深基坑施工周邊建筑物保護

深基坑施工周邊建筑物保護

張士友

（中交一航局第四工程有限公司第十三項目部)

摘 要：深基坑工程的風險因素從前期勘察、施工圖設計和施工方案編制等階段就已經存在并開始了積累，一旦進入施工所

有潛藏的風險因素就開始顯露出來，鑒于鐵三院信息中心保護的重要性，在基坑施工前項目部便幾次會同業主、設計、勘察、

監測五方探討三院辦公樓的保護問題，提出以下幾種控制措施,并在施工過程中系統分析監測數據，針對性的及時增加措施，

不影響距車站地連墻外邊僅7.8m鐵三院辦公樓的正常使用功能。

關鍵詞：深基坑；地層變形; 建筑物保護

1 工程概況

北站站位于河北區中山路西側,緊鄰天津鐵路客貨運中心天津北站，站位沿三馬路大致呈東西走向，

車站基坑大里程東側為北站招待所，距基坑11。2m；小里程基坑南側為鐵三院辦公樓，距車站地連墻外

邊僅7.8m；容和里居民樓，居民樓一角距基坑外側6.5m；西側為新建三棟9層海韻家園居民樓，均在基

坑開挖受影響的范圍內.

車站平面尺寸:長197m，寬20。5m。圍護結構標準段地連墻深度31。7m，厚度0。8m;端頭井地連墻

33.9m，厚度1.0m;換乘節點地連墻深度45。7m，厚度1.0m。利用與6號線換乘站地連墻將基坑分成三個

小基坑，大里程側08年11月4日封閉，2009年5月28號完成大里程盾構接收井的施工。小里程基坑及

換乘段09年7月15日封閉，施工順序見下圖1。

1

.

9

1234567891011121315161718192021222324252627282930

14

4區挖土方向

誘導縫誘導縫誘導縫誘導縫誘導縫

5區挖土方向

6區挖土方向

3區挖土方向

2區挖土方向

1區挖土方向

Ⅰ區Ⅲ區Ⅳ區Ⅴ區

Ⅱ區

Ⅵ區

27.452727632428.65

圖1 車站主體施工順序

2。工程難點分析

根據北站站工程周邊環境情況，工程實施期間需重點保護的建筑物有四處，主要有北站招待所，鐵三

院辦公樓、容和里居民樓、海韻家園小區及鐵通辦公樓。2009大里程基坑已實施完畢，北站招待所沉降在

控制范圍內。在小里程基坑降水實驗階段，鐵三院辦公樓、容和里居民樓產生了不均勻沉降，尤其是鐵三

院辦公樓，基坑降水實驗僅實施3天，便沉降8.41mm情況不容樂觀，鐵三院與基坑位置關系及沉降數據

見下圖2。

1

.

9

0

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8

6

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5

5

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2

6

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5

5

三院樓房8至15號點累積沉降數據變化曲線圖

20

變

化

量

(

m

m

)

10

0

-0.15

8月26日8月28日8月30日9月1日9月3日9月5日9月7日

-3.4-3.61

-3.54

-3.44-3.32

-6.55-7.1

-7.34

-7.1-7.36

-7.54

-7.6

-7.62

-10

-20

89101112131415

圖2 鐵三院辦公樓與基坑關系及沉降數據

1． 水文地質情況較差。從地質報告研究分析,北站站大、小里程段基坑地質情況存在較大差異，未

施工的小里程段地層含水的粉土層較厚，且左右線地質縱斷面圖顯示地層分布不均，第一層微承壓水層與

第二層微承壓水層之間的隔水層較薄，最小處1。1m，且呈透鏡體狀.埋深約為27。0～38。0m的第二層

承壓水層承壓水水位4.12m，水頭高度約22。9m， 粉土、砂土的室內垂直滲透系數在10—3cm/s～10-1cm/s

之間,室內水平滲透系數在10-4cm/s～10-1cm/s之間，透水性很強. 第二層承壓水層局部與埋深15～27m的

含水層有水力聯系，若不采取措施坑底將產生“突涌”情況或降水誘發周圍建筑物過量沉降

2。基坑周圍建筑物鐵三院辦公樓十分重要，且年代久遠，結構和基礎較差，一旦有基坑施工產生地

面沉降位移，對其影響較大。保護要求等級高。設計要求主體基坑施工安全等級為一級，地面最大沉降量

≤0。1％H，鐵三院要求房屋不均勻沉降1‰(規范要求3‰)即1。76cm.

