基于城市更新改造项目的基坑工程支护技术浅析

朱建刚

上海建工房产有限公司 上海 200080

随着社会经济的不断发展，中国城市建设正在逐步从“增量市场”迈入“存量市场”的时代，城市更新已成为当代政府主管部门、开发企业以及建设行业各领域所共同面临的一项全新课题。

城市更新改造要结合城市更新实际和群众所需，不断创新，探索改造的方式和路径。目前，上海、北京等特大型城市基础设施建设已趋于饱和，城市发展逐渐由最初的大规模建设向迭代更新转变。

同时，随着土地资源的日趋紧张，更新改造项目的周边环境也变得相当复杂，基坑工程施工时对周边环境的保护要求也越来越高。

本文在城市更新改造背景下，阐述了对基坑工程支护技术的思考，并以上海某更新改造项目地下2层深大基坑工程案例为背景，简要概述了基坑支护技术方案，找出了影响周边建筑物的原因，并采取一系列的控制措施，从而为今后类似的工程施工提供借鉴。

1 城市更新改造工程支护技术

1.1 常见基坑类型及支护使用条件

随着基坑开挖深度的不断增大，基坑支护方式越来越多样化。然而结合城市更新改造项目的特点，适用于这一类项目的基坑支护方式相对较少[1]。

大量的更新改造项目基坑工程是在大而密集型的城市中进行的，面临着红线控制严格及周边环境保护要求高等难点，通常将板式支护体系应用于这一类项目中。板式支护体系分为板式支护结构＋内部支撑体系、板式支护结构＋外部拉锚体系2种。

板式支护结构＋外部拉锚体系需往土体内植入拉锚体系，危及周边既有建筑物的地下结构，不适合使用。因此，板式支护结构＋内部支撑体系在大而密集型的城市更新改造基坑工程中承担着重要的角色，具体支护技术使用条件总结如下：

1）对于周边环境保护要求不是太高且基坑开挖深度不深（5～8 m）的1层地下室，采用钢板桩并结合1～2道钢支撑共同受力。

2）对于周边环境保护要求较高且基坑开挖深度较深（6～12 m）的1或2层地下室，采用SMW工法桩并结合1～2道钢筋混凝土支撑或钢支撑共同受力。

3）对于周边环境保护要求高且基坑开挖深度深（6～15 m）的1～3层地下室，采用钻孔灌注桩并结合1～3道钢筋混凝土支撑共同受力。

4）对于周边环境保护要求高且基坑开挖深度深（≥12 m）的2层及以上地下室，采用地下连续墙并结合3道及以上钢筋混凝土支撑共同受力。

1.2 基坑支撑体系

目前，在基坑工程中常用的内支撑体系如表1所示。

表1 基坑工程常用的内支撑体系

基于上述针对常用于城市更新改造项目基坑支护技术的详细讨论，本文后续结合上海某更新改造项目地下2层深大基坑工程实例，进一步阐述基坑施工对周边既有建筑物的影响。

2 工程概况

上海某更新改造项目基坑工程总面积约56 000 m2，开挖深度12.5 m。基坑北侧为既有建筑物，距离基坑边线最近为3.4 m，其中建筑物基底埋深地下为3.7 m，基础采用φ600 mm钻孔灌注桩，有效桩长为16.1 m。

基坑总体采用顺作法施工，围护结构采用厚1.0 m地下连续墙结合2道钢筋混凝土支撑，如图1所示。

图1 工程典型剖面

工程所处场地属于古河道分布区，主要为流塑黏性土体，含水量和压缩性均较大，力学性质也相对较差，基坑开挖范围内的土层沿深度分布依次为：①填土、③淤泥质粉质黏土、④1淤泥质黏土、④2-1粉质黏土、④2-2砂质粉土、⑤1粉质黏土和⑤3粉质黏土。具体土层参数如表2所示。

