邻近老厂房及烟囱的超大型深基坑施工保护技术

郭延义

1. 上海建工二建集团有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程逆作法工程技术研究中心 上海 200080

1 工程概述

1.1 工程概况

本工程为上海市北高新开发区新建科研用房项目。项目拟建3栋高层科研用房，1栋多层社区公共服务设施建筑及相关辅助设施（图1）。

图1 项目效果图

项目用地面积43 177.1 m2，总建筑面积168 067.80 m2，地上建筑面积112 922.46 m2，地下建筑面积55 145.34 m2。3栋高层科研用房地下室连成一体，地下2层。地上3幢高层建筑分别高79、79、99 m。

1.2 基坑概况

本项目基坑开挖面积2.8万 m2，基坑周长698 m，普遍开挖深度10.4 m（局部12.3 m），地下2层。基坑设计方案采用“三轴搅拌桩止水帷幕＋钻孔灌注排桩＋2道水平混凝土支撑”形式的围护结构，基坑整体一次性开挖。

1.3 周边环境及水文地质

基坑北侧为江场路，距离约13 m；基坑西北面为配电房，距基坑最近14.4 m；东南侧为老厂房和烟囱（为历史保护建筑），厂房距本工程基坑约20.7 m，烟囱距基坑约13.5 m；西侧为南北高架路，距基坑最近53.7 m。

根据地质勘察报告，本工程场地地貌属于上海地区五大地貌单元中的滨海平原地貌类型。本工程基坑的开挖深度在10.4～12.3 m之间，依据土层情况，基坑的开挖范围内从上至下主要分布有①杂填土，②1灰黄色粉质黏土，②3灰色黏质粉土，③灰色淤泥质粉质黏土，④灰色淤泥质黏土以及⑤灰色黏土。

2 工程难特点

2.1 超大型深基坑施工难度高

本工程基坑面积2.8万 m2，基坑开挖深度约10.4 m，属于超过一定规模的深基坑工程。同时，项目地质条件复杂，地下水位较高，开挖深度刚好处于临界承压水位。开挖过程需严格控制，严禁超挖，同时需做好相关承压水位降水的准备。

2.2 基坑施工周边环境保护要求高

本工程位于上海市中心位置，周边环境复杂，场地西面为上海市交通大动脉南北高架路，东面和南面均为同期建设工程，且场地东南面为历史保护性建筑，西北角为使用中的配电房。项目施工过程中四面均有相关控制要求，深基坑施工期间，对环境保护要求高。

2.3 施工组织难度大

项目西面与北面均为城市主干道，东南方向无相关通道，施工场地进出大门只能设置在城市主干道方向。根据相关管理要求，高峰期施工车辆禁止进出。施工策划过程中，既要满足基坑快速施工的要求，又要详细规划好具体施工时间节点。

3 设计优化保护技术

3.1 保护建筑老厂房及烟囱概况

基坑东南侧老厂房为彭浦机器厂热处理车间及烟囱，建于20世纪60年代。目前建筑物已经废弃，尚未整修（图2）。车间厂房为单层单跨钢筋混凝土结构，总建筑面积约4 400 m2。排架柱为钢筋混凝土工字形柱。烟囱为高29.8 m的砌体结构构筑物（无内衬和保温层），占地面积约45 m2，筒壁采用烧结黏土砖及水泥混合砂浆，设置2道混凝土圈梁，顶部设置混凝土压顶梁。

图2 老厂房及烟囱实景

根据检测报告，老厂房及烟囱结构整体性尚可，倾斜测量结果显示：车间排架柱无明显倾斜规律，且大部分柱倾斜率较小，柱倾斜率范围为0.13‰～7.12‰；在基坑影响范围区域内，最大倾斜率为2.68‰。

烟囱整体向西北方向略有倾斜，向北倾斜率1.1‰，向西倾斜率0.5‰，倾斜率相对较小。

3.2 裙边加固保护措施

为保证基坑开挖过程中围护结构稳定性，在靠近烟囱和老厂房位置设置直径700 mm、间距1 000 mm的双轴水泥土搅拌桩进行裙边加固（宽4.2 m），如图3所示。加固深度从首道撑底至基底开挖面以下4 m，桩长12 m，水泥掺量为13%。

图3 裙边加固位置示意

3.3 新增隔离桩保护措施

为保证深基坑施工过程中烟囱和老厂房的安全，在围护桩与烟囱和老厂房之间设置1排钻孔灌注桩作为隔离桩，桩长21.8 m（2倍开挖深度），桩径700 mm，间距900 mm/1 000 mm（图4）。同时在桩顶设置压顶梁使隔离桩形成整体，并间隔5 m与围护桩设置连系梁。

图4 隔离桩位置

3.4 型钢换撑保护措施

在地下结构支撑拆除过程中，为保证支撑拆除过程中烟囱及老厂房区域围护结构的稳定，在靠近烟囱和老厂房的围护内部，设置400 mm×400 mm的H型钢斜撑，斜撑顶部通过预埋在围檩梁内的钢板进行连接，底部与结构柱连接。换撑施工安装完成后，再进行首道撑的拆除。

