排資金投入，當前超大型深基坑采用逆作法設計與施工的優勢也日益凸顯，也積累了一定的經驗[1]。復雜條件下緊鄰既有建筑深基坑關鍵技術研究的推廣、應用及發展是勢在必行的。

2 背景工程概況

2.1 工程概況

背景工程位于昆明市五華區，建設內容為商業建筑及公園，整個地塊設置三層地下室。基坑總面積為15 000 m2，普遍區挖深16.5 m，工程平面布置圖見圖1。

2.2 周邊環境概況

本工程周邊道路下埋藏有較多市政管線。工程北側毗鄰市文物保護單位。

2.3 地質概況

開挖范圍內主要涉及③1層黏土層、④1層強風化巖和④2中等風化灰巖。

基地內土層分布如表1所示。

在勘探深度范圍內，均揭露穩定地下水的分布，據現場實測成果，工程場地孔內穩定混合地下水位受場地地形標高變化影響，為現有地表下0.5 m～4.0 m。根據本次勘察成果，場區內地下水類型以上層滯水、第四系孔隙潛水和基巖裂隙、巖溶水為主。

表1 土層物理性質參數

3 基坑難特點及方案選型分析

3.1 基坑難特點

1)本工程上部人工填土層及沖湖沉積層，強度較低，對基坑側壁穩定性不利。底部殘坡積層和下伏灰巖受基巖起伏影響，厚度變化較大，巖層節理裂隙發育，分布不均，且層間多分布溶洞(或寬大裂隙)，受地質構造、巖溶作用等綜合因素影響，對本工程基坑圍護結構的選型及止水性能提出了較高要求。

2)場地內存在巖溶不良地質。本場地巖溶分布規律性較差，總體形態表現上以垂向溶洞、石芽等為主，場地巖溶發育程度總體為中等發育。加大了本項目基坑支護進行有效止、截水的難度。

3)本工程場地內地下水水系發達，深層基巖裂隙、巖溶水主要為場地下伏二疊系碳酸鹽巖形成的裂隙和巖溶水，考慮到擬建項目周邊廣泛分布市政道路、管網和已建成住宅小區等情況，同時考慮到擬建項目場地地下水位相對較高、水量較為豐富，因此擬建項目基坑的地下水控制不宜采取直接大規模抽排降水的方式，應該主要采取止、截水的方式。

4)擬建項目場地位于昆明城市核心地帶，人口較為密集，且歷史文物保護建筑緊鄰基坑，與本項目地下室邊界線距離一般約為6 m～10 m，其巖層起伏幅度較大，③層黏土層較厚，壓縮模量相較巖層相差較大，故需要采用剛度較大的支護體系。

3.2 基坑方案選型

根據本工程的特點，“逆作法”施工利用結構樓板作為基坑內部的水平支撐構件，對基坑位移變形控制較強，且可節省大量臨時支撐構件的工程造價，一柱一樁的使用又加大了臨時立柱樁作為結構工程樁的利用率[2]。“逆作法”對于本工程具有以下優點：1)提供大量施工空間，可更好周轉場地用于臨時棄土。2)整體剛度大，大量堆載不影響基坑安全。3)逆作時可同時進行東側景觀的施工，加快與周邊環境的和諧統一。同時對順作法、逆作法造價進行了對比，本工程逆作法對比順作法可節省造價約-4.41%[3]。

工程從圍護實施的可靠性、造價、工期方面綜合比較，逆作法的形式對于本基坑更有優勢，故對本基坑推薦采用逆作法進行施工。基于以上對本工程特點、支護選型、支撐選型等的分析，本基坑工程采用咬合樁作為支護結構，豎向支撐體系采用結構梁板逆作。

4 基坑設計

4.1 逆作結構采用咬合樁體系技術要點

1)大跨度圍護樁變形控制。

本工程普遍區挖深達16.5 m，普遍區域咬合樁樁徑采用φ1 200 mm@1 800 mm。在故居保護區域，由于③層土較厚，④層巖層相對較深，開挖過程中支護樁剛度過小容易導致上部土體沉降，造成房屋變形開裂，故在文物故居保護區域采用加大樁徑的方式，咬合樁樁徑采用φ1 500 mm@2 400 mm(如圖2所示)。

