复杂环境条件下深基坑工程设计与实践★

邸 国 恩

(1.华东建筑设计研究院有限公司上海地下空间与工程设计研究院，上海 200011；2.上海基坑工程环境安全控制工程技术研究中心，上海 200011)

0 引言

随着我国城市地下空间建设的不断发展，复杂环境下的基坑工程越来越多。如何减小基坑实施对周边环境的影响已经成为越来越多专家学者的重点研究方向[1-6]。本文以上海某医院病房楼基坑为背景，介绍了复杂环境条件下基坑支护设计关键技术和实施情况，可为类似基坑工程设计提供借鉴和参考。

1 工程概况

背景项目为病房楼改扩建工程，位于上海市某医院内，基坑面积约2 300 m2，开挖深度约12.50 m～12.75 m。院区内场地十分狭小，基坑紧邻多幢建筑，南侧与市级历史保护建筑(科研楼)最近距离仅为6 m，周边环境条件十分复杂，环境保护要求很高，基坑环境平面图如图1所示。本工程重点保护对象如下。

本工程基坑开挖面以上及基底附近以含水量高、流塑状态的淤泥质土层为主，不利于基坑变形控制，需采取可靠挡土、隔水措施。土层物理力学指标如表1所示。

表1 土层物理力学性质综合成果表

土层层厚/m重度/kN·m-3ϕ/(°)c/kPa①素填土1.6518220②粉质粘土1.818.81721③淤泥质粉质粘土4.417.62010④淤泥质粘土8.216.81211⑤1a粘土4.518.11314⑤1b粉质粘土4.518.41618

2 基坑周边重点保护对象

本工程周边空间较小，建筑物非常密集，基坑面临着邻近建筑和树木保护的难题。基坑周边重点保护对象如下。

2.1 市级保护建筑科研楼

基坑南侧为市级历史保护建筑科研楼，该楼与本基坑角部的最近距离仅6.3 m。该楼上部结构为5层砖混结构，局部1层地下室，钢筋混凝土墙下条形基础，条基下为桩径0.1 m、桩长3.6 m的木桩，桩端持力层为淤泥质粉质粘土层。

2.2 广玉兰树

基坑南侧科研楼与基坑之间有一排广玉兰树，树干中心与基坑的距离约为4.0 m。在围护墙施工期间需要采取措施保护树根不受水泥浆液的侵害。

2.3 对东侧和北侧邻近建、构筑物

基坑北侧为新建门诊楼，与基坑距离约7.7 m，采用灌注桩基础；基坑东北侧为急诊楼，与基坑距离约12.0 m，天然基础埋深1.1 m；基坑东北角距离2.5 m处为已建化粪池；基坑东侧为病房手术大楼，距离约6.5 m，天然基础埋深2.7 m；基坑西南角距离7.2 m处为锅炉房。

3 设计对策与保护措施

基于周边环境保护要求高的特点，本工程采用了“两墙合一”地下连续墙+三道支撑设计方案。

3.1 地下连续墙设计

基坑周边采用“两墙合一”地下连续墙，墙厚800 mm，基底以下嵌固深度为13.0 m～17.1 m。根据周边建筑超载和施工荷载对地下连续墙进行了设计计算。槽段间施工接头采用圆形锁口管接头。为了防止槽壁坍塌对邻近建构筑物等产生不良影响，化粪池产生影响，对地下连续墙两侧采用φ700@500单排双轴水泥土搅拌桩进行槽壁加固。采用双轴水泥土搅拌桩对被动区土体进行加固，以增加被动区土体抗力，减小基坑变形。南侧基坑支护结构剖面如图2所示。

3.2 水平支撑设计

医院内部场地狭小，环境保护要求很高，且尤其对施工噪声提出了很高要求。考虑到医院的实际情况，本工程基坑设置了三道支撑体系，支撑平面呈十字正交布置，第一道支撑为钢筋混凝土支撑，第二、三道支撑为φ609×16双拼钢管支撑。第一道支撑采用钢筋混凝土支撑，并将第一道支撑与施工栈桥和材料堆场结合设计。第二道和第三道支撑均为双拼钢管支撑。钢管支撑具有安装拆除便捷、能施加预应力控制变形、施工噪声小、施工速度快等特点，有利于基坑的变形控制。第二、三道支撑围檩采用2H700×300双拼型钢，对撑采用双拼φ609×16钢管，角撑及八字撑采用H400×400型钢。第二道、第三道支撑每根钢管施加1 500 kN预应力，分为三级施加，每级为500 kN(见图3)。