4 施工保护技术

4.1 桩基围护施工流程优化

为减少工程桩和围护桩施工过程中对烟囱和老厂房等保护建筑的影响，围护桩和工程桩的总体施工顺序由东南向西北进行。先施工围护桩后施工工程桩，围护桩施工按照由近及远的原则，先施工靠近保护建筑一侧的围护桩，再施工离保护建筑较远的围护桩[1-6]。

围护桩施工前，先进行隔离桩的施工，待隔离桩达到强度后再施工围护桩，减少围护桩施工对烟囱和老厂房的影响。隔离桩采用长护筒的方式进行施工，以减小施工过程中对周边土层的扰动。

4.2 挖土流程控制措施

本工程基坑面积约为2.8万 m2。普遍开挖深度10.4 m，西北角设备机房区域开挖深度11.8 m。总挖土量约为30万 m3。根据支撑设置情况，本工程土方开挖分为3皮进行。

综合参照支撑设计图纸，第1～2皮土方开挖根据支撑栈桥设置情况进行划分。土方开挖采用盆式开挖，第1皮土及第2皮土开挖共分为8个分区，各分区情况如图5所示。

图5 第1～2皮土方分区示意

根据土方开挖的总原则，分区施工路线流程为：1区→2区→3区→4区→5区→6区、7区、8区。同时，在靠近保护建筑一侧确保暴露长度不超过30 m。另外，为确保基坑的整体安全，第1～2皮土方开挖施工过程中，从土方开挖到支撑形成不宜超过48 h。

综合考虑设计图纸底板后浇带和膨胀加强带的设置情况及基坑安全与保护建筑的要求，第3皮土方开挖共分10个分区，各分区情况如图6所示。

图6 第3皮土方分区

挖土流程：1区→2区、10区→3区→4区→5区→6区→7区→8区→9区。

4.3 降水控制措施

根据地质勘察报告，本工程潜水埋深介于1.50～2.40 m之间，标高介于2.12～2.99 m之间。场地内第⑦层（含亚层）粉、砂性土属第1承压含水层，第⑨层粉性土属第2承压含水层。拟建场地内第⑦层承压水含水层顶界埋深一般在29.20～30.90 m。

为确保基坑顺利开挖，需降低基坑范围内的水位高度。降水方案采用多滤头深井进行坑底以上潜水的疏干降水，本工程需要疏干的主要包括①—④层潜水。经过基坑底板抗承压水稳定性验算，本工程基坑底板抗承压水稳定性基本满足要求，局部电梯井深坑处为确保安全设置备用降压井。

疏干井和备用降压井设置根据降水井降水坡度，按照每170 m2布设1口疏干井设置。本工程共布置183口真空深井。其中：174口真空疏干井，井深16 m；9口真空备用降压井，井深30 m。降水施工遵循按需降水、严禁超降的原则进行。基坑开挖前14 d开始进行降水施工，开挖前坑内水位降至开挖面以下1.00～1.50 m。挖土施工过程对水位进行观测，当地下水位埋深高于4.25 m时，且已施工至主楼电梯井和消防电梯集水井处时，启动备用降压井。

4.4 监测保证措施

针对老厂房和烟囱保护建筑，根据相应监测规范要求，委托第三方专业监测机构在施工前及过程中对保护建筑进行监测。主要包括对老厂房和烟囱的竖向位移及倾斜进行监测。

根据相应监测规范要求及本工程实际情况，在老厂房和烟囱四周均匀布置27个竖向位移监测点、25个倾斜观测点（图7）。在基坑施工期间每日一测，并将相关结果上传至平台，数据及时共享。

图7 保护建筑监测点位布置

4.5 施工管理措施

为确保施工期间保护建筑周边土体的稳定，施工期间安排专职安全文明专管员对保护建筑周边区域进行巡查。严格控制保护建筑周边区域的材料堆放及车辆行驶。重型车辆及设备严禁进入保护建筑周边20 m范围内。同时，保护建筑周边20 m范围内场地堆放荷载严禁超过20 kPa。

5 实施效果

深基坑施工期间，基坑围护结构监测点和保护建筑监测点各项数据始终处于可控范围之内。

根据专业监测单位提供的监测报告数据，对基坑未开挖、第1道支撑形成时、第2道支撑形成时、底板形成和中层板形成等几个重大时间节点保护建筑监测数据进行统计。

根据保护建筑物竖向位移监测数据，基坑施工期间建筑物竖向位移最大变化发生在第2道支撑形成至底板形成期间，在底板形成以后基本趋于稳定。建筑物竖向位移监测点数据显示最大沉降为19.6 mm，未超过规范及设计报警值（图8）。保护建筑倾斜监测点数据变化同样发生在第2道支撑形成至底板形成期间，在底板形成以后同样趋于稳定。建筑物倾斜监测点监测数据显示最大倾斜率为－0.98‰，未超过规范及设计报警值（图9）。

图8 保护建筑竖向位移变化

图9 保护建筑倾斜变化

6 结语

建筑的发展代表一个城市的发展，一座座古老的建筑承载了城市的发展历程，这些古老的建筑也是一种城市记忆。对这些建筑进行充分保护也是一种文明的象征。在保护建筑周边施工过程中，对这些城市记忆的保护就显得更为重要。本工程通过设计和施工等多种措施的综合运用，在城市更新开发的同时，保证了保护建筑的安全与风貌，达到了发展与保护的双赢。