3. 鐵三院外側車棚在業主前期拆遷范圍內，但由于業主與三院在拆遷過程中沒有達成共識，車棚保

留至今，由于車棚未拆遷，三馬路方向管線切改路由也調整至車棚與車站圍護結構之間的2。6m空間內，

給鐵三院的保護工作又帶來了更大的困難。

3。保護措施

根據以上情況分析，項目部幾次會同業主、設計、勘察、監測五方探討三院辦公樓的保護問題，從三

個階段入手提出以下幾種控制措施。

3。1車站圍護結構施工階段

設計方：提出設計變更將臨近樓一側的地連墻接頭由鎖口管改為十字鋼板，增加墻體的整體剛度及接

頭的止水性能。降低因地連墻滲漏及側向位移引起的基坑外地面沉降量.根據小里程基坑降水實驗結果，并

結合地質勘察報告，找出圍護結構的設計缺陷，地連墻未隔斷微承壓水層,通過滲流穩定計算，將小里程基

坑圍護結構利用雙高壓旋噴樁止水帷幕加深至自然地面以下44.7m,其抗壓強度不小于1。5MPa,滲透系數

不大于10e—7cm/s。

施工方：1、確保地下連續墻的施工質量，包括：泥漿指標控制、垂直度控制、防止挖槽塌方。特別

是十字鋼板接頭的質量,嚴格履行施工報驗程序，關鍵工序如地連墻接頭處理，項目部施工管理人員做到

100％全程旁站,有問題做記錄，在車站圍護結構施工中小里程有4幅存在問題的地連墻接頭，在基坑開挖

前均利用雙管高壓旋噴施工工藝進行了處理。

3.2基坑降水及開挖階段

設計方：為了減小基坑圍護結構降水及開挖階段側向位移，沿基坑深度方向增加一道鋼支撐,根據理

論計算基坑圍護最大水平位移由24。2mm減小為16.6mm，臨近基坑7m處樓房的地面沉降值由18mm減

小為13mm，從設計上提高了基坑安全級別，降低對周邊環境的影響。

施工方:根據天津地鐵3號線北站站地質資料和基坑數據，建立相應的數值計算模型。如圖3，模型計

算區域選取400m×400m，其中小里程抽水試驗區域進行網格加密。根據地層情況，劃分為11個土層,如

圖4，每層設置120×48=5760個節點,整個模型共63360個節點。

在小里程基坑開挖前，依據工程現場地質和基坑工程建立數值模型，分別對之前小里程抽水試驗和現

階段小里程抽水試驗進行計算擬合，之后再對長期抽水進行計算預測，數值計算采用Plxis8。2軟件，建

立2維模型分析標準段降水及開挖對圍護結構的影響。

圖3 數值模型平面圖

圖4 數值模型地層分布圖

圖5 降水產生地面沉降放大圖（mm）

實施雙高壓旋噴之水帷幕后，有效的隔斷了基坑內外水力聯系，通過模型分析,預計基坑開挖時長期

降水會導致坑外1cm地面沉降。

項目部要在小里程基坑抽水試驗的基礎上，制定切實可行的降水方案。降水施工過程中要嚴格控制降

水井的成井質量,在降水運行過程中，項目部要做好降水施工記錄，并觀測每口觀測井的水質,泥沙含量

大的水井停止使用，并重新打井。水質好的降水井要分層降水，并安裝水表記錄每天的出水量，根據20

天的抽水記錄來判斷基坑圍護結構施工質量，發現問題及時處理。降水井是深基坑施工的眼睛，直觀的反

映基坑圍護結構隔水效果,應給予很好的保護，降水前先安裝第一道鋼支撐(如圖6）防止因基坑內水位下降，

圍護結構內外側產生壓力差，而產生的圍護結構向基坑內側位移(圖7）。

圖6降水前安裝第一道支撐 圖7 安裝支撐后圍護結構位移圖

基坑土方開挖按原方案為退臺法開挖，自2月25日至3月8日期間觀測數據顯示盾構井段地連墻水

平位移，靠近鐵三院一側13號測斜孔向基坑內側位移11.16mm，遠離鐵三院一側地連墻向基坑內側變形

很小，第一道撐位置有向基坑外側1.64mm位移，如圖7、8、9顯示，此現象說明鐵三院樓房對地面的附

加荷載對基坑有影響，項目部根據此現象改變了挖土方式，實施先撐后挖方案，采用長臂挖機挖土，將土

方均勻堆在基坑北側，平面位置延基坑中軸線與三院形成對稱分布，通過計算取鐵三院樓房對地面產生

