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摘要：天津市中心某工程地下室紧贴用地红线，周边为重要市政道路及诸多浅基础建筑物。该工程原设二层地下室，采用地下连续墙( 二墙合一) 结合两道钢筋混凝土内支撑的围护结构。地下连续墙、工程桩、支撑竖向立柱施工完毕后，地下室调整为三层，基坑开挖深度加深了 4m。地下室加深后，已经施工完毕的地下连续墙插入深度不足以满足最新的开挖深度要求，且原有竖向钢立柱底标高高于地下室底板面标高，钢立柱底部悬空。介绍了地下室增层后的围护设计措施、施工过程以及监测成果，分析了地下室加深后的基坑变形性状。工程的实践表明，合理地确定新增地下空间范围是地下室增层围护的关键，组合式的支护结构可通过合理地分解措施，简化计算模型。
Abstract: Tianjin, a project of the Center basement close to land red line surrounding important municipal roads and many shallow foundations of buildings. The engineering of the original set of the second floor of the basement, using underground continuous wall (two walls into one) combined with two reinforced concrete support building envelope. Underground continuous wall of pile the support vertical column construction is completed, the basement was adjusted to three excavation depth deepened 4m. After the deepening of the basement, the construction is completed underground continuous wall insertion depth is insufficient to meet the latest requirements for the excavation depth, and the original vertical steel column bottom elevation above the elevation of the basement floor surface, steel columns at the bottom left vacant. Growth layer in the basement after the building envelope design measures, the construction process, as well as monitoring results, analysis of foundation pit deformation behavior deepened basement. Engineering practice that, to determine the scope of the new underground space is the key to the basement increasing layer envelope, the supporting structure of the modular decomposition measures to simplify the calculation model.
關键词：基坑支护; 立柱托换; 地下连续墙; 基坑加深
Keywords: pit support; pillar underpinning; underground continuous wall; Pit deepened
中图分类号：TU94+2 文献标识码：A 文章编号：
天津市某旧城改造项目，场地平面尺寸约360m×60m，原设计二层地下室，开挖深度约11m，周边环境条件复杂。设计采用700mm厚地下连续墙(二墙合一)结合二道钢筋混凝土内支撑的围护方案，局部范围进一步采取了水泥土搅拌桩加固被动区土体措施。工程桩(钻孔灌注桩)、地下连续墙、被动区水泥土搅拌桩及支撑系统的竖向立柱陆续施工完毕。正在进行第一层土方开挖及第一道钢筋混凝土内支撑施工时，建设单位提出了地下室增加一层的设想。经初步估算，地下室调整为三层后，基坑开挖深度将增加4m，达到15m，根据当时的施工状况，地下室增层主要需要考虑如下技术问题:1)已经施工的地下连续墙按地下2层设计，其墙厚、深度及配筋均不满足地下三层的要求，地下室增层施工时，应采取措施确保地下连续墙在其承载性能范围内工作;2)原地下连续墙紧贴用地红线，红线外没有增设围护体的空间;3)已经施工的支撑竖向立柱底标高约－13.000m，小于加深后的基坑开挖深度;4)环境条件复杂，基坑变形要求高，围护体的最大侧向位移应控制在30mm之内。
1.周边环境及工程地质
