緊鄰保留改造建筑的多種圍護形式基坑施工關鍵技術

吳波士

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

從我國較多的工程實例總結來看，基礎施工占到了整個建筑物施工很大的份額，不管是工程造價還是工期，基礎都要占到1/3以上，大型工程甚至會占到1/2。其中基坑圍護工程對整個地下結構施工期間的安全來說至關重要。通常情況下，單一的圍護形式因施工簡便及圍護結構完成的可靠性、便利性等特點而被采納[1-2]。然而單一的圍護形式（例如支撐體系）往往造價高昂，如何既能滿足基坑圍護的安全技術要求，又能節約項目成本，加快工程進度，是亟待解決的問題。本文以上海市奉賢區青少年活動項目為例，根據地質、復雜周邊環境條件等工況，研究了多種圍護形式在同一基坑工程中的優化與應用。

1 工程概況

奉賢區青少年活動中心項目位于上海市奉賢區奉賢新城19單元16-02地塊。該工程為綜合性大型公共文化建筑綜合體，包含工人文化宮、文化館、青少年活動中心、婦女兒童發展指導中心、殘疾人綜合服務中心五大文化功能（圖1）。

圖1 工程效果圖

項目地上4層，地下1層，建筑高度24 m，共包含8棟單體，為綜合性大型公共文化綜合體，地下室主要為車庫及設備機房。7棟新建單體為鋼框架結構，1棟改建單體為混凝土框架結構。

項目總建筑面積約9.4萬 m2。基坑開挖面積約3.1萬 m2，基坑周長約981 m，基坑大面積挖深約5.7 m，局部降板區域挖深約8.1 m，基坑為不規則多邊形，總出土量約19.5 萬 m3。

2 工程地質與周邊環境

該基坑工程地質條件較差，為上海典型土層，基坑開挖深度范圍內分布有較厚的③、④層淤泥質土層，土層軟弱，不利于基坑施工。基坑四周鄰近道路，道路下有多條市政管線，但離基坑較遠，場地內基坑東南角有局部保留建筑物，周邊環境較復雜，基坑環境保護等級除東南角保留建筑物區域為二級外，其余區域均為三級。

3 多種基坑圍護結構形式的應用

3.1 基坑圍護方案優化的工程背景

該工程采用設計、采購、施工一體化模式（EPC工程總承包模式），項目運營模式為總價包干類別，施工單位與設計單位的成本、利益、風險共享。EPC總承包盈利模式需各個分項內容統籌考慮，優選出既能滿足業主功能和工藝要求，又能降低工程造價的方案。在該工程圍護初步設計出圖時，總承包單位充分發揮設計施工聯動的優勢，在保證基坑圍護安全性的前提下，針對圍護形式方案的選擇進行多次比選與技術優化。

3.2 初步圍護方案設計（重力壩＋鉆孔樁）

初版圍護結構考慮到重力壩圍護形式無內支撐，且方便土方開挖、工期相對較短等特點，因此大部分區域均采用雙軸攪拌樁重力壩的圍護形式，鄰近保留建筑物采用鉆孔樁＋雙軸攪拌樁作為擋土止水系統，豎向設置1道內支撐的支護形式（圖2）。

圖2 基坑圍護平面（原設計）

攪拌樁采用φ700 mm@1 000 mm雙軸水泥土攪拌樁，水泥摻量13%，攪拌樁搭接200 mm，重力壩壓頂厚度300 mm，內配φ8 mm@200 mm雙向鋼筋。鉆孔樁采用φ650 mm，混凝土等級為C30，鉆孔樁間距200 mm，鉆孔樁與止水帷幕間距150 mm。

3.3 多種基坑圍護形式優化后方案

3.3.1 東南角保留改造建筑區域圍護選型優化

基坑東南角鄰近1棟保留改造建筑，此區域為本基坑工程控制的重點，需保護其結構、基礎不受基坑開挖影響。由于場地無卸土條件，圍護結構施工空間有限，考慮工法樁剛度較小，且與保留建筑距離較近，后期內插型鋼拔除可能存在困難，增加造價且型鋼拔除時對周邊環境有一定影響。因此靠近改造建筑的東南角區域仍采用圍護結構剛度較大、對變形控制較為有利的鉆孔灌注樁＋止水帷幕＋鋼支撐的圍護形式。對撐另一側靠近北側淺基礎的區域位移控制及穩定性要求相比鄰近改造建筑側較低，采用工法樁的形式。

3.3.2 降板區域圍護選型優化

對于挖深8.1 m的降板區域，原圍護方案在頂部以1∶1.5放坡卸土2 m，再采用1道鋼管斜拋撐圍護的方案（圖3）。考慮到降板區域與場地西北角施工生活區臨設相距較近且需預留一定余量布置施工道路，否則無法環通。同時，若無卸土條件，則原先1道斜拋撐無法滿足此區域位移控制要求，因此改為2道斜拋撐（圖4）。

圖3 降板區原圍護結構設計剖面

圖4 降板區優化后圍護結構剖面

支撐牛腿位于降板區東側地下室結構底板及頂板上，因此牛腿擱置處的地下室分區在整個基坑開挖過程中的優先級需提前。

3.3.3 轉角處及其他區域圍護選型優化

該基坑工程受場地限制較小，例如基坑西側周邊場地寬松，基坑開挖邊線至圍墻邊線約22 m，有足夠空間采用二級放坡的圍護形式，但根據地勘報告，現場有③t層砂質粉土層存在，在一定水動力條件下易發生塌方、管涌、流砂等不良地質現象，因此二級放坡區域采用雙排雙軸攪拌樁加強止水效果。

