地鐵車站基坑方案對(duì)古建筑保護(hù)效果的分析研究

王建勛

（上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院，上海 200235）

地鐵車站基坑方案對(duì)古建筑保護(hù)效果的分析研究

王建勛

（上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院，上海 200235）

古建筑保護(hù)對(duì)于地鐵深基坑設(shè)計(jì)具有特殊性和針對(duì)性。對(duì)古建筑這類工程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制，地鐵深基坑變形控制及針對(duì)性措施是分析和研究的重中之重。結(jié)合寧波軌道交通2號(hào)線城隍廟站深基坑的工程實(shí)踐，介紹了城隍廟古建筑保護(hù)的變形控制標(biāo)準(zhǔn)、要求及采取的具體保護(hù)措施，并通過實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析了對(duì)城隍廟古建筑的保護(hù)效果，為類似工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

地鐵車站；基坑變形控制；針對(duì)性措施；古建筑保護(hù)效果；分析

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.013

近年來，隨著軌交建設(shè)成網(wǎng)式發(fā)展,在復(fù)雜環(huán)境中車站深基坑的數(shù)量越來越多，車站深基坑周圍環(huán)境保護(hù)要求也越來越高，特別在基坑周邊有文物保護(hù)價(jià)值的古建筑情況下，更是需對(duì)車站深基坑設(shè)計(jì)提出一系列特殊要求，以確保其結(jié)構(gòu)及變形滿足安全及使用要求。實(shí)際工程中往往由于缺乏古建筑保護(hù)的一些具體量化要求和統(tǒng)一性標(biāo)準(zhǔn)，深基坑設(shè)計(jì)對(duì)古建筑保護(hù)效果分析往往缺乏針對(duì)性和系統(tǒng)性。寧波軌道交通2號(hào)線城隍廟站東側(cè)附屬基坑設(shè)計(jì)過程中初步比較分析并確定了古建筑保護(hù)的變形標(biāo)準(zhǔn)，采取了多種針對(duì)性措施，有效地控制了基坑變形及地面建筑沉降，保護(hù)了城隍廟古建筑。

1 工程概況

寧波市軌道交通2號(hào)線一期工程城隍廟站沿解放南路呈南北走向，騎跨縣學(xué)街，周邊建筑密集，環(huán)境復(fù)雜，車站東側(cè)為城隍廟古建筑，為市級(jí)文物保護(hù)建筑，條形基礎(chǔ)，木結(jié)構(gòu)+?；旖Y(jié)構(gòu)型式。地鐵車站主體基坑深約17.55m，東側(cè)附屬為帶物業(yè)開發(fā)的地下2層結(jié)構(gòu)，基坑深度約10.5m，局部深坑落低約12m。城隍廟古建筑距離車站主體基坑較遠(yuǎn)，最近處約38m。古建筑距離東側(cè)附屬基坑距離較近，最近處約4.6m，（見圖1)。由于東側(cè)附屬基坑距離城隍廟古建筑較近，基坑開挖對(duì)城隍廟古建筑影響較大，故本文主要是圍繞如何采取措施以控制東側(cè)附屬基坑開挖時(shí)的基坑變形，從而分析對(duì)城隍廟站古建筑保護(hù)的效果[1]。

圖1 城隍廟站總平面圖

2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)勘察資料，本場(chǎng)地自地表至67.0m深度范圍內(nèi)所揭露的土層均為第四紀(jì)松散沉積物，按其成因可分為9層，并細(xì)分為16個(gè)工程地質(zhì)亞層。所見土層自上而下依次為①1雜填土層、①3淤泥質(zhì)黏土層、②2b淤泥質(zhì)黏土層、②2c淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層、③1砂質(zhì)粉土層、③2粉質(zhì)黏土層、④1淤泥質(zhì)黏土層、⑤1粉質(zhì)黏土層、⑤2粉質(zhì)黏土層、⑥2粉質(zhì)黏土層、⑥2a黏質(zhì)粉土層、⑥3黏土層、⑦1粉質(zhì)黏土層、⑧1粉砂層、⑧1a粉質(zhì)黏土層、⑨1粉質(zhì)黏土層。城隍廟站東側(cè)附屬基坑開挖范圍內(nèi)為坑底為①、②層淤泥質(zhì)飽和軟黏土中，含水量大，具有流塑性特征，基坑坑底位于②2c淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層中。