工程用地红线外3～4m均为市政道路，道路下有包括雨水管、自来水管、中、低煤气管在内的众多管线。基坑东侧距离基坑13～15m有大量1～2层的老式砖混、砖木结构建筑。场地西南角距离基坑约5m有5～6层天然基础建筑物。基坑各边的变形控制要求均比较严格。
场地内土层分布略有起伏，基坑影响深度范围内的地基土主要为填土、黏质粉土、淤泥质土和粉质黏土。典型地质剖面如图1所示，各层土的物理力学指标如表1所示。
图1 围护及地质剖面图
表1 各土层物理力学指标
2.地下三层平面范围确定及基坑围护措施
由于围护体不能超越用地红线，在地下连续墙外侧另外增设围护体没有可行性，为确保地下连续墙正常工作，经与建设单位、建筑、结构等专业协商，确定地下三层范围外墙线适当退进，退进距离一般为3～5m，保证地下二、三层交接处能有一定的空间设置围护体。地下三层的平面范围确定后，进一步采取的主要围护措施如下。
2.1中间地下三层的深坑采用一排直径
1000mm钻孔灌注桩结合一道钢筋混凝土内支撑支护，这道支撑同时作为整体基坑的第三道支撑。由于地下墙及原竖向立柱已施工结束，故整个围护体系尽量维持原有的特点，第一、二道支撑的平面布置不再调整，第三道支撑的平面布置遵循第一、二道支撑的布置原则，支撑剖面图详见图1，平面图详见图2。
图2 支撑平面布置图
由于已经施工的竖向立柱底标高低于地下三层坑底标高，因此需要加固处理，处理方法如下:
(1)第三道支撑按一般布置原则增设竖向立柱，立柱支承桩全部利用新增的基础抗拔桩;但第三道支撑同时作为原竖向立柱的临时支承构件，因此新设竖向立柱需考虑原竖向立柱传递的荷载，第三道支撑杆件需支托原竖向立柱时，应同时按转换梁设计。
(2)第三道支撑施工结束，挖土至坑底后，进行原竖向立柱的加固工作，加固应跳开进行，严禁相邻两根立柱同时进行凿桩、加固。具体加固措施为:首先完成凿桩工作，凿桩工作完成后，原立柱处于完全由相邻立柱通过第三道支撑梁支承的状态，然后接长立柱，使之支承在桩顶。
(3)一根立柱加固完成后，才能进行邻近立柱的加固。
2.2立柱托换工况如图3所示，图4为现场照片。
图3 立柱托换工况
工况1:第二道支撑施工完成后，挖土至第三道支撑底标高。
工况2:第三道支撑施工结束，挖土至坑底，新增立柱桩顶超灌混凝土保留的情况下，开始进行原有立柱加固工作，加固工作应逐根跳开进行，严禁同时进行相邻桩的加固工作。
工况3:完成所有立柱的接长加固工作后，新增立柱的超灌混凝土可以凿除，然后施工基础底板。
工况4:基础底板施工完成且达到设计强度后，拆除第三道支撑。对钻孔灌注桩与地下墙之间的土体采用高压旋喷桩加固，改善地下连续墙被动区土体的性能。
2.4在深坑围护桩与地下墙之间设置板状传力带，确保地下墙的内力在原设计控制范围之内。
3.计算分析
结构计算分析内容主要包括如下几个方面。由于地下连续墙的深度已经确定，地下二、三层交接处新增钻孔灌注桩的深度是基坑整体稳定安全度的控制因素，经验算，绕钻孔桩桩端滑动的安全系数为1.63，满足要求。
地下连续墙的抗倾覆稳定验算。考虑高压旋喷桩被动区加固体及坑中坑围护桩的作用后，地下连续墙的抗倾覆稳定安全系数为1.33，满足要求。钻孔灌注桩的抗倾覆稳定验算。桩顶标高按地下二层坑底标高考虑，地下二层以上由地下连续墙支挡的土体按超载考虑，据此得到的安全系数为1.54，满足要求。
基坑的隆起稳定。按开挖深度15m，钻孔灌注桩的插入深度为12.3m，经验算，桩底抗隆起安全系数为2.22，坑底抗隆起安全系数为1.75，均满足要求。
地下连续墙的内力变形分析。考虑高压旋喷桩被动区加固体、坑中坑围护桩在开挖及拆撑工况的变形等因素后，调整被动区土体水平基床系数，应用文推荐的方法进行分析，使地下连续墙在全过程各施工工况的内力及变形包络图在原设计包络图范围内，一般剖面作用于墙身的最大弯矩不超过950kN·m/m，最大侧向变形不超过30mm，保证其安全和正常使用。
4.现场施工情况及最终监测结果
工程至2009年初开始施工，至2009年11月左右大面积开挖至坑底，2010年4月±0.000以下部分施工完毕。整个施工过程中，围护体系安全稳定，坑内未见涌水涌土、坑底隆起等现象;施工过程中，基坑分块开挖，流水作业，立柱托换基坑周边建筑物及道路正常使用，未见明显裂缝及变形。
图4 立柱托换现场照片
基坑监测结果显示:基坑累计深层土体位移最大不超过26mm，深层土体多數位置位移控制在20mm以内(典型的深层土体位移曲线如图5所示)。地表累计沉降监测结果见图9。
图5 典型深层土体位移曲线
图6 周围沉降监测结果
5.结论
通过本工程的实践，可得到如下结论:
(1)施工过程地下室增层方案确定时，应合理控制新增地下空间的范围，预留围护结构施工及地基加固的条件，对地下室增层施工过程中可能出现的各种不利情况均应有充分考虑。
(2)地下室增层后形成的组合型围护体系受力机理复杂，可结合实际施工工况，通过分解将各级支护结构独立开来，简化分析模型。
(3)可结合新增支撑系统，通过托换措施，利用由于开挖深度加深而底部悬空的竖向立柱。
参考文献：
［1］刘兴旺，施祖元，益德清，等．基坑支护结构全过程内力及变形分析［J］．建筑结构学报，1998，19(5):58-64．
［2］刘建航，侯学渊．基坑工程手册［M］．北京:中国建筑工业出版社，1997.
