闹市中心基坑施工对周边环境的影响与应对

上海徐房（集团）有限公司 上海 200031

1 工程概况

1.1 建筑概况

某改建工程地处上海市区中心一类区域。项目东靠长乐学校，南至新乐路，西至富民路，北至长乐路。规划用地面积4 550 m2，项目占地面积2 636 m2，总建筑面积21 990 m2，建筑高度29.95 m（图1）。

图1 基坑平面示意

1.2 结构概况

该项目结构类型为框架结构，分为地下2 层，主楼地上8 层。基坑面积约为2 980 m2，开挖深度约为8.0 m、局部9.4 m，属于一级基坑。

1.3 周边情况

该项目基坑东侧边线与建筑红线之间的最小距离仅为4.2 m，与长乐中学之间的距离约为9.5 m；基坑南侧边线与建筑红线之间的最小距离仅为0.7 m，与金林商务楼之间的最小距离仅为1.7 m；基坑西侧边线与建筑红线之间的最小距离仅为1.2 m，与道路侧石之间的距离约为8.8 m；基坑北侧边线与建筑红线之间的距离约为2.4 m，与距道路侧石之间的距离约为5.2 m；现场临时变电站与建筑红线之间的最小距离仅为3.1 m。根据综合管线地形图数据，富民路与长乐路管线密集，最近管线与建筑红线之间的最小距离仅为2.2 m。

2 基坑支护施工方案[1-6]

2.1 支护形式

该项目基坑施工周边场地较小，南侧和东侧紧邻旧建筑物，为保证临时建筑物和紧邻建筑物的安全，防止基坑周围土体的变化，保证人工挖孔工程桩的顺利施工，基坑围护设计要同时考虑挡土和止水。

本工程地下室围护墙采用Φ800 mm钻孔灌注桩，间距950 mm，桩长16 m，南侧在靠近金林商务楼的地方局部采用Φ850 mm@1 000 mm的钻孔灌注桩。在钻孔灌注桩外侧则采用Φ700 mm的二轴水泥土搅拌桩形成止水帷幕墙，止水桩桩长15 m，桩身搭接长度为200 mm。为使整个支护结构形成良好的整体性及方便地下室结构施工，在桩顶处设置宽2 m、厚150 mm的C20钢筋混凝土压顶。图2为邻近建筑物的支护剖面图。

2.2 支撑形式

基坑设2 道支撑，第1道支撑采用1 100 mm×700 mm钢筋混凝土圈梁作为支撑围檩，第2道支撑采用600 mm×600 mm箱梁作为支撑围檩（图3、图4）。支撑横向采用6 组12 根中间对撑、竖向采用4 组8 根中间对撑、四角角撑作为支撑系统，主撑采用2Φ609 mm×16 mm钢管，使用井字节将钢管支撑连接成网形。

图2 邻近建筑物位置支护剖面示意

图3 第1道支撑平面布置

图4 第2道支撑平面布置

2.3 土体加固

在深基坑施工过程中，基坑地基的加固往往是施工的难点，该项目基坑南侧边线距金林商务楼较近，北侧和东侧均有管线和旧建筑物，基地内还存在旧的民防设施。为减小基坑变形，南侧和北侧坑底以下采用三重管高压旋喷桩三重管注浆法进行加固，桩径为800 mm，基底加固深度为4 m，一次性成孔达到设计深度。高压旋喷桩加固体28 d无侧限抗压强度达到了1.0 MPa以上。在施工过程中，对周围建筑及其他周围环境进行了严密监测，均无异常现象。

3 周边环境保护对策

3.1 管线的保护

在水泥搅拌桩施工过程前需要先把原地下室外侧的钢板桩拔除。由于基坑北侧长乐路地下由远到近分别布有诸多管线，其中煤气管已经是40 年前的老管子了，一般来讲，市政针对地下管线应控制管线的挠度及变形速率，地下管线差异沉降对一级基坑应控制在0.3％，对二级基坑应控制在0.6％。煤气管道的变形、沉降或水平位移不能超过10 mm，位移速率不超过2 mm/d；自来水管道的变形、沉降或水平位移不能超过30 mm，位移速率不超过5 mm/d。但在实际施工时，老基础的钢板桩拔出之后，实测数据显示地下管线立即产生朝坑内的明显位移，并且达到了50 mm，而水泥搅拌桩在施工时又迅速地使地下管线的位移朝坑外移动，位移数据均超过了报警值，累计位移也慢慢逼近报警值，局部已经发生了地下管线一正一负的扭曲位移，情况非常危险。

经仔细研究分析上述情况后得出两个主要原因：一是由于土质的问题，该项目地区的土层主要为粉质黏土，物理力学性质不均一，松散性比较大，故导致基坑围护施工对地下管线造成的影响非常敏感，报警值也很难控制；二是施工程序问题，该项目需要先拔除原先旧的钢板桩，然后再打搅拌桩。由于施工前期没有足够重视，造成了拔桩与打桩之间的搭接间隙时间太长，并且，水泥搅拌桩也需要一定的时间才能足够发挥其强度优势，局部时间效应造成了地下管线正负偏差不断扩大。