3.3 土体加固

对紧邻建筑的基坑东侧、南侧以及基坑西侧阳角部位被动区土体采用φ700@500双轴水泥土搅拌桩进行加固。双轴水泥土搅拌桩加固体宽度5.2 m，加固范围为第二道支撑底至基底以下4.0 m，加固体水泥掺量基底以上8%，基底以下12%。水泥土搅拌桩加固体呈墩式分布，搅拌桩呈格栅状排列。

3.4 对周边建、构筑物的保护措施

3.4.1对市级历史保护建筑科研楼的保护措施

在设计和施工阶段，对教学科研辅助大楼的保护措施大概有如下几条：1)对邻近保护建筑范围对被动区土体进行满堂加固，以增加被动区土体抗力，减小围护体变形和坑底隆起量；2)在邻近建筑基础周围预埋注浆管，根据监测数据，在大楼基础下采用双液跟踪注浆加固基础底面下的土体；3)施工期间，科研楼侧严禁任何形式的施工超载；4)基坑开挖充分利用时空效应，尽可能减小科研楼侧围护墙暴露长度及无支撑暴露时间，且该侧分块开挖长度不大于15 m；5)在科研大楼上设置沉降观测点，并进行结构裂缝的初查，基坑开挖期间加强观测，并根据监测结果及时调整施工速度，做到信息化施工。

3.4.2对广玉兰树的保护措施

本工程南侧有一排广玉兰树，根据树冠半径估计，广玉兰树的主要根系与地下连续墙的净距仅为1.0 m，施工过程中水泥浆液的渗透极有可能会对树木的根系产生影响。为了保护树木，在双轴水泥土搅拌桩前，预先在广玉兰树和基坑之间增打一排钢板桩，利用钢板桩形成屏障阻隔水泥浆液的渗透，防止广玉兰树的根系受到影响。钢板桩采用小企口方式打入，并对钢板桩接缝处作防水处理。钢板桩隔离屏障剖面见图2。钢板桩隔离屏障布置见图4。

3.4.3对东侧和南侧邻近建、构筑物的保护措施

本工程四周存在门诊楼、急诊楼、化粪池、临时锅炉房等建筑，在设计和施工阶段，采取了如下保护措施：1)在邻近周边建筑区域，对被动区土体进行墩式加固，以增加被动区土体抗力，减小围护体变形和坑底隆起；2)在地下连续墙成槽前，对化粪池与基坑之间的土体采用压密注浆进行预先加固，以减小地下连续墙成槽和基坑开挖对化粪池的影响；3)基坑东侧施工超载限制在10 kPa以内；4)基坑开挖过程中充分利用时空效应，在邻近建、构筑物侧，尽可能减小围护体暴露长度及无支撑暴露时间，要求该侧分块开挖长度不大于20 m；5)在邻近建、构筑物上设置沉降观测点，并进行结构裂缝的初查，基坑开挖期间加强观测，并根据监测结果及时调整施工速度，做到信息化施工。

4 实施情况

本工程实施过程顺利，基坑监测表明整个基坑施工过程中地下连续墙的变形不大于28.2 mm，教学科研辅助大楼的沉降变形不大于9.8 mm，新建门诊楼的沉降变形不大于11.1 mm。本工程基坑开挖对周边环境影响较小，具有良好的社会经济效益。现场施工实景如图5所示，邻近科研楼和邻新门诊大楼的围护墙侧向位移如图6所示。

5 结语

1)针对背景基坑工程周边复杂的环境情况，选用了合理的支护结构形式，并采取了被动区土体加固、增打钢板桩等措施，有效的保护了周边环境条件。2)地下连续墙具有侧向抗弯刚度大的优势，因此采用“两墙合一”形式的地下连续墙可以有效控制基坑变形。3)采用水泥土搅拌桩对被动区土体进行加固，能够增大被动区土体抗力，减小基坑开挖阶段支护结构的变形。4)采用钢板桩可有效的隔断水泥浆液，避免水泥土搅拌桩和地下连续墙施工对树根产生不良影响。