鄰近老廠房及煙囪的超大型深基坑施工保護技術

郭延義

1. 上海建工二建集團有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程逆作法工程技術研究中心 上海 200080

1 工程概述

1.1 工程概況

本工程為上海市北高新開發區新建科研用房項目。項目擬建3棟高層科研用房，1棟多層社區公共服務設施建筑及相關輔助設施（圖1）。

圖1 項目效果圖

項目用地面積43 177.1 m2，總建筑面積168 067.80 m2，地上建筑面積112 922.46 m2，地下建筑面積55 145.34 m2。3棟高層科研用房地下室連成一體，地下2層。地上3幢高層建筑分別高79、79、99 m。

1.2 基坑概況

本項目基坑開挖面積2.8萬 m2，基坑周長698 m，普遍開挖深度10.4 m（局部12.3 m），地下2層。基坑設計方案采用“三軸攪拌樁止水帷幕＋鉆孔灌注排樁＋2道水平混凝土支撐”形式的圍護結構，基坑整體一次性開挖。

1.3 周邊環境及水文地質

基坑北側為江場路，距離約13 m；基坑西北面為配電房，距基坑最近14.4 m；東南側為老廠房和煙囪（為歷史保護建筑），廠房距本工程基坑約20.7 m，煙囪距基坑約13.5 m；西側為南北高架路，距基坑最近53.7 m。

根據地質勘察報告，本工程場地地貌屬于上海地區五大地貌單元中的濱海平原地貌類型。本工程基坑的開挖深度在10.4～12.3 m之間，依據土層情況，基坑的開挖范圍內從上至下主要分布有①雜填土，②1灰黃色粉質黏土，②3灰色黏質粉土，③灰色淤泥質粉質黏土，④灰色淤泥質黏土以及⑤灰色黏土。

2 工程難特點

2.1 超大型深基坑施工難度高

本工程基坑面積2.8萬 m2，基坑開挖深度約10.4 m，屬于超過一定規模的深基坑工程。同時，項目地質條件復雜，地下水位較高，開挖深度剛好處于臨界承壓水位。開挖過程需嚴格控制，嚴禁超挖，同時需做好相關承壓水位降水的準備。

2.2 基坑施工周邊環境保護要求高

本工程位于上海市中心位置，周邊環境復雜，場地西面為上海市交通大動脈南北高架路，東面和南面均為同期建設工程，且場地東南面為歷史保護性建筑，西北角為使用中的配電房。項目施工過程中四面均有相關控制要求，深基坑施工期間，對環境保護要求高。

2.3 施工組織難度大

項目西面與北面均為城市主干道，東南方向無相關通道，施工場地進出大門只能設置在城市主干道方向。根據相關管理要求，高峰期施工車輛禁止進出。施工策劃過程中，既要滿足基坑快速施工的要求，又要詳細規劃好具體施工時間節點。

3 設計優化保護技術

3.1 保護建筑老廠房及煙囪概況

基坑東南側老廠房為彭浦機器廠熱處理車間及煙囪，建于20世紀60年代。目前建筑物已經廢棄，尚未整修（圖2）。車間廠房為單層單跨鋼筋混凝土結構，總建筑面積約4 400 m2。排架柱為鋼筋混凝土工字形柱。煙囪為高29.8 m的砌體結構構筑物（無內襯和保溫層），占地面積約45 m2，筒壁采用燒結黏土磚及水泥混合砂漿，設置2道混凝土圈梁，頂部設置混凝土壓頂梁。

圖2 老廠房及煙囪實景

根據檢測報告，老廠房及煙囪結構整體性尚可，傾斜測量結果顯示：車間排架柱無明顯傾斜規律，且大部分柱傾斜率較小，柱傾斜率范圍為0.13‰～7.12‰；在基坑影響范圍區域內，最大傾斜率為2.68‰。

煙囪整體向西北方向略有傾斜，向北傾斜率1.1‰，向西傾斜率0.5‰，傾斜率相對較小。

3.2 裙邊加固保護措施

為保證基坑開挖過程中圍護結構穩定性，在靠近煙囪和老廠房位置設置直徑700 mm、間距1 000 mm的雙軸水泥土攪拌樁進行裙邊加固（寬4.2 m），如圖3所示。加固深度從首道撐底至基底開挖面以下4 m，樁長12 m，水泥摻量為13%。

圖3 裙邊加固位置示意

3.3 新增隔離樁保護措施

為保證深基坑施工過程中煙囪和老廠房的安全，在圍護樁與煙囪和老廠房之間設置1排鉆孔灌注樁作為隔離樁，樁長21.8 m（2倍開挖深度），樁徑700 mm，間距900 mm/1 000 mm（圖4）。同時在樁頂設置壓頂梁使隔離樁形成整體，并間隔5 m與圍護樁設置連系梁。

圖4 隔離樁位置

3.4 型鋼換撐保護措施

在地下結構支撐拆除過程中，為保證支撐拆除過程中煙囪及老廠房區域圍護結構的穩定，在靠近煙囪和老廠房的圍護內部，設置400 mm×400 mm的H型鋼斜撐，斜撐頂部通過預埋在圍檁梁內的鋼板進行連接，底部與結構柱連接。換撐施工安裝完成后，再進行首道撐的拆除。

