紧邻保留改造建筑的多种围护形式基坑施工关键技术

吴波士

上海建工七建集团有限公司 上海 200050

从我国较多的工程实例总结来看，基础施工占到了整个建筑物施工很大的份额，不管是工程造价还是工期，基础都要占到1/3以上，大型工程甚至会占到1/2。其中基坑围护工程对整个地下结构施工期间的安全来说至关重要。通常情况下，单一的围护形式因施工简便及围护结构完成的可靠性、便利性等特点而被采纳[1-2]。然而单一的围护形式（例如支撑体系）往往造价高昂，如何既能满足基坑围护的安全技术要求，又能节约项目成本，加快工程进度，是亟待解决的问题。本文以上海市奉贤区青少年活动项目为例，根据地质、复杂周边环境条件等工况，研究了多种围护形式在同一基坑工程中的优化与应用。

1 工程概况

奉贤区青少年活动中心项目位于上海市奉贤区奉贤新城19单元16-02地块。该工程为综合性大型公共文化建筑综合体，包含工人文化宫、文化馆、青少年活动中心、妇女儿童发展指导中心、残疾人综合服务中心五大文化功能（图1）。

图1 工程效果图

项目地上4层，地下1层，建筑高度24 m，共包含8栋单体，为综合性大型公共文化综合体，地下室主要为车库及设备机房。7栋新建单体为钢框架结构，1栋改建单体为混凝土框架结构。

项目总建筑面积约9.4万 m2。基坑开挖面积约3.1万 m2，基坑周长约981 m，基坑大面积挖深约5.7 m，局部降板区域挖深约8.1 m，基坑为不规则多边形，总出土量约19.5 万 m³。

2 工程地质与周边环境

该基坑工程地质条件较差，为上海典型土层，基坑开挖深度范围内分布有较厚的③、④层淤泥质土层，土层软弱，不利于基坑施工。基坑四周邻近道路，道路下有多条市政管线，但离基坑较远，场地内基坑东南角有局部保留建筑物，周边环境较复杂，基坑环境保护等级除东南角保留建筑物区域为二级外，其余区域均为三级。

3 多种基坑围护结构形式的应用

3.1 基坑围护方案优化的工程背景

该工程采用设计、采购、施工一体化模式（EPC工程总承包模式），项目运营模式为总价包干类别，施工单位与设计单位的成本、利益、风险共享。EPC总承包盈利模式需各个分项内容统筹考虑，优选出既能满足业主功能和工艺要求，又能降低工程造价的方案。在该工程围护初步设计出图时，总承包单位充分发挥设计施工联动的优势，在保证基坑围护安全性的前提下，针对围护形式方案的选择进行多次比选与技术优化。

3.2 初步围护方案设计（重力坝＋钻孔桩）

初版围护结构考虑到重力坝围护形式无内支撑，且方便土方开挖、工期相对较短等特点，因此大部分区域均采用双轴搅拌桩重力坝的围护形式，邻近保留建筑物采用钻孔桩＋双轴搅拌桩作为挡土止水系统，竖向设置1道内支撑的支护形式（图2）。

图2 基坑围护平面（原设计）

搅拌桩采用φ700 mm@1 000 mm双轴水泥土搅拌桩，水泥掺量13%，搅拌桩搭接200 mm，重力坝压顶厚度300 mm，内配φ8 mm@200 mm双向钢筋。钻孔桩采用φ650 mm，混凝土等级为C30，钻孔桩间距200 mm，钻孔桩与止水帷幕间距150 mm。

3.3 多种基坑围护形式优化后方案

3.3.1 东南角保留改造建筑区域围护选型优化

基坑东南角邻近1栋保留改造建筑，此区域为本基坑工程控制的重点，需保护其结构、基础不受基坑开挖影响。由于场地无卸土条件，围护结构施工空间有限，考虑工法桩刚度较小，且与保留建筑距离较近，后期内插型钢拔除可能存在困难，增加造价且型钢拔除时对周边环境有一定影响。因此靠近改造建筑的东南角区域仍采用围护结构刚度较大、对变形控制较为有利的钻孔灌注桩＋止水帷幕＋钢支撑的围护形式。对撑另一侧靠近北侧浅基础的区域位移控制及稳定性要求相比邻近改造建筑侧较低，采用工法桩的形式。

3.3.2 降板区域围护选型优化

对于挖深8.1 m的降板区域，原围护方案在顶部以1∶1.5放坡卸土2 m，再采用1道钢管斜抛撑围护的方案（图3）。考虑到降板区域与场地西北角施工生活区临设相距较近且需预留一定余量布置施工道路，否则无法环通。同时，若无卸土条件，则原先1道斜抛撑无法满足此区域位移控制要求，因此改为2道斜抛撑（图4）。

图3 降板区原围护结构设计剖面

图4 降板区优化后围护结构剖面

支撑牛腿位于降板区东侧地下室结构底板及顶板上，因此牛腿搁置处的地下室分区在整个基坑开挖过程中的优先级需提前。

3.3.3 转角处及其他区域围护选型优化

该基坑工程受场地限制较小，例如基坑西侧周边场地宽松，基坑开挖边线至围墙边线约22 m，有足够空间采用二级放坡的围护形式，但根据地勘报告，现场有③t层砂质粉土层存在，在一定水动力条件下易发生塌方、管涌、流砂等不良地质现象，因此二级放坡区域采用双排双轴搅拌桩加强止水效果。