Abstract: Tianjin, a project of the Center basement close to land red line surrounding important municipal roads and many shallow foundations of buildings. The engineering of the original set of the second floor of the basement, using underground continuous wall (two walls into one) combined with two reinforced concrete support building envelope. Underground continuous wall of pile the support vertical column construction is completed, the basement was adjusted to three excavation depth deepened 4m. After the deepening of the basement, the construction is completed underground continuous wall insertion depth is insufficient to meet the latest requirements for the excavation depth, and the original vertical steel column bottom elevation above the elevation of the basement floor surface, steel columns at the bottom left vacant. Growth layer in the basement after the building envelope design measures, the construction process, as well as monitoring results, analysis of foundation pit deformation behavior deepened basement. Engineering practice that, to determine the scope of the new underground space is the key to the basement increasing layer envelope, the supporting structure of the modular decomposition measures to simplify the calculation model.
關键词：基坑支护; 立柱托换; 地下连续墙; 基坑加深
Keywords: pit support; pillar underpinning; underground continuous wall; Pit deepened
中图分类号：TU94+2 文献标识码：A 文章编号：
天津市某旧城改造项目，场地平面尺寸约360m×60m，原设计二层地下室，开挖深度约11m，周边环境条件复杂。设计采用700mm厚地下连续墙(二墙合一)结合二道钢筋混凝土内支撑的围护方案，局部范围进一步采取了水泥土搅拌桩加固被动区土体措施。工程桩(钻孔灌注桩)、地下连续墙、被动区水泥土搅拌桩及支撑系统的竖向立柱陆续施工完毕。正在进行第一层土方开挖及第一道钢筋混凝土内支撑施工时，建设单位提出了地下室增加一层的设想。经初步估算，地下室调整为三层后，基坑开挖深度将增加4m，达到15m，根据当时的施工状况，地下室增层主要需要考虑如下技术问题:1)已经施工的地下连续墙按地下2层设计，其墙厚、深度及配筋均不满足地下三层的要求，地下室增层施工时，应采取措施确保地下连续墙在其承载性能范围内工作;2)原地下连续墙紧贴用地红线，红线外没有增设围护体的空间;3)已经施工的支撑竖向立柱底标高约－13.000m，小于加深后的基坑开挖深度;4)环境条件复杂，基坑变形要求高，围护体的最大侧向位移应控制在30mm之内。
1.周边环境及工程地质
工程用地红线外3～4m均为市政道路，道路下有包括雨水管、自来水管、中、低煤气管在内的众多管线。基坑东侧距离基坑13～15m有大量1～2层的老式砖混、砖木结构建筑。场地西南角距离基坑约5m有5～6层天然基础建筑物。基坑各边的变形控制要求均比较严格。
场地内土层分布略有起伏，基坑影响深度范围内的地基土主要为填土、黏质粉土、淤泥质土和粉质黏土。典型地质剖面如图1所示，各层土的物理力学指标如表1所示。