2)咬合樁與外墻處理。

本工程咬合樁與外墻間保持200 mm凈距，后期基坑開挖至基底結構外墻回筑階段，咬合樁表面找平，掛網噴漿后鋪設防水毯作為外防水，完成防水后再利用咬合樁作為外模板進行外墻鋼筋綁扎及混凝土澆筑，混凝土澆筑時遇樓板處設置澆搗喇叭口，外墻相應樓板圈梁上設置振搗孔(如圖3所示)。

4.2 一柱一樁節點

根據結構設計，本次結構柱采用鋼管，兼作為一柱一樁，不再外包混凝土。本工程中地下室結構框架梁主梁截面尺寸為450 mm×800 mm，而鋼管立柱的截面為φ550 mm，而且由于首層結構作為施工場地使用，因此梁板配筋需根據施工要求進行加強，其結構構件配筋的數量也較多，因此逆作施工階段必然存在梁柱節點位置梁鋼筋難以穿越鋼立柱的困難。

根據逆作施工階段的一柱一樁承載力計算的需要，本工程擬對上部結構下承載力較高的立柱采用φ550 mm的鋼管混凝土立柱，由于鋼管混凝土立柱直徑大于梁截面，考慮到框架梁鋼筋的穿越，本方案考慮鋼管混凝土立柱位置和框架梁鋼筋連接方法首層區域采用鋼筋籠的方式連接，B1及B2層采用環梁節點。

首層板采用在鋼管內插入鋼筋籠的方式，鋼筋籠底部埋入鋼管混凝土內，頂部與頂板鋼筋進行連接，達到連接目的，該方式水平鋼筋易在鋼筋籠內穿越。

B1，B2層環梁寬度目前結構設計暫定300 mm，高度比穿越的梁高50 mm，方便底部鋼筋穿越，并設置鋼牛腿加強混凝土梁與鋼管的抗剪。

對于建筑洞口區域，環梁影響建筑洞口尺寸，為此采用鋼環板的方式，在鋼管柱與梁交界區域設置鋼環板并加勁，主梁鋼筋焊接于鋼環板處，通過環板節點與各梁、柱進行豎向力的傳遞。節點見圖4。

在本工程的設計中，存在較多設計難點，如疊合梁設計、結構錯層處理、結構構件不連續、后期與相鄰地塊的連接問題，我們采用了以下方法進行處理。

1)出土口設計。

由于逆作法是先施工結構梁板再進行土方開挖，因此暗挖土方的出土效率對逆作施工的影響較大。利用首層結構梁板作為施工機械的挖土平臺及車輛運作通道，利用電梯井、樓梯等結構永久開口位置預留空間較大的出土口，給逆作施工階段的出土帶來極大的方便，有利于加快施工進度縮短工期。小型挖土機在逆作結構梁板下進行土方開挖并將土方駁運到出土口附近，再通過垂直運輸設備將大量土方運輸出首層結構，由土方車輛將土方運輸出場。由于首層結構梁板上將布設車輛運輸路線，運土車等施工機械頻繁往來，因此車輛運輸路線的結構梁板和臨時出土口周邊的結構梁需進行加強處理，并盡量以利用消防通道結構樓板為原則，取土口間距盡量保證下層小挖機土方駁運距離在30 m內。

2)施工后澆帶位置傳力桿件。

根據與結構單位溝通，本工程地下室頂板由于覆土及施工機械行走的原因不設置后澆帶，在B1B2層樓板位置，后澆帶位置由于結構梁板僅鋼筋連通，混凝土后澆，無法達到逆作階段的傳力要求。本方案擬采用在后澆帶位置設置型鋼傳力桿件，型鋼錨入后澆帶兩側的結構梁和板內一定長度，并在錨入部分設置圓柱頭抗剪栓釘，以確保錨固效果和傳力的可靠性(見圖5)。

3)一柱一樁設計要求。

一柱一樁作為基坑開挖階段，逆作結構梁板的豎向支承構件，承擔施工過程中的全部豎向荷載，其沉降量直接關系到其連接的結構梁板的豎向變形，由變形產生的次應力可能導致結構梁板的開裂，影響施工質量。根據以往的大量工程實踐，一柱一樁的沉降控制指標為差異沉降小于2 cm且不大于結構梁跨的1/400。在施工中要控制嵌巖樁的沉渣厚度，清除孔底沉渣。為此，本工程一柱一樁樁端必須進入相對穩定的巖層(④2層中等風化灰巖(較破碎))，并進行樁端后注漿，盡可能減少施工階段產生的不均勻沉降，確保逆作施工的結構梁板的施工質量。本工程鋼管柱垂直度控制在1/500以內。

