地铁车站基坑方案对古建筑保护效果的分析研究

王建勋

（上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海 200235）

地铁车站基坑方案对古建筑保护效果的分析研究

王建勋

（上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海 200235）

古建筑保护对于地铁深基坑设计具有特殊性和针对性。对古建筑这类工程环境风险控制，地铁深基坑变形控制及针对性措施是分析和研究的重中之重。结合宁波轨道交通2号线城隍庙站深基坑的工程实践，介绍了城隍庙古建筑保护的变形控制标准、要求及采取的具体保护措施，并通过实际监测数据分析了对城隍庙古建筑的保护效果，为类似工程积累了经验。

地铁车站；基坑变形控制；针对性措施；古建筑保护效果；分析

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

近年来，随着轨交建设成网式发展,在复杂环境中车站深基坑的数量越来越多，车站深基坑周围环境保护要求也越来越高，特别在基坑周边有文物保护价值的古建筑情况下，更是需对车站深基坑设计提出一系列特殊要求，以确保其结构及变形满足安全及使用要求。实际工程中往往由于缺乏古建筑保护的一些具体量化要求和统一性标准，深基坑设计对古建筑保护效果分析往往缺乏针对性和系统性。宁波轨道交通2号线城隍庙站东侧附属基坑设计过程中初步比较分析并确定了古建筑保护的变形标准，采取了多种针对性措施，有效地控制了基坑变形及地面建筑沉降，保护了城隍庙古建筑。

1 工程概况

宁波市轨道交通2号线一期工程城隍庙站沿解放南路呈南北走向，骑跨县学街，周边建筑密集，环境复杂，车站东侧为城隍庙古建筑，为市级文物保护建筑，条形基础，木结构+专混结构型式。地铁车站主体基坑深约17.55m，东侧附属为带物业开发的地下2层结构，基坑深度约10.5m，局部深坑落低约12m。城隍庙古建筑距离车站主体基坑较远，最近处约38m。古建筑距离东侧附属基坑距离较近，最近处约4.6m，（见图1)。由于东侧附属基坑距离城隍庙古建筑较近，基坑开挖对城隍庙古建筑影响较大，故本文主要是围绕如何采取措施以控制东侧附属基坑开挖时的基坑变形，从而分析对城隍庙站古建筑保护的效果[1]。

图1 城隍庙站总平面图

2 工程地质情况

根据勘察资料，本场地自地表至67.0m深度范围内所揭露的土层均为第四纪松散沉积物，按其成因可分为9层，并细分为16个工程地质亚层。所见土层自上而下依次为①1杂填土层、①3淤泥质黏土层、②2b淤泥质黏土层、②2c淤泥质粉质黏土层、③1砂质粉土层、③2粉质黏土层、④1淤泥质黏土层、⑤1粉质黏土层、⑤2粉质黏土层、⑥2粉质黏土层、⑥2a黏质粉土层、⑥3黏土层、⑦1粉质黏土层、⑧1粉砂层、⑧1a粉质黏土层、⑨1粉质黏土层。城隍庙站东侧附属基坑开挖范围内为坑底为①、②层淤泥质饱和软黏土中，含水量大，具有流塑性特征，基坑坑底位于②2c淤泥质粉质黏土层中。

3 基坑围护方案

3.1 古建筑现状

宁波市城隍庙为市级文物保护，主体建筑为为砖、木、石混合结构，局部木柱被钢管柱代。坐北朝南，以南北为轴线，平面布局呈纵长方形，中轴线上有高大的照壁，向内依次为正门（头门）、仪门（二门）、戏台、正殿、后殿。殿前两侧为厢房、看台。正门为砖木结构，主要为木构架承重。仪门为2层砖木结构，主要为木构架承重。戏台为2层石、木混合结构，主要为木结构承重，1层局部设有石柱。正殿为砖木结构，主要为木构架承重(见图2)。