3 基坑圍護(hù)方案

3.1 古建筑現(xiàn)狀

寧波市城隍廟為市級(jí)文物保護(hù)，主體建筑為為磚、木、石混合結(jié)構(gòu)，局部木柱被鋼管柱代。坐北朝南，以南北為軸線，平面布局呈縱長(zhǎng)方形，中軸線上有高大的照壁，向內(nèi)依次為正門（頭門）、儀門（二門）、戲臺(tái)、正殿、后殿。殿前兩側(cè)為廂房、看臺(tái)。正門為磚木結(jié)構(gòu)，主要為木構(gòu)架承重。儀門為2層磚木結(jié)構(gòu)，主要為木構(gòu)架承重。戲臺(tái)為2層石、木混合結(jié)構(gòu)，主要為木結(jié)構(gòu)承重，1層局部設(shè)有石柱。正殿為磚木結(jié)構(gòu)，主要為木構(gòu)架承重(見圖2)。

圖2 城隍廟古建筑平面布置圖

根據(jù)《寧波市郡廟文物建筑在相鄰工程施工前勘察報(bào)告》文物設(shè)甲字0201SJ0031第2012—006號(hào)，寧波市郡廟各單體整體傾斜方向無明顯規(guī)律，大部分測(cè)點(diǎn)傾斜率小于《危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ125—99 2004年版）規(guī)定的傾斜率限值10‰，東西向0.7‰～7.8‰，南北向0.7‰～9‰。由于房屋建造年代久遠(yuǎn)，個(gè)別測(cè)點(diǎn)傾斜率較大，東西向局部點(diǎn)達(dá)到11.6‰，22‰，南北向局部點(diǎn)達(dá)到13‰，14‰，但不排除原始建造時(shí)，特意留有側(cè)角。

3.2 基坑圍護(hù)方案

城隍廟站東側(cè)附屬基坑位于原玲瓏賓館拆遷地塊，原玲瓏賓館地塊拆遷后遺留了大量Φ426mm沉管灌注樁老樁基和地下室（頂板已清除，地下室范圍回填了大量的建筑垃圾），另外，還有地下室圍護(hù)樁等障礙物。如按照傳統(tǒng)方式對(duì)地下室進(jìn)行開挖清除，易引起古建筑開挖前的附加沉降。由圖1可知，東側(cè)附屬基坑為南北向長(zhǎng)條形基坑，且與城隍廟古建筑平行且臨近，基坑開挖也不利于對(duì)城隍廟古建筑的保護(hù)。基于從清障-成樁-基坑開挖全過程對(duì)城隍廟古建筑的變形控制，圍護(hù)方案采取了以下幾種措施。

3.2.1 圍護(hù)方案的選擇

基于避免開挖清障對(duì)城隍廟古建筑的影響，東側(cè)附屬基坑圍護(hù)樁臨城隍廟側(cè)選用了1000mm@750mm咬合樁的圍護(hù)型式。與地墻圍護(hù)型式相比，避免了地墻由于塊石無法成槽及成槽對(duì)城隍廟古建筑影響的難題；與鉆孔灌注樁圍護(hù)型式相比，減少了一道止水帷幕，在基坑距離古建筑較近且地方局促的情況下較好地解決了場(chǎng)地要求問題。咬合樁圍護(hù)型式在寧波地區(qū)的海相飽和軟黏土深基坑中首次應(yīng)用，且在本工程設(shè)計(jì)過程中為充分考慮基坑本身受力及城隍廟古建筑的保護(hù)。咬合樁主要有兩點(diǎn)特色：