图1 围护及地质剖面图
表1 各土层物理力学指标
2.地下三层平面范围确定及基坑围护措施
由于围护体不能超越用地红线，在地下连续墙外侧另外增设围护体没有可行性，为确保地下连续墙正常工作，经与建设单位、建筑、结构等专业协商，确定地下三层范围外墙线适当退进，退进距离一般为3～5m，保证地下二、三层交接处能有一定的空间设置围护体。地下三层的平面范围确定后，进一步采取的主要围护措施如下。
2.1中间地下三层的深坑采用一排直径
1000mm钻孔灌注桩结合一道钢筋混凝土内支撑支护，这道支撑同时作为整体基坑的第三道支撑。由于地下墙及原竖向立柱已施工结束，故整个围护体系尽量维持原有的特点，第一、二道支撑的平面布置不再调整，第三道支撑的平面布置遵循第一、二道支撑的布置原则，支撑剖面图详见图1，平面图详见图2。
图2 支撑平面布置图
由于已经施工的竖向立柱底标高低于地下三层坑底标高，因此需要加固处理，处理方法如下:
(1)第三道支撑按一般布置原则增设竖向立柱，立柱支承桩全部利用新增的基础抗拔桩;但第三道支撑同时作为原竖向立柱的临时支承构件，因此新设竖向立柱需考虑原竖向立柱传递的荷载，第三道支撑杆件需支托原竖向立柱时，应同时按转换梁设计。
(2)第三道支撑施工结束，挖土至坑底后，进行原竖向立柱的加固工作，加固应跳开进行，严禁相邻两根立柱同时进行凿桩、加固。具体加固措施为:首先完成凿桩工作，凿桩工作完成后，原立柱处于完全由相邻立柱通过第三道支撑梁支承的状态，然后接长立柱，使之支承在桩顶。
(3)一根立柱加固完成后，才能进行邻近立柱的加固。
2.2立柱托换工况如图3所示，图4为现场照片。
图3 立柱托换工况
工况1:第二道支撑施工完成后，挖土至第三道支撑底标高。
工况2:第三道支撑施工结束，挖土至坑底，新增立柱桩顶超灌混凝土保留的情况下，开始进行原有立柱加固工作，加固工作应逐根跳开进行，严禁同时进行相邻桩的加固工作。
工况3:完成所有立柱的接长加固工作后，新增立柱的超灌混凝土可以凿除，然后施工基础底板。
工况4:基础底板施工完成且达到设计强度后，拆除第三道支撑。对钻孔灌注桩与地下墙之间的土体采用高压旋喷桩加固，改善地下连续墙被动区土体的性能。
2.4在深坑围护桩与地下墙之间设置板状传力带，确保地下墙的内力在原设计控制范围之内。
3.计算分析
结构计算分析内容主要包括如下几个方面。由于地下连续墙的深度已经确定，地下二、三层交接处新增钻孔灌注桩的深度是基坑整体稳定安全度的控制因素，经验算，绕钻孔桩桩端滑动的安全系数为1.63，满足要求。
地下连续墙的抗倾覆稳定验算。考虑高压旋喷桩被动区加固体及坑中坑围护桩的作用后，地下连续墙的抗倾覆稳定安全系数为1.33，满足要求。钻孔灌注桩的抗倾覆稳定验算。桩顶标高按地下二层坑底标高考虑，地下二层以上由地下连续墙支挡的土体按超载考虑，据此得到的安全系数为1.54，满足要求。
基坑的隆起稳定。按开挖深度15m，钻孔灌注桩的插入深度为12.3m，经验算，桩底抗隆起安全系数为2.22，坑底抗隆起安全系数为1.75，均满足要求。
地下连续墙的内力变形分析。考虑高压旋喷桩被动区加固体、坑中坑围护桩在开挖及拆撑工况的变形等因素后，调整被动区土体水平基床系数，应用文推荐的方法进行分析，使地下连续墙在全过程各施工工况的内力及变形包络图在原设计包络图范围内，一般剖面作用于墙身的最大弯矩不超过950kN·m/m，最大侧向变形不超过30mm，保证其安全和正常使用。
4.现场施工情况及最终监测结果
工程至2009年初开始施工，至2009年11月左右大面积开挖至坑底，2010年4月±0.000以下部分施工完毕。整个施工过程中，围护体系安全稳定，坑内未见涌水涌土、坑底隆起等现象;施工过程中，基坑分块开挖，流水作业，立柱托换基坑周边建筑物及道路正常使用，未见明显裂缝及变形。
图4 立柱托换现场照片
基坑监测结果显示:基坑累计深层土体位移最大不超过26mm，深层土体多數位置位移控制在20mm以内(典型的深层土体位移曲线如图5所示)。地表累计沉降监测结果见图9。
图5 典型深层土体位移曲线
图6 周围沉降监测结果
5.结论
通过本工程的实践，可得到如下结论:
(1)施工过程地下室增层方案确定时，应合理控制新增地下空间的范围，预留围护结构施工及地基加固的条件，对地下室增层施工过程中可能出现的各种不利情况均应有充分考虑。
(2)地下室增层后形成的组合型围护体系受力机理复杂，可结合实际施工工况，通过分解将各级支护结构独立开来，简化分析模型。
(3)可结合新增支撑系统，通过托换措施，利用由于开挖深度加深而底部悬空的竖向立柱。
参考文献：
［1］刘兴旺，施祖元，益德清，等．基坑支护结构全过程内力及变形分析［J］．建筑结构学报，1998，19(5):58-64．
［2］刘建航，侯学渊．基坑工程手册［M］．北京:中国建筑工业出版社，1997.