5 對保護建筑專項設計保護措施

5.1 保護建筑區域確保支護樁樁底嵌入巖層

保護建筑區域該層巖層揭露面較淺，而巖層的強度高，不易變形，支護樁嵌巖后底部成為固結端，而頂部為樓板支撐可作為固結考慮，兩端固結的支護樁其變形相對而言較小。同時采用盆式開挖，保護建筑側土方開挖至B0層梁底標高，采用土模澆筑頂板，減小支護樁懸臂高度，以控制該側變形。

5.2 保護建筑區域加大支護樁樁徑

對于保護建筑區域，該區域巖層起伏大，故將該區域樁徑加大，考慮到當地施工套筒的可選擇性，選用大直徑的φ1 500 mm咬合樁，樁底插入深度13.5 m，增加整體剛度來減小基坑側向變形。

5.3 合理布置出土洞口，根據時空效應進行開挖

基坑施工的長短對周邊環境也有一定影響，時間越長時空效應越明顯，支護樁的累計變形就越大。逆作基坑受制約的主要因素為出土速度，為加快基坑施工速度，本次布置時以盡量加大出土口面積為原則，保證大多數出土口距離在30 m以內，加快整個基坑的施工節奏，以進一步減小基坑周邊的變形。

5.4 減少保護建筑周邊的行車動載

本工程場地狹小，若重車直接在保護建筑附近施工，容易因為頻繁的動載及重載導致底部土體擾動，從而降低土體強度，導致房屋沉降，另外，周邊的大量荷載也會增加基坑的側向變形，導致坑外土體沉降，增加房屋沉降量。根據我院類似工程的成功經驗，可將頂板行車面積加大，重車直接從出入口行走至頂板上，避開保護建筑區域，可有效減小周邊環境的變形，同時頂板行車范圍的加大也有利于提升機械的施工效率，加快土方開挖及支撐、換撐的速度，減小變形的累計量。

5.5 保護建筑側支護樁增加注漿孔

咬合樁樁間施工不當時易產生滲漏點，為保證咬合樁的止水效果，在保護建筑側增加注漿孔，孔深同咬合樁樁長，在降水試驗后發現有漏點或開挖過程中出現滲漏時，在該側支護樁樁間區域進行雙液注漿處理，水泥中摻入水玻璃加快水泥的凝結，止住漏水點，防止水土流失對保護建筑產生影響。

5.6 保護建筑處設置跟蹤注漿管

在基坑開挖過程中，保護建筑可能產生局部沉降，沉降的產生原因很多都是土體擾動，為此，在沉降超過報警值時，需要對地基土進行填充加固，減小該側土體持續變形，從而控制不均勻沉降，跟蹤注漿孔僅在沉降較大側設置，根據監測情況調整壓力、速度及注漿量，保證房屋結構的安全(見圖6)。

5.7 保留古樹進行專項保護

在保留古樹處，咬合樁采用套管施工，隔絕水泥等體系對其的污染，在施工過程中若發現古樹產生沉降，采用跟蹤注漿對其下部土體進行加固，注漿采用純水玻璃；另外，聯系園林部門對現場進行踏勘，了解古樹情況，在古樹生命體征出現異常時由園林部門出具方案，采取打吊針等方案保證其安全。

6 結語

1)對于傳統的混凝土支撐體系，整體剛度較小。而梁板系統由于樓板的水平剛度十分大，故采用梁板結構作為支撐后，對于支護樁的水平支撐效果較好，可大大減小支護樁的水平位移，從而減小保護建筑的豎向沉降。

2)本工程采用了確保支護樁樁底嵌入巖層、加大支護樁樁徑、合理布置出土洞口、減少保護建筑周邊的行車動載、增加注漿孔、設置跟蹤注漿管等多種措施保證了保護建筑的安全性。

3)采用咬合樁體系作為逆作法的圍護體系，加快了設計進度，節省了工程造價。在設計中采用的咬合樁與外墻處理節點，加強了整體剛度，減小了滲漏水的風險。

4)通過總結本工程的設計經驗，給保護建筑緊鄰既有建筑深基坑設計提供新的思路，擴大應用范圍。