1）為保證結(jié)構(gòu)受力，A/B樁均采用了配筋的受力模式，與傳統(tǒng)A/B樁間隔素樁的不同，B樁采用矩形配筋模式參與受力，A樁采用圓形均勻配筋模式參與受力，此方式首先可增強(qiáng)整體受力性能，保證變形的協(xié)調(diào)一致，另外，通過B樁分單A樁的受力模式，可減少A/B樁的成樁直徑，減少對(duì)場(chǎng)地的需求及成孔塌孔風(fēng)險(xiǎn)對(duì)古建筑的潛在風(fēng)險(xiǎn)(見圖3、圖4）。

圖3 傳統(tǒng)咬合樁施工順序

圖4 本工程咬合樁施工順序

2）圍護(hù)樁樁基成孔過程中泥漿護(hù)壁等柔性成孔護(hù)壁手段容易引起城隍廟站古建筑附加沉降，且一旦施工過程控制不好，容易造成塌孔風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)城隍廟站古建筑保護(hù)不利。另外結(jié)合圍護(hù)樁成樁過程一次清障且制成新樁的思路，圍護(hù)樁采用了鋼套管剛性護(hù)筒+全回旋鉆鉆機(jī)清障和成孔模式，此方案較好了解決了清障、新樁成樁，城隍廟站古建筑保護(hù)的相互矛盾關(guān)系。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，咬合樁成樁過程中，咬合樁成樁垂直度控制在1/300之內(nèi)，A樁與B樁咬合較好；另在成樁過程中城隍廟站古建筑基本無變形，達(dá)到了基坑開挖前城隍廟古建筑變形控制的保護(hù)效果。

3.2.2 支撐體系的選擇

為充分利用“時(shí)空效應(yīng)”，減少大型基坑變形不易控制的因素，城隍廟站東側(cè)附屬基坑分成四個(gè)基坑，由北向南依次為E-Ⅰ、E-Ⅱ、E-Ⅲ、E-Ⅳ區(qū)，實(shí)施跳倉(cāng)施工。各個(gè)小坑沿基坑深度均設(shè)置兩道剛度較大的鋼筋混凝土支撐，控制基坑變形。其中E-Ⅰ、E-Ⅱ、E-Ⅳ區(qū)考慮施工道路需求，局部結(jié)合第一道鋼筋混凝土支撐設(shè)置了棧橋板，第一道支撐截面 800mm× 1 000mm，頂圈梁 1 000 mm×1 200m m；第二道支撐截面1100mm×800mm，圍檁截面1200mm×900mm(見圖5)。

圖5 混凝土支撐平面布置圖

3.2.3 地基加固型式

為了有效抑制基坑開挖過程中的圍護(hù)墻側(cè)移及坑底踢腳滑移等情況，保護(hù)城隍廟古建筑，東側(cè)附屬基坑沿城隍廟古建筑側(cè)設(shè)置12m寬攪拌樁裙邊加固，深度從第二道支撐底至坑底下4m，坑底以下加固采用強(qiáng)加固，水泥摻量采用25%，坑底以上加固適當(dāng)弱化，在保護(hù)城隍廟古建筑時(shí)兼顧基坑開挖的難度，加固水泥摻量采用15%(見圖6)。

3.3 古建筑保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

目前，深基坑開挖階段對(duì)具有文物保護(hù)價(jià)值的古建筑保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)沒有具體的標(biāo)準(zhǔn)和要求，但實(shí)際操作過程中，文物保護(hù)建筑具有特殊性和高要求性。故本工程在設(shè)計(jì)過程中參考各

類規(guī)范及報(bào)告[2]，初步分析了各類規(guī)范對(duì)于建筑的變形控制標(biāo)準(zhǔn)和要求，從嚴(yán)控制的角度確定了本工程古建筑的變形控制標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。

圖6 臨古建筑側(cè)基坑剖面圖

表1 建筑保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比表

3.4 環(huán)境影響計(jì)算分析

根據(jù)上述各種措施下，為了研究東側(cè)附屬基坑開挖過程中對(duì)城隍廟古建筑的影響，以便指導(dǎo)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，本次分析土體采用二維平面應(yīng)變單元模擬，材料本構(gòu)模型取用Hardening-Soil模型（各向同性硬化模型）。計(jì)算結(jié)果見圖7、圖8。