根据围护及地下室结构施工阶段的场布图，合理调整了周边道路、临时设施、材料堆场、距红线较近或对位移控制要求较高区域的围护形式。采用一级放坡＋工法桩的围护形式。基坑角部形变较大的区域辅以角撑作为加固。

3.3.4 优化后的多种基坑围护形式

1）双轴搅拌桩止水帷幕＋二级放坡：止水帷幕采用2φ700 mm@900 mm双轴水泥土搅拌桩；采用1∶1.5放坡，坡面设60 mm厚C20细石混凝土护坡。

2）工法桩＋一级放坡：工法桩采用2φ700 mm@1 000 mm双轴水泥土搅拌桩内插H500 mm×300 mm×11 mm×18 mm型钢，顶部设置1道1 200 mm×800 mm圈梁；采用1∶1.5放坡，坡面设置60 mm厚的C20细石混凝土护坡。

3）钻孔灌注排桩＋双轴搅拌桩止水帷幕：排桩采用φ600 mm@800 mm钻孔灌注桩，桩顶设置1道1 200 mm×800 mm圈梁；止水帷幕采用双排φ700 mm@1 000 mm双轴水泥搅拌桩。

4）双轴搅拌桩重力坝：采用2φ700 mm@1 000 mm双轴水泥土搅拌桩，坝体宽度4.2 m，搅拌桩长11.0 m，搅拌桩内外排插长5.0 m、φ48 mm×3.0 mm钢管，坝顶设置200 mm厚C20细石混凝土压顶（图5）。

图5 基坑围护平面（优化后）

钢支撑包含4处角撑、1处对撑、2处降板区域斜抛撑，均采用φ609 mm×16 mm钢管。钢管连杆采用H500 mm×300 mm×11 mm×18 mm型钢，支撑相交处设置立柱。立柱桩为φ700 mm双轴搅拌桩，长度15.0 m，水泥掺量18%。H型钢和钢管撑强度等级为Q235B（图6）。

图6 支撑平面布置

3.4 基坑开挖施工关键路线策划与实施

基坑开挖按照后浇带划分各小块（图7）。基坑土方量在19.5万 m3左右，整个场地先卸土1.5～2.0 m进行轻型井点降水后再分块开挖。由于场地及道路等条件限制，每天出土量控制在4 000 m3以内。

图7 基坑开挖分区示意

由于降板区需等周边区域施工至顶板并养护达到设计强度再开挖，因此1-1区待周边围护及降水完成后作为第1次土方开挖的区域。第2次开挖范围为1-2区，跳仓施工。第3次开挖范围为2-1区、2-2区，由于东侧外墙外有高压电缆，2-2区在2-1区底板浇筑完成后再开挖施工。2区土方开挖前，4区浅基础需施工完成，4区基坑南侧、西侧20 m范围内卸土2.75 m。

第4次土方开挖为1-3区降板区，降板区地下室结构施工期间，第2道支撑通过φ609 mm钢管端头的400 mm×400 mm的H型钢与钢围檩连接，通过焊接穿墙止水片穿墙施工、不拆撑。最后破除3区与1区中间的临时施工道路，开挖西侧二级放坡段的3区（图8～图11）。

图8 第1阶段挖土工况

图9 第3阶段挖土工况

图10 第4阶段挖土工况

图11 第5阶段挖土工况

4 实施效果

工期方面，多种形式围护于工程桩完成、孔隙水压力消散后开始施工。从2019年6月25日开始打设双轴搅拌桩围护至2019年8月30日完成先开挖分区的降水与钢支撑的安装，具备挖土前置条件，历时2个月。整个地下室于2019年12月31日出±0 m，圆满地提前完成地下室结构阶段的施工，为上部结构及装饰施工作了充足的准备。

经济效益方面，在满足基坑安全性的前提下，经测算，优化后的基坑围护方案较原围护方案，工程成本共节逾600万元。

整个基坑围护安全性方面，根据监测总结报告，在整个基坑开挖过程中，各个监测项目均有一定的变化量，少部分测点的日变化量超过了报警值，但在施工中均采取了相应的施工措施，确保了基坑围护体系和周边环境的安全。以对保留改造建筑的影响为例，共在保留改造建筑周边布设12个沉降监测点和4个倾斜监测点。

监测结果显示，整个地下室施工阶段，施工对保留改造建筑的影响较小，整体变形在报警值范围内。在桩基施工过程中，周边土体受到扰动，建筑物呈下沉趋势。在开挖时，因为坑内土方的卸载，致使坑内外土体压力失衡，最终呈现出周边建筑物上抬的现象，但无明显差异沉降。在底板浇筑完成后，周边变化逐渐趋向于稳定状态，最终累计量变化范围在1.10～8.45 mm。在开挖过程中，保留改造建筑未出现明显倾斜变化。

5 结语

本文以奉贤区青少年活动中心项目基坑工程为例，在基坑开挖面积大、施工周期长、变形控制要求高的情况下，因地制宜地采用多种围护形式对整个基坑进行围护优化、施工策划，最终在工程进度、经济成本、基坑安全性等方面取得理想的效果，可为相似特点、难点的工程施工提供借鉴。