表2 土层参数

3 工程特点及难点分析

1）大面积开挖的基坑对周边环境影响的时空效应明显。

2）基坑北侧紧邻既有建筑物，环境保护要求极高，施工中须做好相关的保护工作，将沉降控制在允许范围之内。

3）基坑开挖深度深，围护占地空间小，基坑边线距离既有建筑物最近仅有3.4 m。

4）场地内含有较厚、较广的填土以及暗浜；场地深层埋藏④2-2砂质粉土微承压含水层，面临严峻的微承压水问题。

4 对周边建筑物的影响分析

结合上述对本基坑工程相关特点及难点的阐述，本小节进一步阐述了基坑施工对周边建筑物产生影响的原因及控制措施，以实现对既有建筑物的保护。

4.1 主要原因分析、控制措施及分析工况

4.1.1 基坑面积大、开挖深度深

1）根据上述内容可知，既有建筑物距离基坑开挖边线很近，因此，采用重型机械对基坑进行施工时会导致建筑物的沉降量显著增加。

2）基坑面积开挖大，支撑在长距离传力时的可靠性难以保证，导致整个支撑体系抵抗变形的能力大大削弱；支撑未结合挖土分块流程分段形成，因而未及时形成有效的支撑体系。

3）基坑开挖面积大、环境保护要求高，造成土方开挖难度大，大面积的土方开挖打破了初始的地应力平衡场，增加了坑外土体往坑内流动的趋势，加剧了周边地面的沉降。

因此，在邻近建筑物区域，挖土期间的施工机械（尤其是重型机械）和材料堆放应远离地下连续墙，并结合现场施工情况优化开挖方案，严格遵守“分区、分块、对称、平衡、限时”的原则，待支撑达到设计强度后再进行下一步工序。

4.1.2 基坑降水

场地深层埋藏④2-2砂质粉土微承压含水层，水头较高、水压力大。为确保基坑的安全施工，以免受到承压水引起的坑底突涌、流砂等不利影响，开挖前要对该层微承压水进行降水以减少水头压力，然而这也势必会打破初始水流的渗流场平衡，从而导致基坑周边土体及建筑物发生不均匀沉降，引起地表开裂、建筑物破坏。

因此，在基坑开挖前应采取合理的降水措施，结合信息化技术进行动态降水监控，根据监测数据实时调控地下水位，以免超降而破坏坑内外压力平衡。同时，利用地下连续墙外侧的止水帷幕隔断④2-2砂质粉土微承压含水层，并往止水帷幕内掺入一定比例的膨润土，以加强止水效果。此外，基坑降水必须与土方开挖协调进行，即先预降水一定时间后，方能进行土方开挖。

4.1.3 施工质量存在问题

1）地下连续墙深度大，成槽施工难度大，而地槽的好坏将直接影响到地下连续墙的垂直度。

2）槽壁加固不到位，导致地槽内土渣含量大，因而造成地下连续墙浇筑不连续，出现折断。

3）相邻2幅地下连续墙之间接缝处理不到位，出现渗水，从而导致开挖过程围护结构发生渗水及破坏的现象，造成周边沉降急剧增加。

因此，应根据实际施工情况动态调控护壁泥浆的浓度，并在地下连续墙槽壁加固与坑内加固间填充高压旋喷桩，以确保槽壁的稳定，控制好机械成槽质量。同时，在相邻2幅地下连续墙接缝处采用3个搭接形成的高压旋喷桩进行止水，保证接缝处的止水效果。

4.1.4 基坑被动区土体加固失效或施工质量存在问题

基坑开挖面处于③淤泥质粉质黏土层，该层土体性质相对较差，加固不到位时，坑底容易发生失稳、隆起以及流砂等不利状况。

因此，为改善坑底土体的性质，提高土体强度，可将墩式加固的方式改为裙边加固的方式，提高加固体的含掺量，控制加固体的质量以及有效加固范围，并严格按照设计工况施工，以免发生遗漏和不到位的现象。

4.1.5 无支撑暴露时间长

基坑开挖至坑底时，暴露时间长，未及时浇筑垫层及结构，从而不能有效地抵抗水土压力，危及周边建筑的安全。

为避免开挖面长时间的暴露，在基坑开挖至坑底时应及时浇筑垫层及结构底板，并在结构回筑至拆撑标高时设置好换撑板带，再进行拆撑工序。

综合上述影响因素进行分析，总结具体工况如下：进行基坑降水，分析初始渗流场→分析初始地应力场→分析周边环境应力场→施工围护结构及被动区土体加固→开挖至第1道支撑底，施工第1道围檩和支撑→开挖至第2道支撑底，施工第2道围檩和支撑→开挖至坑底。

4.2 控制结果分析

为确保控制措施的合理性，在本基坑开挖至坑底时，将靠近既有建筑物侧围护结构侧向位移的分析结果与现场实测结果进行比对，如图2所示。

图2 分析结果与实测结果对比

从图2可以看出，基坑开挖至坑底时围护结构的侧向变形最大，最大变形在坑底左右，这与现场实测结果接近，且数值也未超过相关规范要求[2-3]，进一步说明了本文控制措施的合理性。此外，既有建筑物地基梁的沉降，在基坑开挖至坑底且未浇筑垫层及结构底板时达到最大，因此，在实际施工过程中一定要及时浇筑垫层及结构底板，从而能够较快地起到坑底支撑作用，减小围护结构侧向位移和周边建筑物的沉降，确保周边建筑物的安全。

5 结语

本文较为详细地阐述了在城市更新改造项目中的基坑支护使用条件及支撑体系，并以上海某更新改造项目地下2层深大基坑工程案例为背景，简要概述了本基坑工程相关情况及支护方案，分析了引起周边建筑物变形的原因，采取了相应的控制措施。在此基础上分析了采取措施的效果，从而为今后类似的工程提供借鉴。