图2 城隍庙古建筑平面布置图

根据《宁波市郡庙文物建筑在相邻工程施工前勘察报告》文物设甲字0201SJ0031第2012—006号，宁波市郡庙各单体整体倾斜方向无明显规律，大部分测点倾斜率小于《危险房屋鉴定标准》（JGJ125—99 2004年版）规定的倾斜率限值10‰，东西向0.7‰～7.8‰，南北向0.7‰～9‰。由于房屋建造年代久远，个别测点倾斜率较大，东西向局部点达到11.6‰，22‰，南北向局部点达到13‰，14‰，但不排除原始建造时，特意留有侧角。

3.2 基坑围护方案

城隍庙站东侧附属基坑位于原玲珑宾馆拆迁地块，原玲珑宾馆地块拆迁后遗留了大量Φ426mm沉管灌注桩老桩基和地下室（顶板已清除，地下室范围回填了大量的建筑垃圾），另外，还有地下室围护桩等障碍物。如按照传统方式对地下室进行开挖清除，易引起古建筑开挖前的附加沉降。由图1可知，东侧附属基坑为南北向长条形基坑，且与城隍庙古建筑平行且临近，基坑开挖也不利于对城隍庙古建筑的保护。基于从清障-成桩-基坑开挖全过程对城隍庙古建筑的变形控制，围护方案采取了以下几种措施。

3.2.1 围护方案的选择

基于避免开挖清障对城隍庙古建筑的影响，东侧附属基坑围护桩临城隍庙侧选用了1000mm@750mm咬合桩的围护型式。与地墙围护型式相比，避免了地墙由于块石无法成槽及成槽对城隍庙古建筑影响的难题；与钻孔灌注桩围护型式相比，减少了一道止水帷幕，在基坑距离古建筑较近且地方局促的情况下较好地解决了场地要求问题。咬合桩围护型式在宁波地区的海相饱和软黏土深基坑中首次应用，且在本工程设计过程中为充分考虑基坑本身受力及城隍庙古建筑的保护。咬合桩主要有两点特色：

1）为保证结构受力，A/B桩均采用了配筋的受力模式，与传统A/B桩间隔素桩的不同，B桩采用矩形配筋模式参与受力，A桩采用圆形均匀配筋模式参与受力，此方式首先可增强整体受力性能，保证变形的协调一致，另外，通过B桩分单A桩的受力模式，可减少A/B桩的成桩直径，减少对场地的需求及成孔塌孔风险对古建筑的潜在风险(见图3、图4）。

图3 传统咬合桩施工顺序

图4 本工程咬合桩施工顺序

2）围护桩桩基成孔过程中泥浆护壁等柔性成孔护壁手段容易引起城隍庙站古建筑附加沉降，且一旦施工过程控制不好，容易造成塌孔风险，对城隍庙站古建筑保护不利。另外结合围护桩成桩过程一次清障且制成新桩的思路，围护桩采用了钢套管刚性护筒+全回旋钻钻机清障和成孔模式，此方案较好了解决了清障、新桩成桩，城隍庙站古建筑保护的相互矛盾关系。根据现场时测数据显示，咬合桩成桩过程中，咬合桩成桩垂直度控制在1/300之内，A桩与B桩咬合较好；另在成桩过程中城隍庙站古建筑基本无变形，达到了基坑开挖前城隍庙古建筑变形控制的保护效果。

3.2.2 支撑体系的选择

为充分利用“时空效应”，减少大型基坑变形不易控制的因素，城隍庙站东侧附属基坑分成四个基坑，由北向南依次为E-Ⅰ、E-Ⅱ、E-Ⅲ、E-Ⅳ区，实施跳仓施工。各个小坑沿基坑深度均设置两道刚度较大的钢筋混凝土支撑，控制基坑变形。其中E-Ⅰ、E-Ⅱ、E-Ⅳ区考虑施工道路需求，局部结合第一道钢筋混凝土支撑设置了栈桥板，第一道支撑截面 800mm× 1 000mm，顶圈梁 1 000 mm×1 200m m；第二道支撑截面1100mm×800mm，围檩截面1200mm×900mm(见图5)。

