邸 國(guó) 恩

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

0 引言

隨著我國(guó)城市地下空間建設(shè)的不斷發(fā)展，復(fù)雜環(huán)境下的基坑工程越來(lái)越多。如何減小基坑實(shí)施對(duì)周邊環(huán)境的影響已經(jīng)成為越來(lái)越多專家學(xué)者的重點(diǎn)研究方向[1-6]。本文以上海某醫(yī)院病房樓基坑為背景，介紹了復(fù)雜環(huán)境條件下基坑支護(hù)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)施情況，可為類似基坑工程設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

1 工程概況

背景項(xiàng)目為病房樓改擴(kuò)建工程，位于上海市某醫(yī)院內(nèi)，基坑面積約2 300 m2，開挖深度約12.50 m～12.75 m。院區(qū)內(nèi)場(chǎng)地十分狹小，基坑緊鄰多幢建筑，南側(cè)與市級(jí)歷史保護(hù)建筑(科研樓)最近距離僅為6 m，周邊環(huán)境條件十分復(fù)雜，環(huán)境保護(hù)要求很高，基坑環(huán)境平面圖如圖1所示。本工程重點(diǎn)保護(hù)對(duì)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(tài)的淤泥質(zhì)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(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)綜合成果表

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

2 基坑周邊重點(diǎn)保護(hù)對(duì)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(hù)的難題?；又苓呏攸c(diǎn)保護(hù)對(duì)象如下。

2.1 市級(jí)保護(hù)建筑科研樓

基坑南側(cè)為市級(jí)歷史保護(hù)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(jié)構(gòu)為5層磚混結(jié)構(gòu)，局部1層地下室，鋼筋混凝土墻下條形基礎(chǔ)，條基下為樁徑0.1 m、樁長(zhǎng)3.6 m的木樁，樁端持力層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層。

2.2 廣玉蘭樹

基坑南側(cè)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(hù)墻施工期間需要采取措施保護(hù)樹根不受水泥漿液的侵害。

2.3 對(duì)東側(cè)和北側(cè)鄰近建、構(gòu)筑物

基坑北側(cè)為新建門診樓，與基坑距離約7.7 m，采用灌注樁基礎(chǔ)；基坑?xùn)|北側(cè)為急診樓，與基坑距離約12.0 m，天然基礎(chǔ)埋深1.1 m；基坑?xùn)|北角距離2.5 m處為已建化糞池；基坑?xùn)|側(cè)為病房手術(shù)大樓，距離約6.5 m，天然基礎(chǔ)埋深2.7 m；基坑西南角距離7.2 m處為鍋爐房。

3 設(shè)計(jì)對(duì)策與保護(hù)措施

基于周邊環(huán)境保護(hù)要求高的特點(diǎn)，本工程采用了“兩墻合一”地下連續(xù)墻+三道支撐設(shè)計(jì)方案。

3.1 地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)

基坑周邊采用“兩墻合一”地下連續(xù)墻，墻厚800 mm，基底以下嵌固深度為13.0 m～17.1 m。根據(jù)周邊建筑超載和施工荷載對(duì)地下連續(xù)墻進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)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(duì)鄰近建構(gòu)筑物等產(chǎn)生不良影響，化糞池產(chǎn)生影響，對(duì)地下連續(xù)墻兩側(cè)采用φ700@500單排雙軸水泥土攪拌樁進(jìn)行槽壁加固。采用雙軸水泥土攪拌樁對(duì)被動(dòng)區(qū)土體進(jìn)行加固，以增加被動(dòng)區(qū)土體抗力，減小基坑變形。南側(cè)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面如圖2所示。

3.2 水平支撐設(shè)計(jì)

醫(yī)院內(nèi)部場(chǎng)地狹小，環(huán)境保護(hù)要求很高，且尤其對(duì)施工噪聲提出了很高要求?？紤]到醫(yī)院的實(shí)際情況，本工程基坑設(shè)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(chǎng)結(jié)合設(shè)計(jì)。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(yù)應(yīng)力控制變形、施工噪聲小、施工速度快等特點(diǎn)，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(duì)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(yù)應(yīng)力，分為三級(jí)施加，每級(jí)為500 kN(見圖3)。

3.3 土體加固

對(duì)緊鄰建筑的基坑?xùn)|側(cè)、南側(cè)以及基坑西側(cè)陽(yáng)角部位被動(dòng)區(qū)土體采用φ700@500雙軸水泥土攪拌樁進(jìn)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(duì)周邊建、構(gòu)筑物的保護(hù)措施

