基于城市更新改造項(xiàng)目的基坑工程支護(hù)技術(shù)淺析

朱建剛

上海建工房產(chǎn)有限公司 上海 200080

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，中國城市建設(shè)正在逐步從“增量市場”邁入“存量市場”的時代，城市更新已成為當(dāng)代政府主管部門、開發(fā)企業(yè)以及建設(shè)行業(yè)各領(lǐng)域所共同面臨的一項(xiàng)全新課題。

城市更新改造要結(jié)合城市更新實(shí)際和群眾所需，不斷創(chuàng)新，探索改造的方式和路徑。目前，上海、北京等特大型城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已趨于飽和，城市發(fā)展逐漸由最初的大規(guī)模建設(shè)向迭代更新轉(zhuǎn)變。

同時，隨著土地資源的日趨緊張，更新改造項(xiàng)目的周邊環(huán)境也變得相當(dāng)復(fù)雜，基坑工程施工時對周邊環(huán)境的保護(hù)要求也越來越高。

本文在城市更新改造背景下，闡述了對基坑工程支護(hù)技術(shù)的思考，并以上海某更新改造項(xiàng)目地下2層深大基坑工程案例為背景，簡要概述了基坑支護(hù)技術(shù)方案，找出了影響周邊建筑物的原因，并采取一系列的控制措施，從而為今后類似的工程施工提供借鑒。

1 城市更新改造工程支護(hù)技術(shù)

1.1 常見基坑類型及支護(hù)使用條件

隨著基坑開挖深度的不斷增大，基坑支護(hù)方式越來越多樣化。然而結(jié)合城市更新改造項(xiàng)目的特點(diǎn)，適用于這一類項(xiàng)目的基坑支護(hù)方式相對較少[1]。

大量的更新改造項(xiàng)目基坑工程是在大而密集型的城市中進(jìn)行的，面臨著紅線控制嚴(yán)格及周邊環(huán)境保護(hù)要求高等難點(diǎn)，通常將板式支護(hù)體系應(yīng)用于這一類項(xiàng)目中。板式支護(hù)體系分為板式支護(hù)結(jié)構(gòu)＋內(nèi)部支撐體系、板式支護(hù)結(jié)構(gòu)＋外部拉錨體系2種。

板式支護(hù)結(jié)構(gòu)＋外部拉錨體系需往土體內(nèi)植入拉錨體系，危及周邊既有建筑物的地下結(jié)構(gòu)，不適合使用。因此，板式支護(hù)結(jié)構(gòu)＋內(nèi)部支撐體系在大而密集型的城市更新改造基坑工程中承擔(dān)著重要的角色，具體支護(hù)技術(shù)使用條件總結(jié)如下：

1）對于周邊環(huán)境保護(hù)要求不是太高且基坑開挖深度不深（5～8 m）的1層地下室，采用鋼板樁并結(jié)合1～2道鋼支撐共同受力。

2）對于周邊環(huán)境保護(hù)要求較高且基坑開挖深度較深（6～12 m）的1或2層地下室，采用SMW工法樁并結(jié)合1～2道鋼筋混凝土支撐或鋼支撐共同受力。

3）對于周邊環(huán)境保護(hù)要求高且基坑開挖深度深（6～15 m）的1～3層地下室，采用鉆孔灌注樁并結(jié)合1～3道鋼筋混凝土支撐共同受力。

4）對于周邊環(huán)境保護(hù)要求高且基坑開挖深度深（≥12 m）的2層及以上地下室，采用地下連續(xù)墻并結(jié)合3道及以上鋼筋混凝土支撐共同受力。

1.2 基坑支撐體系

目前，在基坑工程中常用的內(nèi)支撐體系如表1所示。

表1 基坑工程常用的內(nèi)支撐體系

基于上述針對常用于城市更新改造項(xiàng)目基坑支護(hù)技術(shù)的詳細(xì)討論，本文后續(xù)結(jié)合上海某更新改造項(xiàng)目地下2層深大基坑工程實(shí)例，進(jìn)一步闡述基坑施工對周邊既有建筑物的影響。