圖7 基坑封底時(shí)地層水平位移云圖（Umax=-6.90mm）

圖8 基坑封底時(shí)地層豎向位移云圖（Umax=7.36mm）

基坑本身變形滿足一級(jí)基坑變形要求，地面最大沉降≤0.14%H=14.7m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移≤0.1%H=10.5m。城隍廟古建筑的變形計(jì)算結(jié)果見圖9和表2。

圖9 城隍廟站古建筑底板位移矢量圖

表2 基坑封底時(shí)既有建筑最大豎向及水平位移匯總

計(jì)算結(jié)果表明，地表最大沉降量為2.21mm，城隍廟古建筑最大傾斜量0.044‰，根據(jù)古城隍廟建筑的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)可知，基坑對(duì)城隍廟古建筑的影響是安全的。

4 理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比分析

從2013年9月份開始至2014年7月份期間，收集了E-1、E-Ⅱ、E-Ⅲ、E-Ⅳ4個(gè)基坑各層土開挖工況下圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移及城隍廟古建筑的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降監(jiān)測(cè)值見表3。

表3 臨坑側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)值記錄表

根據(jù)表中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，3#坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移及城隍廟古建筑的沉降明顯較大，顯得較異常，經(jīng)對(duì)施工過程調(diào)查和了解，3#基坑開挖由于某些客觀原因，基坑以上裙邊加固無法實(shí)施，圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移不斷發(fā)展。4#基坑由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)較其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離基坑較遠(yuǎn)，故相對(duì)較小一點(diǎn)。所以，從表中大致可以看出，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平最大實(shí)測(cè)水平位移約16mm左右，城隍廟古建筑沉降量實(shí)測(cè)最大約6mm左右，并根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間換算得到城隍廟站古建筑最大傾斜率為0.022‰。與理論計(jì)算值相比較，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移大于理論計(jì)算值，城隍廟古建筑的沉降量與傾斜與計(jì)算值相差不大，由于計(jì)算模型和參數(shù)的選擇具有一定差異性的客觀性，故基坑采取保護(hù)措施與城隍廟古建筑的保護(hù)具有一定的合理性，并符合給出的標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)論與建議

1）圍護(hù)樁采用鋼套管剛性護(hù)筒+全回旋鉆鉆機(jī)鉆孔的咬合樁能滿足有障礙物和特殊保護(hù)要求的復(fù)雜環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，從全過程變形控制角度來說，此種類型的咬合樁及工藝基本能消除基坑開挖前的前期影響。

2）基坑分坑施工，充分利用“時(shí)空效應(yīng)”，采取剛度大的圍護(hù)樁和砼支撐，并采取大裙邊強(qiáng)加固，能有效抑制基坑變形，控制周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

3）本工程古建筑的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)各個(gè)規(guī)范和專業(yè)鑒定報(bào)告確定，根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)要求具有一定的合理性，對(duì)于類似工程具有一定的借鑒。

【1】董月英.深基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境影響的有限元分析[J].西部探礦工程,2008（3）:04～06.

【2】GB50497—2009建筑基坑工程檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

Analysis of Protective Effect of Foundation Pit of MetroStation on Ancient Buildings

WANG Jian-xun
（ShanghaiTunnelEngineering&RailTransitDesignandResearchInstitute，Shanghai 200235，China）

Theprotectionofancient buildingshasspecial characteristicsandpertinenceto the design ofsubwaydeep foundation pit.To control the environmental risk of the ancient buildings,the deformation control and the corresponding measures of the subway deep foundation pit are analyzed and studied.Combination of Ningbo Rail Transit No.2 line temple station deep foundation pit engineering practice,introduces the Chenghuang Temple ancient building protection of deformation control standards,requirements and specific measuresfor the protection,and the protective effect of the ancient temple of the building is analyzed by using the actual monitoring data, accumulatedtheexperienceforthesimilarengineering.

metrostation;foundationpitdeformationcontrol;specificmeasures;protectioneffectofancientbuildings;analysis

U213.4

A

1007-9467（2016）07-0062-04

2016-03-09

王建勛（1983～），男，江蘇宜興人，工程師，從事地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究，（電子信箱）543800337@qq.com。