旧改项目地下室范围内被保护建（构）筑物区域基坑支护方案的探讨

张晓伦

（广州珠江外资建筑设计院有限公司 广州 510098）

0 引言

随着城市旧改政策的发布，旧城改造是地产开发的一大重点。旧改项目的一大特点是根据开发进度分片分区进行，同时周边旧有建筑、历史文物、名木古树等的保护工作，特别是在地下室范围（开挖范围）内的特殊建筑不能迁改、需就地保护，尤显重要。对于地下室范围内需保护对象的支护措施，需保证被保护对象的安全、正常使用，同时需兼顾工程造价、工期，还需考虑项目地下室的最大开发利用［1］。这对岩土工程来说，既是机会又是挑战。通常，岩土设计的基坑支护工程，主要关注基坑周边的建（构）筑物、道路、管线、名木等环境因素［2］，对于地下室范围（开挖范围）内需保护对象的措施，及其与主体结构的衔接，是一个新的研究课题。

本文根据几个典型工程案例，对该类问题进行研究与经验总结，为类似工程提供借鉴。

1 悬臂式支护

1.1 工程概况

某工程基坑周长约900 m，开挖面积约50 000 m2，开挖深度6～8 m；基坑开挖深度范围土层主要为填土（层厚约2 m）、可塑粉质黏土（层厚约5 m）、硬塑粉质黏土（层厚约3 m）、全风化花岗岩；基坑周边5 m 范围外零星有若干暂不能拆除的建构筑物，地下室开挖范围内有一栋需保护的建筑（12 m×8 m），该范围位于基坑8m 深开挖范围。大基坑主要采用复合土钉墙和悬臂灌注桩方案，基坑内需保护建筑外扩5 m 作为保护范围。

1.2 保护方案

经充分考虑大基坑支护方案、坑内需保护建筑安全及其一定时期内正常使用，坑内需保护建筑周边采用灌注桩悬臂（φ1 200@1 400）、大直径搅拌桩（2φ800@1 400）止水的支护方案，如图1所示。

图1 悬臂支护结构典型剖面示意图Fig.1 Typical cross-section Diagram of Cantilever Support Structure

1.3 讨论

⑴为了最大化地下室可利用范围，止水搅拌桩采用桩间搭接支护桩咬合措施；

⑵对应拟保护建筑周边的支护结构，为了更有效控制位移，可在支护桩顶阳角处设置腋板，如图2所示；为了增加支护结构刚度，可加强腰梁尺寸和配筋；

图2 支护结构阳角处增加腋板Fig.2 Add Axillary Plates at the External Corners of the Support Structure

⑶可根据支护范围的形状采用圆形支护形式，有以下优点：

①圆形支护结构冠梁刚度更均匀，所以支护桩受力更均匀，变形较矩形更均匀；

②圆形支撑不会存在矩形支撑体系下冠梁角部阳角应力集中问题；

③冠梁、腰梁受力由复杂的受弯问题变为简单的受拉问题，如图3所示。

图3 支护结构采用圆形布置示意图Fig.3 Schematic Diagram of Circular Layout for Support Structure

④相较矩形支护形式而言，更能充分利用有限空间。

⑷对于对位移要求非常严格的基坑，可采用对拉锚索方案，如图4所示。

图4 支护结构增加锚索对拉措施示意图Fig.4 Schematic Diagram of Adding Anchor Cable Tension Measures to the Support Structure

2 结合基坑支撑结构体系整体保护

2.1 工程概况

某工程基坑周长约640 m，开挖面积约24 000 m2，开挖深度约19 m；基坑开挖深度范围土层主要为填土（层厚约2 m）、淤泥质土（层厚3～5 m）、粉细砂（层厚3～6 m）、全风化泥质粉砂岩（层厚2～8 m）、强风化和中风化泥质粉砂岩；

基坑东侧100 m 为珠江，南侧30 m 外为待开发用地、尚有大量未拆迁建构筑物，西侧20 m 外为在建地铁，北侧15 m 外为现状水利河涌和文保建筑；基坑开挖范围内存在较多名木，经相关流程报批后［3］，仍有2株胸径大于80 cm名木不能迁移、需就地保护，保护范围15 m×15 m，树根埋深约4 m。

2.2 保护方案

根据基坑周边环境和地质条件，大基坑采用咬合桩（兼止水）+两道混凝土支撑（四个角撑+对撑）的支护结构；名木保护范围采用灌注桩（φ1 200@1 500）结合大基坑支撑方案，周边各一跨支撑格构柱之间采用板撑的支护方案，控制垂直于对撑方向的支护桩位移，同时为了防止名木根系水涝隐患，采用大直径搅拌桩（φ800@600）止水、并增设泄水孔的止水疏水方案，如图5～图6所示。

