围护方案总体设计-地下工程施工对历史建筑影响的研究与实践

1.工程特点

上海国际舞蹈中心项目由于其地段特殊，周边环境复杂，给基坑设计与施工带来了挑战，具体表现在以下几个方面。

（1）优秀历史建筑分布四周，基坑环境保护要求高

在基坑周边建筑中，有市级优秀历史建筑6幢，离基坑边线距离均在1倍开挖深度以内，其中南侧10#楼距离基坑边线最近为4.027 m，且历史建筑分布在基坑四周。

（2）基坑开挖面积大，存在两个挖深

本工程一层基坑总面积约26 609 m2，其中包含二层基坑面积约14 428 m2。一层挖深6.4 m，二层挖深10.8 m，落深4.4 m。

（3）基坑形状极不规则

本工程是在拆除原有建筑物之后新建项目，同时考虑对保留的6幢市级优秀历史建筑的影响，受场地条件的限制，基坑的形状极不规则，给基坑支护设计中支撑的布置带来困难。

（4）施工组织难度大

本工程地处虹桥路历史文化风貌保护区核心保护范围，被多幢优秀历史建筑环绕，三面邻近交通道路，场地十分紧张，给施工中的材料堆场、机械布置等带来较大的困难。

（5）根据岩土工程勘察报告，本场地存在第⑤2层的微承压水及第⑨层的承压水，经验算，⑤2层微承压水层对一层挖深无影响，对二层挖深存在突涌的可能；⑨层承压水层对两个挖深均不存在突涌的可能。

2.整体思路

在充分考虑上述因素的基础上，基坑设计方案从以下几个方面采取措施，以增加对历史建筑的保护。

（1）基坑分区施工

本工程基坑面积大，挖深不一且落差大，如果不分区，必会放大时空效应，为控制围护体本身的变形及减小对环境的影响，基坑必须进行分区。

针对两个挖深，按“先深后浅”的分区原则，即按挖深进行分区。先施工地下二层区域，后施工地下一层区域。但是，本工程地下一层及地下二层基坑平面形状极不规则，且地下二层基坑最大长度也达到220 m，导致支撑布置困难，因支撑传力不直接而使基坑变形难以控制，环境保护难以符合规范要求。

因此，结合本工程6幢历史建筑的分布情况（即分散在基坑的四周），同时结合基坑的平面形状，本工程根据基坑的挖深同时兼顾基坑平面形状进行分区，将其分成图8-48所示的3个区，则各区基坑形状相对规则，且每个区基坑面积也大约减小到1万m2。另外，通过分区可以发现，基坑中间区域全部为地下二层，两侧局部为地下二层，同样采取“先深后浅”的施工方案，先施工中间深区3区，后施工两侧的1区和2区。这样既解决了支撑布置难的问题，有效地控制了基坑变形，减小基坑施工对周围环境影响，还能解决施工场地紧张、施工组织困难等问题。

图8-48　围护设计方案分区顺作示意图

结合本工程的开挖深度、基坑面积、造价和工期等综合因素，特别是考虑到对邻近历史建筑的保护，本工程选用“分区顺作”设计方案，采用如图8-48所示的分区开挖方案，将基坑分为3个区，先施工3区，待3区地下结构完成后，再同时进行1区和2区基坑的施工。

（2）围护体方案

结合本工程6.4 m和10.8 m两个挖深，基坑围护体方案选用钻孔灌注桩+三轴止水帷幕体系。为控制邻近保护建筑的位移，首先应控制围护体本身的变形，为此，钻孔灌注桩桩径宜适当加大，桩长宜适当增长，同时针对基坑内被动区土体进行加固，加固体可从第一道支撑底标高开始，以减小基坑开挖过程中对周边建筑的影响。(www.xing528.com)

（3）支撑体方案

本工程基坑形状极为不规则，支撑体选用钢筋混凝土支撑，在邻近历史建筑周边，支撑布置宜适当加密。

（4）消除地下二层开挖的突涌风险

在设计降水方案时，沿地下二层开挖边线用三轴搅拌桩对微承压含水层进行全封闭隔水，在地下二层区域内布置管井对其进行降压疏干、抽水，以消除在地下二层挖深可能引起突涌的风险。

（5）数值模拟对环境的影响

为分析基坑开挖对周边保护建筑可能造成的附加变形影响，采用数值方法对基坑开挖过程进行了模拟分析，计算过程中参数综合考虑了以往大量的类似工程经验进行取值，以确保计算结果的可靠。数值模拟分析的计算结果表明，采用现设计方案，可将基坑开挖施工对历史保护建筑可能造成的不利影响控制在允许范围之内。

（6）各区土方分块开挖

基坑开挖应用时空效应原理，限时开挖，限时支撑。对各层土体，按照“分层、分块、对称、限时”的要求，采用中部盆式、周边抽条式间隔挖土，分块开挖时每块边长不大于20 m。

3.施工流程

第一步：场地平整，施工硬地坪后进行围护桩施工，包括钻孔灌注桩、止水帷幕、重力坝、坑内加固、立柱桩和格构柱的施工，并在坑内采取深井降水。

第二步：基坑内3区土方开挖第一皮土至第一道支撑面标高，开槽浇筑第一道混凝土圈梁及水平钢筋混凝土支撑系统和栈桥。

第三步：待第一道支撑混凝土强度达到设计强度的80%后，开挖3区土体至第二道支撑顶面标高，开槽浇筑第二道钢筋混凝土支撑及围檩。

第四步：待3区第二道支撑混凝土强度达到设计强度的80%后，开挖3区土体至基坑底，浇筑基础垫层及底板，设置传力带。

第五步：待3区基础底板混凝土强度达到设计强度的80%后，拆除第二道支撑，施工3区B1板，并设置传力带。

第六步：待3区B1板混凝土强度达到设计强度的80%后，拆除第一道支撑，施工3区B0板。

第七步：待3区B0板混凝土强度达到设计强度的80%后，同时开挖1区及2区第一皮土至第一道支撑顶面标高，开槽浇筑第一道混凝土圈梁及水平钢筋混凝土支撑系统。

第八步：待1区和2区第一道支撑混凝土强度达到设计强度的80%后，开挖1区和2区土体至地下一层坑底标高；浇筑1-1区及2-1区地下一层区域混凝土垫层；同时施工1-2区及2-2区第二道混凝土围檩，开槽浇筑第二道钢筋混凝土支撑。

第九步：待1区和2区第二道支撑混凝土强度达到设计强度的80%后，开挖1-2区及2-2区至地下二层坑底标高；浇筑1-2区及2-2区基础垫层及底板，并设置传力带换撑。

第十步：待1-2区及2-2区基础底板及传力带达到设计强度的80%后，拆除1-2区和2-2区第二道支撑；顺作法施工1-2区、2-2区至地下一层结构楼板标高，同时浇筑1-1区、2-1区基础底板，并设置传力带换撑。

第十一步：待1-1区、2-1区基础底板，1-2区、2-2区地下一层结构楼板及传力带达到设计强度的80%后，拆除第一道支撑，顺作法施工1区及2区地下一层至地下室顶板标高。

第十二步：边拆除分区分隔墙，边施工分隔墙处各层楼板。