基坑支护设计:地下工程对历史建筑的影响

基坑开挖时，由于坑内开挖卸荷，造成围护结构在内外压力差作用下产生位移，进而引起围护外侧土体的变形，造成基坑外邻近历史建筑物的沉降与移动。基坑支护设计在围护选型、围护刚度、地下水和施工等方面具有不同的设计要求，针对不同的工程概况进行相应的设计，确保邻近历史建筑物的安全。

1.围护选型

（1）开挖深度

根据基坑开挖的深度H，选用不同的围护结构。

当基坑的开挖深度H＜3 m时，一般选取重力坝围护结构，在满足设计安全的基础上，具有施工速度快、经济效益好的特点。

当基坑开挖深度3 m＜H＜10 m时，围护结构一般采取排桩+支撑+止水围护的设计方案，该方案考虑了基坑的较大卸土效应和软土地区的地下水，可以起到较好的围护效果。

当基坑开挖深度10 m＜H＜15 m时，此种情况已经属于深基坑，围护结构一般会比选排桩和地下连续墙两种方案，综合考虑二者的安全性与经济性，择其一。

当基坑开挖深度H＞15 m时，属于超深基坑范畴，一般采用地下连续墙围护结构形式，结构刚度大，整体性好，亦可采用两墙合一设计，降低工程造价。

（2）开挖形状

根据基坑开挖形状的复杂程度设计基坑支护方案，当基坑开挖形状较为规整时，一般情况下采取一种围护结构形式即可；当基坑开挖形状不规则时，一般情况下可能会采取两种及以上的组合围护形式；形状极不规则的区域可能还需要进行分区开挖以及多种加固措施相结合。

当基坑的开挖面积较小时，一般情况下可以通过添加内支撑的方式增加围护结构刚度；当开挖面积较大时，根据设计方案，采取分区分段开挖，以达到控制变形、减小对周边环境影响的目的，控制相应区块对邻近历史建筑物的变形影响。

2.围护刚度

在基坑围护设计中，围护刚度对基坑的围护起到很大的作用，其中影响围护刚度的因素有以下4个方面。

（1）插入比

基坑支护工程中，插入比是指竖向围护结构在基坑底面以上的长度与基坑底面以下的长度之比。一般情况下，随着围护结构插入比的增加，结构刚度越来越大，但当插入比超过一定限值时，再增加插入比对基坑围护结构抵抗周边土体变形的能力几乎不再增加。所以，在基坑围护设计过程中，可以适当增加围护结构的插入比，提高围护结构刚度，但插入比不宜过大，否则会造成资源浪费，经济不合理。

（2）桩径及桩间距

在基坑支护设计中，当采用排桩作为围护结构时，桩径越大，桩间距越小，围护结构刚度越大。在基坑支护设计中，结合施工工艺，合理选用围护结构排桩的桩径及桩间距。

（3）内支撑(www.xing528.com)

基坑内添加内支撑，可以增大围护结构的整体刚度。根据基坑的开挖深度，设计布置内支撑的道数，道数越多，围护结构整体刚度越大；不同道内支撑之间的间距越小，围护结构的整体刚度就越大。根据设计需要，合理布置内支撑之间的间距及道数。

（4）坑内加固

坑内加固可以增加土体被动区的土体刚度和强度，考虑到整个围护结构体系的作用，坑内加固也加强了整个围护结构的强度，起到了抑制坑内隆起、坑边滑移的作用，防止发生基坑失稳的工程事故。具体的坑内加固平面布置形式有暗墩式、裙边式、满堂式、抽条式、格栅式和圈椅状等。

3.地下水

在软土地区，一般地下水存在潜水和承压水。

潜水一般水位埋深较浅，潜水位主要受降雨、地表水和蒸发的影响而变化，可采用真空疏干深井的降水措施，确保土层疏干，便于开挖。

承压水一般处于两个隔水层之间，可采用减压深井进行减压降水，确保基坑安全顺利完成施工。降水过程中必须遵循“按需降压”，加强承压水水位监测，控制承压水的水位满足开挖时的安全要求，不得超降，以期减少减压降水辐射范围，减少降水对周边环境的不利影响。基坑外适量布置承压含水层的坑外水位观测井兼应急回灌井，在开挖过程中，平时加强坑外水位观测，应急情况下可及时启动进行回灌，达到回灌一体化。

4.施工要求

针对不同的工程，围护结构在其本身施工过程中，需要满足不同的施工要求。

（1）空间作用面小

当围护体的空间作用面小且其周边存在历史建筑物时，可采用套管进行加强，以达到保护历史建筑物的目的。

（2）止水帷幕

止水帷幕是用于阻止或减少基坑侧壁及基坑底地下水流入基坑而采取的连续止水体。一般可采用MJS工法，即全方位高压旋喷桩工法，该工法具有以下优点：可以全方位进行高压喷射注浆施工；桩径大，桩身质量好；对周边环境影响小，超深施工有保证；泥浆污染少。

（3）逆作法

逆作法施工和顺作法施工顺序相反，在支护结构及工程桩完成后，并不是进行土方开挖，而是直接施工地下结构的顶板或者开挖一定深度再进行地下结构的顶板、中间柱的施工，然后再依次逐层向下进行各层的挖土，并交错逐层进行各层楼板的施工，每次均在完成一层楼板施工后才进行下层土方的开挖。上部结构的施工可以在地下结构完工之后进行，也可以在下部结构施工的同时从地面向上进行，上部结构施工的时间和高度可以通过整体结构的施工工况（特别是计算地下结构以及基础受力）来确定。

与传统的顺作施工方法相比较，用逆作法施工高层建筑多层地下室或地下结构有下述技术特点：①缩短工程施工的总工期；②基坑变形小，减少深基坑施工对周围环境的影响；③降低工程能耗，节约资源；④现场作业环境更加合理；⑤对设计人员和施工队伍的专业素质要求高；⑥基坑整体性更好。