4 施工保護技術

4.1 樁基圍護施工流程優化

為減少工程樁和圍護樁施工過程中對煙囪和老廠房等保護建筑的影響，圍護樁和工程樁的總體施工順序由東南向西北進行。先施工圍護樁后施工工程樁，圍護樁施工按照由近及遠的原則，先施工靠近保護建筑一側的圍護樁，再施工離保護建筑較遠的圍護樁[1-6]。

圍護樁施工前，先進行隔離樁的施工，待隔離樁達到強度后再施工圍護樁，減少圍護樁施工對煙囪和老廠房的影響。隔離樁采用長護筒的方式進行施工，以減小施工過程中對周邊土層的擾動。

4.2 挖土流程控制措施

本工程基坑面積約為2.8萬 m2。普遍開挖深度10.4 m，西北角設備機房區域開挖深度11.8 m。總挖土量約為30萬 m3。根據支撐設置情況，本工程土方開挖分為3皮進行。

綜合參照支撐設計圖紙，第1～2皮土方開挖根據支撐棧橋設置情況進行劃分。土方開挖采用盆式開挖，第1皮土及第2皮土開挖共分為8個分區，各分區情況如圖5所示。

圖5 第1～2皮土方分區示意

根據土方開挖的總原則，分區施工路線流程為：1區→2區→3區→4區→5區→6區、7區、8區。同時，在靠近保護建筑一側確保暴露長度不超過30 m。另外，為確保基坑的整體安全，第1～2皮土方開挖施工過程中，從土方開挖到支撐形成不宜超過48 h。

綜合考慮設計圖紙底板后澆帶和膨脹加強帶的設置情況及基坑安全與保護建筑的要求，第3皮土方開挖共分10個分區，各分區情況如圖6所示。

圖6 第3皮土方分區

挖土流程：1區→2區、10區→3區→4區→5區→6區→7區→8區→9區。

4.3 降水控制措施

根據地質勘察報告，本工程潛水埋深介于1.50～2.40 m之間，標高介于2.12～2.99 m之間。場地內第⑦層（含亞層）粉、砂性土屬第1承壓含水層，第⑨層粉性土屬第2承壓含水層。擬建場地內第⑦層承壓水含水層頂界埋深一般在29.20～30.90 m。

為確保基坑順利開挖，需降低基坑范圍內的水位高度。降水方案采用多濾頭深井進行坑底以上潛水的疏干降水，本工程需要疏干的主要包括①—④層潛水。經過基坑底板抗承壓水穩定性驗算，本工程基坑底板抗承壓水穩定性基本滿足要求，局部電梯井深坑處為確保安全設置備用降壓井。

疏干井和備用降壓井設置根據降水井降水坡度，按照每170 m2布設1口疏干井設置。本工程共布置183口真空深井。其中：174口真空疏干井，井深16 m；9口真空備用降壓井，井深30 m。降水施工遵循按需降水、嚴禁超降的原則進行。基坑開挖前14 d開始進行降水施工，開挖前坑內水位降至開挖面以下1.00～1.50 m。挖土施工過程對水位進行觀測，當地下水位埋深高于4.25 m時，且已施工至主樓電梯井和消防電梯集水井處時，啟動備用降壓井。

4.4 監測保證措施

針對老廠房和煙囪保護建筑，根據相應監測規范要求，委托第三方專業監測機構在施工前及過程中對保護建筑進行監測。主要包括對老廠房和煙囪的豎向位移及傾斜進行監測。

根據相應監測規范要求及本工程實際情況，在老廠房和煙囪四周均勻布置27個豎向位移監測點、25個傾斜觀測點（圖7）。在基坑施工期間每日一測，并將相關結果上傳至平臺，數據及時共享。

圖7 保護建筑監測點位布置

4.5 施工管理措施

為確保施工期間保護建筑周邊土體的穩定，施工期間安排專職安全文明專管員對保護建筑周邊區域進行巡查。嚴格控制保護建筑周邊區域的材料堆放及車輛行駛。重型車輛及設備嚴禁進入保護建筑周邊20 m范圍內。同時，保護建筑周邊20 m范圍內場地堆放荷載嚴禁超過20 kPa。

5 實施效果

深基坑施工期間，基坑圍護結構監測點和保護建筑監測點各項數據始終處于可控范圍之內。

根據專業監測單位提供的監測報告數據，對基坑未開挖、第1道支撐形成時、第2道支撐形成時、底板形成和中層板形成等幾個重大時間節點保護建筑監測數據進行統計。

根據保護建筑物豎向位移監測數據，基坑施工期間建筑物豎向位移最大變化發生在第2道支撐形成至底板形成期間，在底板形成以后基本趨于穩定。建筑物豎向位移監測點數據顯示最大沉降為19.6 mm，未超過規范及設計報警值（圖8）。保護建筑傾斜監測點數據變化同樣發生在第2道支撐形成至底板形成期間，在底板形成以后同樣趨于穩定。建筑物傾斜監測點監測數據顯示最大傾斜率為－0.98‰，未超過規范及設計報警值（圖9）。

圖8 保護建筑豎向位移變化

圖9 保護建筑傾斜變化

6 結語

建筑的發展代表一個城市的發展，一座座古老的建筑承載了城市的發展歷程，這些古老的建筑也是一種城市記憶。對這些建筑進行充分保護也是一種文明的象征。在保護建筑周邊施工過程中，對這些城市記憶的保護就顯得更為重要。本工程通過設計和施工等多種措施的綜合運用，在城市更新開發的同時，保證了保護建筑的安全與風貌，達到了發展與保護的雙贏。