图5 名木保护范围结合大基坑支撑采用板撑方案Fig.5 Famous Wood Protection Range Combined with Large Foundation Pit Support Using Plate Support Scheme

图6 典型支护结构剖面Fig.6 Typical Support Structure Profile

3 保护范围下方地下室开发利用

对于地下室范围内需保护对象的支护措施，需保证被保护对象的安全、正常使用，同时需兼顾工程造价、工期，还需考虑项目地下室的最大开发利用。如能保护和开发兼顾，则能“利益”最大化，此时对被保护对象的安全措施，尤显重要。

本文对上面的工程案例，按此思路探讨。

上述案例地下室三层，负一层、负二层、负三层的层高分别是8 m、4.75 m和4.75 m；

经与各方商议，名木下方保护范围（15 m×15 m 净空）的负一层可以不考虑利用，对应的负二、负三层按考虑开发利用的思路来进行保护措施设计。

本次支护设计，需重点考虑如下问题：

⑴周边大基坑开挖时，被保护范围不会大变形、不会水土流失，同时也不能造成水涝隐患；

⑵被保护范围下方负二、负三层土方开挖时，上方土体不会塌落、确保名木正常生长、确保下方土体结构正常施工。对于第1个问题，已在上面第二点“结合基坑支撑结构体系整体保护”中讨论；

对于第2个问题，需解决名木根系下砂层的加固、土方开挖的分区分层、支护桩的破桩工序等问题。

名木根系下砂层的加固，按常规旋喷桩加固方案，存在旋喷压力不可控、破坏名木根系的风险，因此可考虑MJS［4～6］加固方案，同时可作为下方土体超前加固措施。名木根系下方土方开挖施工工序［7～8］可按如图7中的方案进行。

图7 保护范围下方地下室开发利用施工工序示意图Fig.7 Schematic Diagram of the Construction Process for the Development and Utilization of the Basement below the Protected Area

造价分析：保护范围下方地下室开发利用范围每层225 m2，两层共计450 m2；常规车位每个按35 m2计，共计可开发利用车位约14 个；每个车位售价约50 万元，开发获利约700万元；保护范围沿周长方向每延米支护造价约10 万元，施工措施约200 万元，工程造价约800 万元。从造价方面看，保护范围下方地下室开发利用的成本与收益相差不大，但是从支护结构的安全、施工难度、项目工期角度综合考虑，保护范围下方地下室开发利用的效率偏低，无特殊要求不建议开发利用。

4 与主体结构间的处理措施

对于基坑开挖范围内的被保护建构筑物，其与大基坑范围内的主体结构地下室侧壁预留有肥槽空间，如图8～图9 所示。该空间如不处理，将会成为死角，对结构防水、主体结构使用品质有较大影响［9～11］；如全回填密室，对于特殊的被保护对象如名木，则会水流不畅导致影响其生长安全。因此，建议对基坑底至负一层楼板高度（或者对特殊被保护对象不影响的高度）回填素混凝土，其上部回填透水材料形成盲沟、并设置集水井，采用水位自动化监测设备、自动排水系统，完成地下室范围外地表水、地下水的疏解。

图8 被保护范围下方空间开发做法示意图Fig.8 Schematic Diagram of the Development Method for the Space below the Protected Area

图9 被保护范围与主体结构分离做法示意图Fig.9 Schematic Diagram of Separating the Protected Area from the Main Structure

5 结论与展望

对于地下室范围内需保护对象的支护措施，需保证被保护对象的安全、正常使用，同时需兼顾工程造价、工期，还需考虑项目地下室的最大开发利用。常规保护措施可以采取独立支护结构，也可以结合主基坑支撑结构体系综合支护。

⑴独立支护结构可采用悬臂式灌注桩；为了地下室范围最大化，止水搅拌桩可与支护灌注桩搭接咬合的措施；控制悬臂支护桩的措施有阳角处增设腋板、锚索对拉、增加腰梁等；有条件时支护范围尽可能采用圆形，充分发挥圆形结构受力更合理的优势。

⑵主基坑深度大或者被保护范围大时，可结合主基坑支撑结构体系综合支护，该条件下应加强重视拆撑工况的换撑方案。

⑶被保护范围下方地下室是否开发利用，要综合地下室开发利用价值和支护结构的安全、施工难度、项目工期等因素；从造价方面看，一定规模的保护范围下方地下室开发利用的成本与收益相差不大，但是从支护结构的安全、施工难度、项目工期角度综合考虑，保护范围下方地下室开发利用的效率偏低，因此无特殊要求不建议开发利用。

⑷应重视主基坑地下室侧壁和被保护范围支护结构之间的回填方案；建议回填透水材料形成盲沟、并设置集水井，采用水位自动化监测设备、自动排水系统，完成地下室范围外地表水、地下水的疏解。