3.4.1對(duì)市級(jí)歷史保護(hù)建筑科研樓的保護(hù)措施

在設(shè)計(jì)和施工階段，對(duì)教學(xué)科研輔助大樓的保護(hù)措施大概有如下幾條：1)對(duì)鄰近保護(hù)建筑范圍對(duì)被動(dòng)區(qū)土體進(jìn)行滿堂加固，以增加被動(dòng)區(qū)土體抗力，減小圍護(hù)體變形和坑底隆起量；2)在鄰近建筑基礎(chǔ)周圍預(yù)埋注漿管，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在大樓基礎(chǔ)下采用雙液跟蹤注漿加固基礎(chǔ)底面下的土體；3)施工期間，科研樓側(cè)嚴(yán)禁任何形式的施工超載；4)基坑開挖充分利用時(shí)空效應(yīng)，盡可能減小科研樓側(cè)圍護(hù)墻暴露長(zhǎng)度及無(wú)支撐暴露時(shí)間，且該側(cè)分塊開挖長(zhǎng)度不大于15 m；5)在科研大樓上設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)裂縫的初查，基坑開挖期間加強(qiáng)觀測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工速度，做到信息化施工。

3.4.2對(duì)廣玉蘭樹的保護(hù)措施

本工程南側(cè)有一排廣玉蘭樹，根據(jù)樹冠半徑估計(jì)，廣玉蘭樹的主要根系與地下連續(xù)墻的凈距僅為1.0 m，施工過(guò)程中水泥漿液的滲透極有可能會(huì)對(duì)樹木的根系產(chǎn)生影響。為了保護(hù)樹木，在雙軸水泥土攪拌樁前，預(yù)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(duì)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(duì)東側(cè)和南側(cè)鄰近建、構(gòu)筑物的保護(hù)措施

本工程四周存在門診樓、急診樓、化糞池、臨時(shí)鍋爐房等建筑，在設(shè)計(jì)和施工階段，采取了如下保護(hù)措施：1)在鄰近周邊建筑區(qū)域，對(duì)被動(dòng)區(qū)土體進(jìn)行墩式加固，以增加被動(dòng)區(qū)土體抗力，減小圍護(hù)體變形和坑底隆起；2)在地下連續(xù)墻成槽前，對(duì)化糞池與基坑之間的土體采用壓密注漿進(jìn)行預(yù)先加固，以減小地下連續(xù)墻成槽和基坑開挖對(duì)化糞池的影響；3)基坑?xùn)|側(cè)施工超載限制在10 kPa以內(nèi)；4)基坑開挖過(guò)程中充分利用時(shí)空效應(yīng)，在鄰近建、構(gòu)筑物側(cè)，盡可能減小圍護(hù)體暴露長(zhǎng)度及無(wú)支撐暴露時(shí)間，要求該側(cè)分塊開挖長(zhǎng)度不大于20 m；5)在鄰近建、構(gòu)筑物上設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)裂縫的初查，基坑開挖期間加強(qiáng)觀測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工速度，做到信息化施工。

4 實(shí)施情況

本工程實(shí)施過(guò)程順利，基坑監(jiān)測(cè)表明整個(gè)基坑施工過(guò)程中地下連續(xù)墻的變形不大于28.2 mm，教學(xué)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(duì)周邊環(huán)境影響較小，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)景如圖5所示，鄰近科研樓和鄰新門診大樓的圍護(hù)墻側(cè)向位移如圖6所示。

5 結(jié)語(yǔ)

1)針對(duì)背景基坑工程周邊復(fù)雜的環(huán)境情況，選用了合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，并采取了被動(dòng)區(qū)土體加固、增打鋼板樁等措施，有效的保護(hù)了周邊環(huán)境條件。2)地下連續(xù)墻具有側(cè)向抗彎剛度大的優(yōu)勢(shì)，因此采用“兩墻合一”形式的地下連續(xù)墻可以有效控制基坑變形。3)采用水泥土攪拌樁對(duì)被動(dòng)區(qū)土體進(jìn)行加固，能夠增大被動(dòng)區(qū)土體抗力，減小基坑開挖階段支護(hù)結(jié)構(gòu)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(xù)墻施工對(duì)樹根產(chǎn)生不良影響。