2 工程概況

上海某更新改造項(xiàng)目基坑工程總面積約56 000 m2，開挖深度12.5 m?；颖眰?cè)為既有建筑物，距離基坑邊線最近為3.4 m，其中建筑物基底埋深地下為3.7 m，基礎(chǔ)采用φ600 mm鉆孔灌注樁，有效樁長為16.1 m。

基坑總體采用順作法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚1.0 m地下連續(xù)墻結(jié)合2道鋼筋混凝土支撐，如圖1所示。

圖1 工程典型剖面

工程所處場地屬于古河道分布區(qū)，主要為流塑黏性土體，含水量和壓縮性均較大，力學(xué)性質(zhì)也相對較差，基坑開挖范圍內(nèi)的土層沿深度分布依次為：①填土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④1淤泥質(zhì)黏土、④2-1粉質(zhì)黏土、④2-2砂質(zhì)粉土、⑤1粉質(zhì)黏土和⑤3粉質(zhì)黏土。具體土層參數(shù)如表2所示。

表2 土層參數(shù)

3 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)分析

1）大面積開挖的基坑對周邊環(huán)境影響的時空效應(yīng)明顯。

2）基坑北側(cè)緊鄰既有建筑物，環(huán)境保護(hù)要求極高，施工中須做好相關(guān)的保護(hù)工作，將沉降控制在允許范圍之內(nèi)。

3）基坑開挖深度深，圍護(hù)占地空間小，基坑邊線距離既有建筑物最近僅有3.4 m。

4）場地內(nèi)含有較厚、較廣的填土以及暗浜；場地深層埋藏④2-2砂質(zhì)粉土微承壓含水層，面臨嚴(yán)峻的微承壓水問題。

4 對周邊建筑物的影響分析

結(jié)合上述對本基坑工程相關(guān)特點(diǎn)及難點(diǎn)的闡述，本小節(jié)進(jìn)一步闡述了基坑施工對周邊建筑物產(chǎn)生影響的原因及控制措施，以實(shí)現(xiàn)對既有建筑物的保護(hù)。

4.1 主要原因分析、控制措施及分析工況

4.1.1 基坑面積大、開挖深度深

1）根據(jù)上述內(nèi)容可知，既有建筑物距離基坑開挖邊線很近，因此，采用重型機(jī)械對基坑進(jìn)行施工時會導(dǎo)致建筑物的沉降量顯著增加。

2）基坑面積開挖大，支撐在長距離傳力時的可靠性難以保證，導(dǎo)致整個支撐體系抵抗變形的能力大大削弱；支撐未結(jié)合挖土分塊流程分段形成，因而未及時形成有效的支撐體系。

3）基坑開挖面積大、環(huán)境保護(hù)要求高，造成土方開挖難度大，大面積的土方開挖打破了初始的地應(yīng)力平衡場，增加了坑外土體往坑內(nèi)流動的趨勢，加劇了周邊地面的沉降。

因此，在鄰近建筑物區(qū)域，挖土期間的施工機(jī)械（尤其是重型機(jī)械）和材料堆放應(yīng)遠(yuǎn)離地下連續(xù)墻，并結(jié)合現(xiàn)場施工情況優(yōu)化開挖方案，嚴(yán)格遵守“分區(qū)、分塊、對稱、平衡、限時”的原則，待支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再進(jìn)行下一步工序。

4.1.2 基坑降水

場地深層埋藏④2-2砂質(zhì)粉土微承壓含水層，水頭較高、水壓力大。為確?；拥陌踩┕?，以免受到承壓水引起的坑底突涌、流砂等不利影響，開挖前要對該層微承壓水進(jìn)行降水以減少水頭壓力，然而這也勢必會打破初始水流的滲流場平衡，從而導(dǎo)致基坑周邊土體及建筑物發(fā)生不均勻沉降，引起地表開裂、建筑物破壞。

因此，在基坑開挖前應(yīng)采取合理的降水措施，結(jié)合信息化技術(shù)進(jìn)行動態(tài)降水監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時調(diào)控地下水位，以免超降而破壞坑內(nèi)外壓力平衡。同時，利用地下連續(xù)墻外側(cè)的止水帷幕隔斷④2-2砂質(zhì)粉土微承壓含水層，并往止水帷幕內(nèi)摻入一定比例的膨潤土，以加強(qiáng)止水效果。此外，基坑降水必須與土方開挖協(xié)調(diào)進(jìn)行，即先預(yù)降水一定時間后，方能進(jìn)行土方開挖。