针对以上原因，为防止扭力过大而导致地下管线受到动态破坏的影响，所以把控制重点从周边地下管线监测点的位移控制转变为正负差控制。采取三点控制措施，一是加强监测的频率，由2 次/d改为3 次/d，并用实际监测数据指导施工进度；二是相应加快控制钢板桩的拔除速度，并在拔除钢板桩后灌沙冲水；三是根据监测数据来合理的组织施工顺序，一方面是加强拔桩与打桩之间的搭接，另一方面则减缓水泥搅拌桩的施工速度，即8 幅/d调整到4 幅/d，甚至是2 幅/d。同时，在施工现场安排2 台桩架，其中一台负责基坑北侧水泥搅拌桩施工，另外一台负责其余部分的水泥搅拌桩施工。根据之后的实际监测数据，发现地下管线的位移并没有进一步扩大，而且正负位移偏差也始终控制在报警值范围内，保证了地下管线的安全。

3.2 建筑物的保护

根据项目施工进度，基坑围护施工从2006年8月开始进行，在基坑东侧、北侧、西北侧围护桩都施工完毕后，由监测单位提供的实际监测数据显示，基坑邻近建筑物、道路和地下管线的沉降位移均控制在10 mm以内。当西南侧围护桩开始施工时，布置在金林商务楼的监测点显示最大累计沉降量达到了39 mm，南北监测点显示从2006年8月30日至2006年10月8日为止的不均匀沉降已达到了33 mm，直接导致金林商务楼西北角倾斜增加约160 mm，因该楼之前已有不均匀沉降引起的倾斜，现在已经累计达到了270 mm，并还有发展的趋势。

上述情况经分析后得出两个原因：一是前期基本分析工作没有做足，没有对周边建筑物的基础和支护形式进行仔细的查勘，故所导致基坑围护施工对该楼造成的影响较大；二是由于该项目围护桩施工和老基础小方桩在拔桩时，造成了基底土体发生局部扰动，产生了不均匀沉降。

针对上述原因提出的措施如下：

（a）围护设计方案调整：首先把基坑西南侧的围护桩从Φ800 mm@900 mm改为Φ850 mm@1 000 mm；基坑西南侧的水泥搅拌桩掺入水泥用量4％的水玻璃以加快凝结速度；在小方桩拔除区域外侧增加高压旋喷桩进行土体分层加固；基坑西南侧第2道支撑由原Φ609 mm钢管支撑改为钢筋混凝土支撑；基坑西南侧土体最后开挖，以有效地减少基坑变形。

（b）纠偏的措施：加固纠偏措施采取的方法为沉井挖土纠偏和静压锚杆桩加固相结合，用静压锚杆桩对地基进行加固和托换，以减小邻近建筑物的沉降。

在加固实施过程中，根据房屋倾斜情况，决定先对金林商务楼北侧进行静压锚杆桩加固，首先挖出基础面，然后在基础底板上凿桩孔，埋设好锚杆。当锚杆抗拔强度达到要求后，开始进行压桩，桩被一节节压入土中，节与节之间用电焊焊接。北侧静压桩在全部压好2 d后开始封桩，封桩采用C30早强混凝土，并用2Φ12 mm钢筋交叉焊接在锚杆上进行加强。在北侧静压锚杆桩都封桩后，开始在南侧挖沉井，当沉井都做好后，开始冲水挖土纠偏，并设吊锤观察倾斜的回倾。

根据每天所需沉降量，经计算后确定每只沉井及每个孔的冲水时间。在冲水期间，凿好南侧的桩孔，以备压桩。当纠偏到140 mm左右时开始在南侧压桩，压桩完毕后根据倾斜情况又冲了几次水。纠偏到90 mm以内时开始南侧的封桩，完毕后，随后用原土封填好沉井，修整场地，纠偏加固结束。

静压锚杆桩全部封桩结束后，继续对该楼进行了长达1 年的沉降观测，达到了稳定标准，使其重新恢复到安全结构范畴。

4 结语

市中心区域深基坑施工一般都会遇到工期短和周边环境复杂等难点，在施工过程中，对邻近建筑和地下管线的影响在所难免。通过本项目碰到的问题，可以得出：一是要对基坑周边建筑物进行详细的查勘，了解建筑本身质量以及结构和基础形式，为围护设计提供准确资料。二是严格参照基坑围护施工工序，前后搭接要及时，充分考虑时空效应的因素。在遇到问题后应及时调整施工方法，采取应对措施，不能抱有侥幸心理。三是本项目基坑边线紧邻市政道路、管线以及周边建筑物，因此在施工过程中必须根据实际监测数据进行动态设计和施工。