4.5t/㎡的附加荷載，在基坑對側將基坑開挖出的土方堆在基坑北側，按松散土體容重1。6t/m3計算，控制

堆土高度不超過2.8m，以平衡鐵三院辦公樓對形成的附加荷載,抑制基坑南側外土體導向北側的位移而產

生的地面沉降,進而控制樓房隨地面沉降而產生沉降。這樣需要基坑支護結構有足夠剛度強度.原設計中延

基坑深度方向增加的一道撐起到了作用,經過在北側堆土平衡南側樓房產生的地面附加荷載后，基坑南側地

連墻位移得到有效控制，11、12號孔及9、10號孔位移基本成對稱變形如圖10。

分段分層開挖。以兩根支撐作為一個分層施工小段，每開挖6米長的一層土體，就及時安裝鋼支撐及

施加預應力，整個小段施工時間控制在8~10小時內。

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1210

基坑

15

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9

圖8 地連墻測斜管平面布置圖

圖9 3月8號13號點位移圖 圖10 3月8號14號點位移圖

圖11 降水至開挖坑底部并開挖后11、12,9、10斷面變形圖

3。3車站主體結構施工階段

主體結構施工階段要嚴格按設計部署施工，將車站地下二層箱型結構結合鋼支撐的分布位置劃分成底

板、地下二層柱、地下二層側墻、地下二層側墻及中板、地下一層柱、地下一層側墻、地下一層側墻及頂

板七次進行澆注,施工過程中遵循基坑施工時空效應，基坑開挖出12m，立即澆筑混凝土墊層,一個工作面

出來后，8天內澆筑混凝土底板，在底板施工過程中，要組織40名鋼筋工，才能保證底板鋼筋綁扎工作，

施工時不能考慮人員窩工問題，底板施工結束后,可以按正常的施工定額安排施工人員。

3。4主體結構施工完成后沉降控制

在車站主體結構施工完成后，主體混凝土墻板混凝土對基坑圍護結構變形的約束增強,由于圍護結構

位移對樓房沉降產生的影響大大降低，但是為防止結構上浮基坑內有3口降水井仍在進行抽水降壓,待主體

結構壓頂梁施工完成達到設計強度后，及時進行封井作業。并將頂板上3.9m覆土及時回填分層碾壓待土

體沉降固結后,拆除第一道鋼支撐，盡最大可能降低施工對樓房沉降造成的影響.

3。5施工全過程內外跟蹤監測

為確保觀測數據的真實可靠及權威性，在項目部自主觀測的同時,建設單位及鐵三院均對建筑物進行

了沉降及平面位移觀測，在基坑施工前委托專業的房屋鑒定單位對鐵三院樓進行初步鑒定，車站施工完成

后對其進行最終鑒定。

四、結束語

深基坑施工安全是項目部的首要任務，在北站站基坑施工中,全面分析勘察、設計、施工方案中的潛

在安全因素，徹底解決各方遺留下的潛在風險，在施工中嚴格管理，達到一級基坑的各項標準，保證鐵三

院辦公樓安全，截止2010年11月6日鐵三院辦公樓最大沉降點沉60。8mm，安全的度過了整個車站施工

過程。

在整個施工過程中,雖然取得了一定成績，但也存在著幾方面不足，做以下總結：

1． 在圍護結構施工前期為詳細審閱地質勘察報告，未發現地下連續墻未穿越第二承壓水層，未彌補

這項缺陷進行了雙高壓旋噴止水帷幕，增加了車站施工費用。

2。 車站圍護結構測斜儀器布置數量少沿車站方向每30m一個斷面,測得圍護結構位移數據覆蓋面小，

不利于準確分析基坑施工與樓房沉降的聯系性。數據深度只做到基坑底面以下3m，致使測得監測數據可

能小于圍護結構的實際位移。

3.基坑土方開挖之前未能整體考慮基坑周邊環境，未分析出鐵三院辦公樓對基坑產生附加荷載影響基

坑圍護結構變形規律，致使3月8號之前未采取在基坑北側堆載措施，造成了前期的沉降偏大的結果。

4。地面沉降點布置在混凝土硬化地面上，不能準確反映實際地面沉降值.

作者簡介：張士友，男,1983.06，大學本科，工程師,工業與民用建筑專業