4.1.3 施工質(zhì)量存在問題

1）地下連續(xù)墻深度大，成槽施工難度大，而地槽的好壞將直接影響到地下連續(xù)墻的垂直度。

2）槽壁加固不到位，導(dǎo)致地槽內(nèi)土渣含量大，因而造成地下連續(xù)墻澆筑不連續(xù)，出現(xiàn)折斷。

3）相鄰2幅地下連續(xù)墻之間接縫處理不到位，出現(xiàn)滲水，從而導(dǎo)致開挖過程圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生滲水及破壞的現(xiàn)象，造成周邊沉降急劇增加。

因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工情況動態(tài)調(diào)控護(hù)壁泥漿的濃度，并在地下連續(xù)墻槽壁加固與坑內(nèi)加固間填充高壓旋噴樁，以確保槽壁的穩(wěn)定，控制好機(jī)械成槽質(zhì)量。同時，在相鄰2幅地下連續(xù)墻接縫處采用3個搭接形成的高壓旋噴樁進(jìn)行止水，保證接縫處的止水效果。

4.1.4 基坑被動區(qū)土體加固失效或施工質(zhì)量存在問題

基坑開挖面處于③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，該層土體性質(zhì)相對較差，加固不到位時，坑底容易發(fā)生失穩(wěn)、隆起以及流砂等不利狀況。

因此，為改善坑底土體的性質(zhì)，提高土體強(qiáng)度，可將墩式加固的方式改為裙邊加固的方式，提高加固體的含摻量，控制加固體的質(zhì)量以及有效加固范圍，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)工況施工，以免發(fā)生遺漏和不到位的現(xiàn)象。

4.1.5 無支撐暴露時間長

基坑開挖至坑底時，暴露時間長，未及時澆筑墊層及結(jié)構(gòu)，從而不能有效地抵抗水土壓力，危及周邊建筑的安全。

為避免開挖面長時間的暴露，在基坑開挖至坑底時應(yīng)及時澆筑墊層及結(jié)構(gòu)底板，并在結(jié)構(gòu)回筑至拆撐標(biāo)高時設(shè)置好換撐板帶，再進(jìn)行拆撐工序。

綜合上述影響因素進(jìn)行分析，總結(jié)具體工況如下：進(jìn)行基坑降水，分析初始滲流場→分析初始地應(yīng)力場→分析周邊環(huán)境應(yīng)力場→施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)及被動區(qū)土體加固→開挖至第1道支撐底，施工第1道圍檁和支撐→開挖至第2道支撐底，施工第2道圍檁和支撐→開挖至坑底。

4.2 控制結(jié)果分析

為確?？刂拼胧┑暮侠硇?，在本基坑開挖至坑底時，將靠近既有建筑物側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移的分析結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果進(jìn)行比對，如圖2所示。

圖2 分析結(jié)果與實(shí)測結(jié)果對比

從圖2可以看出，基坑開挖至坑底時圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形最大，最大變形在坑底左右，這與現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果接近，且數(shù)值也未超過相關(guān)規(guī)范要求[2-3]，進(jìn)一步說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，在基坑開挖至坑底且未澆筑墊層及結(jié)構(gòu)底板時達(dá)到最大，因此，在實(shí)際施工過程中一定要及時澆筑墊層及結(jié)構(gòu)底板，從而能夠較快地起到坑底支撐作用，減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移和周邊建筑物的沉降，確保周邊建筑物的安全。

5 結(jié)語

本文較為詳細(xì)地闡述了在城市更新改造項(xiàng)目中的基坑支護(hù)使用條件及支撐體系，并以上海某更新改造項(xiàng)目地下2層深大基坑工程案例為背景，簡要概述了本基坑工程相關(guān)情況及支護(hù)方案，分析了引起周邊建筑物變形的原因，采取了相應(yīng)的控制措施。在此基礎(chǔ)上分析了采取措施的效果，從而為今后類似的工程提供借鑒。