图5 混凝土支撑平面布置图

3.2.3 地基加固型式

为了有效抑制基坑开挖过程中的围护墙侧移及坑底踢脚滑移等情况，保护城隍庙古建筑，东侧附属基坑沿城隍庙古建筑侧设置12m宽搅拌桩裙边加固，深度从第二道支撑底至坑底下4m，坑底以下加固采用强加固，水泥掺量采用25%，坑底以上加固适当弱化，在保护城隍庙古建筑时兼顾基坑开挖的难度，加固水泥掺量采用15%(见图6)。

3.3 古建筑保护标准

目前，深基坑开挖阶段对具有文物保护价值的古建筑保护标准没有具体的标准和要求，但实际操作过程中，文物保护建筑具有特殊性和高要求性。故本工程在设计过程中参考各

类规范及报告[2]，初步分析了各类规范对于建筑的变形控制标准和要求，从严控制的角度确定了本工程古建筑的变形控制标准（见表1）。

图6 临古建筑侧基坑剖面图

表1 建筑保护标准对比表

3.4 环境影响计算分析

根据上述各种措施下，为了研究东侧附属基坑开挖过程中对城隍庙古建筑的影响，以便指导设计和验证是否满足标准要求，本次分析土体采用二维平面应变单元模拟，材料本构模型取用Hardening-Soil模型（各向同性硬化模型）。计算结果见图7、图8。

图7 基坑封底时地层水平位移云图（Umax=-6.90mm）

图8 基坑封底时地层竖向位移云图（Umax=7.36mm）

基坑本身变形满足一级基坑变形要求，地面最大沉降≤0.14%H=14.7m，围护结构水平位移≤0.1%H=10.5m。城隍庙古建筑的变形计算结果见图9和表2。

图9 城隍庙站古建筑底板位移矢量图

表2 基坑封底时既有建筑最大竖向及水平位移汇总

计算结果表明，地表最大沉降量为2.21mm，城隍庙古建筑最大倾斜量0.044‰，根据古城隍庙建筑的保护标准可知，基坑对城隍庙古建筑的影响是安全的。

4 理论计算值与实测值对比分析

从2013年9月份开始至2014年7月份期间，收集了E-1、E-Ⅱ、E-Ⅲ、E-Ⅳ4个基坑各层土开挖工况下围护结构水平位移及城隍庙古建筑的各监测点的沉降监测值见表3。

表3 临坑侧监测点实测值记录表

根据表中监测数据可以看出，3#坑的围护结构水平位移及城隍庙古建筑的沉降明显较大，显得较异常，经对施工过程调查和了解，3#基坑开挖由于某些客观原因，基坑以上裙边加固无法实施，围护结构位移不断发展。4#基坑由于监测点较其他监测点距离基坑较远，故相对较小一点。所以，从表中大致可以看出，围护结构水平最大实测水平位移约16mm左右，城隍庙古建筑沉降量实测最大约6mm左右，并根据监测点之间换算得到城隍庙站古建筑最大倾斜率为0.022‰。与理论计算值相比较，围护结构水平位移大于理论计算值，城隍庙古建筑的沉降量与倾斜与计算值相差不大，由于计算模型和参数的选择具有一定差异性的客观性，故基坑采取保护措施与城隍庙古建筑的保护具有一定的合理性，并符合给出的标准要求。

5 结论与建议

1）围护桩采用钢套管刚性护筒+全回旋钻钻机钻孔的咬合桩能满足有障碍物和特殊保护要求的复杂环境风险，从全过程变形控制角度来说，此种类型的咬合桩及工艺基本能消除基坑开挖前的前期影响。

2）基坑分坑施工，充分利用“时空效应”，采取刚度大的围护桩和砼支撑，并采取大裙边强加固，能有效抑制基坑变形，控制周边环境风险。

3）本工程古建筑的保护标准依据各个规范和专业鉴定报告确定，根据理论计算和实际监测数据，标准要求具有一定的合理性，对于类似工程具有一定的借鉴。

【1】董月英.深基坑开挖对周边环境影响的有限元分析[J].西部探矿工程,2008（3）:04～06.

【2】GB50497—2009建筑基坑工程检测技术规范[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

王建勋（1983～），男，江苏宜兴人，工程师，从事地铁车站结构设计与研究，（电子信箱）543800337@qq.com。