基于城市更新改造項目的基坑工程支護技術淺析

朱建剛

上海建工房產有限公司 上海 200080

隨著社會經濟的不斷發展，中國城市建設正在逐步從“增量市場”邁入“存量市場”的時代，城市更新已成為當代政府主管部門、開發企業以及建設行業各領域所共同面臨的一項全新課題。

城市更新改造要結合城市更新實際和群眾所需，不斷創新，探索改造的方式和路徑。目前，上海、北京等特大型城市基礎設施建設已趨于飽和，城市發展逐漸由最初的大規模建設向迭代更新轉變。

同時，隨著土地資源的日趨緊張，更新改造項目的周邊環境也變得相當復雜，基坑工程施工時對周邊環境的保護要求也越來越高。

本文在城市更新改造背景下，闡述了對基坑工程支護技術的思考，并以上海某更新改造項目地下2層深大基坑工程案例為背景，簡要概述了基坑支護技術方案，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技術

1.1 常見基坑類型及支護使用條件

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

大量的更新改造項目基坑工程是在大而密集型的城市中進行的，面臨著紅線控制嚴格及周邊環境保護要求高等難點，通常將板式支護體系應用于這一類項目中。板式支護體系分為板式支護結構＋內部支撐體系、板式支護結構＋外部拉錨體系2種。

板式支護結構＋外部拉錨體系需往土體內植入拉錨體系，危及周邊既有建筑物的地下結構，不適合使用。因此，板式支護結構＋內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著重要的角色，具體支護技術使用條件總結如下：

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

2）對于周邊環境保護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）對于周邊環境保護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合1～3道鋼筋混凝土支撐共同受力。

4）對于周邊環境保護要求高且基坑開挖深度深（≥12 m）的2層及以上地下室，采用地下連續墻并結合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支撐體系如表1所示。

表1 基坑工程常用的內支撐體系

基于上述針對常用于城市更新改造項目基坑支護技術的詳細討論，本文后續結合上海某更新改造項目地下2層深大基坑工程實例，進一步闡述基坑施工對周邊既有建筑物的影響。

2 工程概況

上海某更新改造項目基坑工程總面積約56 000 m2，開挖深度12.5 m?；颖眰葹榧扔薪ㄖ?，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，圍護結構采用厚1.0 m地下連續墻結合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，主要為流塑黏性土體，含水量和壓縮性均較大，力學性質也相對較差，基坑開挖范圍內的土層沿深度分布依次為：①填土、③淤泥質粉質黏土、④1淤泥質黏土、④2-1粉質黏土、④2-2砂質粉土、⑤1粉質黏土和⑤3粉質黏土。具體土層參數如表2所示。

表2 土層參數

3 工程特點及難點分析

1）大面積開挖的基坑對周邊環境影響的時空效應明顯。

2）基坑北側緊鄰既有建筑物，環境保護要求極高，施工中須做好相關的保護工作，將沉降控制在允許范圍之內。

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

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

4 對周邊建筑物的影響分析

結合上述對本基坑工程相關特點及難點的闡述，本小節進一步闡述了基坑施工對周邊建筑物產生影響的原因及控制措施，以實現對既有建筑物的保護。

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）根據上述內容可知，既有建筑物距離基坑開挖邊線很近，因此，采用重型機械對基坑進行施工時會導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，導致整個支撐體系抵抗變形的能力大大削弱；支撐未結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、環境保護要求高，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力平衡場，增加了坑外土體往坑內流動的趨勢，加劇了周邊地面的沉降。

因此，在鄰近建筑物區域，挖土期間的施工機械（尤其是重型機械）和材料堆放應遠離地下連續墻，并結合現場施工情況優化開挖方案，嚴格遵守“分區、分塊、對稱、平衡、限時”的原則，待支撐達到設計強度后再進行下一步工序。

4.1.2 基坑降水

場地深層埋藏④2-2砂質粉土微承壓含水層，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，從而導致基坑周邊土體及建筑物發生不均勻沉降，引起地表開裂、建筑物破壞。

因此，在基坑開挖前應采取合理的降水措施，結合信息化技術進行動態降水監控，根據監測數據實時調控地下水位，以免超降而破壞坑內外壓力平衡。同時，利用地下連續墻外側的止水帷幕隔斷④2-2砂質粉土微承壓含水層，并往止水帷幕內摻入一定比例的膨潤土，以加強止水效果。此外，基坑降水必須與土方開挖協調進行，即先預降水一定時間后，方能進行土方開挖。

4.1.3 施工質量存在問題

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

2）槽壁加固不到位，導致地槽內土渣含量大，因而造成地下連續墻澆筑不連續，出現折斷。

3）相鄰2幅地下連續墻之間接縫處理不到位，出現滲水，從而導致開挖過程圍護結構發生滲水及破壞的現象，造成周邊沉降急劇增加。

因此，應根據實際施工情況動態調控護壁泥漿的濃度，并在地下連續墻槽壁加固與坑內加固間填充高壓旋噴樁，以確保槽壁的穩定，控制好機械成槽質量。同時，在相鄰2幅地下連續墻接縫處采用3個搭接形成的高壓旋噴樁進行止水，保證接縫處的止水效果。

4.1.4 基坑被動區土體加固失效或施工質量存在問題

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

因此，為改善坑底土體的性質，提高土體強度，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，控制加固體的質量以及有效加固范圍，并嚴格按照設計工況施工，以免發生遺漏和不到位的現象。

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構，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及時澆筑墊層及結構底板，并在結構回筑至拆撐標高時設置好換撐板帶，再進行拆撐工序。

綜合上述影響因素進行分析，總結具體工況如下：進行基坑降水，分析初始滲流場→分析初始地應力場→分析周邊環境應力場→施工圍護結構及被動區土體加固→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圍護結構側向位移的分析結果與現場實測結果進行比對，如圖2所示。

圖2 分析結果與實測結果對比

從圖2可以看出，基坑開挖至坑底時圍護結構的側向變形最大，最大變形在坑底左右，這與現場實測結果接近，且數值也未超過相關規范要求[2-3]，進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構底板時達到最大，因此，在實際施工過程中一定要及時澆筑墊層及結構底板，從而能夠較快地起到坑底支撐作用，減小圍護結構側向位移和周邊建筑物的沉降，確保周邊建筑物的安全。

5 結語

本文較為詳細地闡述了在城市更新改造項目中的基坑支護使用條件及支撐體系，并以上海某更新改造項目地下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情況及支護方案，分析了引起周邊建筑物變形的原因，采取了相應的控制措施。在此基礎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。