根據圍護及地下室結構施工階段的場布圖，合理調整了周邊道路、臨時設施、材料堆場、距紅線較近或對位移控制要求較高區域的圍護形式。采用一級放坡＋工法樁的圍護形式。基坑角部形變較大的區域輔以角撐作為加固。

3.3.4 優化后的多種基坑圍護形式

1）雙軸攪拌樁止水帷幕＋二級放坡：止水帷幕采用2φ700 mm@900 mm雙軸水泥土攪拌樁；采用1∶1.5放坡，坡面設60 mm厚C20細石混凝土護坡。

2）工法樁＋一級放坡：工法樁采用2φ700 mm@1 000 mm雙軸水泥土攪拌樁內插H500 mm×300 mm×11 mm×18 mm型鋼，頂部設置1道1 200 mm×800 mm圈梁；采用1∶1.5放坡，坡面設置60 mm厚的C20細石混凝土護坡。

3）鉆孔灌注排樁＋雙軸攪拌樁止水帷幕：排樁采用φ600 mm@800 mm鉆孔灌注樁，樁頂設置1道1 200 mm×800 mm圈梁；止水帷幕采用雙排φ700 mm@1 000 mm雙軸水泥攪拌樁。

4）雙軸攪拌樁重力壩：采用2φ700 mm@1 000 mm雙軸水泥土攪拌樁，壩體寬度4.2 m，攪拌樁長11.0 m，攪拌樁內外排插長5.0 m、φ48 mm×3.0 mm鋼管，壩頂設置200 mm厚C20細石混凝土壓頂（圖5）。

圖5 基坑圍護平面（優化后）

鋼支撐包含4處角撐、1處對撐、2處降板區域斜拋撐，均采用φ609 mm×16 mm鋼管。鋼管連桿采用H500 mm×300 mm×11 mm×18 mm型鋼，支撐相交處設置立柱。立柱樁為φ700 mm雙軸攪拌樁，長度15.0 m，水泥摻量18%。H型鋼和鋼管撐強度等級為Q235B（圖6）。

圖6 支撐平面布置

3.4 基坑開挖施工關鍵路線策劃與實施

基坑開挖按照后澆帶劃分各小塊（圖7）。基坑土方量在19.5萬 m3左右，整個場地先卸土1.5～2.0 m進行輕型井點降水后再分塊開挖。由于場地及道路等條件限制，每天出土量控制在4 000 m3以內。

圖7 基坑開挖分區示意

由于降板區需等周邊區域施工至頂板并養護達到設計強度再開挖，因此1-1區待周邊圍護及降水完成后作為第1次土方開挖的區域。第2次開挖范圍為1-2區，跳倉施工。第3次開挖范圍為2-1區、2-2區，由于東側外墻外有高壓電纜，2-2區在2-1區底板澆筑完成后再開挖施工。2區土方開挖前，4區淺基礎需施工完成，4區基坑南側、西側20 m范圍內卸土2.75 m。

第4次土方開挖為1-3區降板區，降板區地下室結構施工期間，第2道支撐通過φ609 mm鋼管端頭的400 mm×400 mm的H型鋼與鋼圍檁連接，通過焊接穿墻止水片穿墻施工、不拆撐。最后破除3區與1區中間的臨時施工道路，開挖西側二級放坡段的3區（圖8～圖11）。

圖8 第1階段挖土工況

圖9 第3階段挖土工況

圖10 第4階段挖土工況

圖11 第5階段挖土工況

4 實施效果

工期方面，多種形式圍護于工程樁完成、孔隙水壓力消散后開始施工。從2019年6月25日開始打設雙軸攪拌樁圍護至2019年8月30日完成先開挖分區的降水與鋼支撐的安裝，具備挖土前置條件，歷時2個月。整個地下室于2019年12月31日出±0 m，圓滿地提前完成地下室結構階段的施工，為上部結構及裝飾施工作了充足的準備。

經濟效益方面，在滿足基坑安全性的前提下，經測算，優化后的基坑圍護方案較原圍護方案，工程成本共節逾600萬元。

整個基坑圍護安全性方面，根據監測總結報告，在整個基坑開挖過程中，各個監測項目均有一定的變化量，少部分測點的日變化量超過了報警值，但在施工中均采取了相應的施工措施，確保了基坑圍護體系和周邊環境的安全。以對保留改造建筑的影響為例，共在保留改造建筑周邊布設12個沉降監測點和4個傾斜監測點。

監測結果顯示，整個地下室施工階段，施工對保留改造建筑的影響較小，整體變形在報警值范圍內。在樁基施工過程中，周邊土體受到擾動，建筑物呈下沉趨勢。在開挖時，因為坑內土方的卸載，致使坑內外土體壓力失衡，最終呈現出周邊建筑物上抬的現象，但無明顯差異沉降。在底板澆筑完成后，周邊變化逐漸趨向于穩定狀態，最終累計量變化范圍在1.10～8.45 mm。在開挖過程中，保留改造建筑未出現明顯傾斜變化。

5 結語

本文以奉賢區青少年活動中心項目基坑工程為例，在基坑開挖面積大、施工周期長、變形控制要求高的情況下，因地制宜地采用多種圍護形式對整個基坑進行圍護優化、施工策劃，最終在工程進度、經濟成本、基坑安全性等方面取得理想的效果，可為相似特點、難點的工程施工提供借鑒。