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1.既有建筑增建地下空间的基坑支护方案分析与应用
作者：张晓伦;杨坚;尹琦;冯瀚文
作者单位：广州珠江外资建筑设计院有限公司
关键词：既有建筑;增设地下空间;基坑支护
［提 要］ 早期城市建设过程中，大量位于城市中心的既有建筑未设置地下室或仅仅设置单层地下室。 随着社会经济的发 展，无地下室或单层地下室的既有建筑已远不能满足建筑地下空间的使用需求。 本文探讨了多种不同类型的既有建筑增建 地下空间的基坑支护方案，总结了工程经验为同类工程提供借鉴，可为城市旧改中需增建地下空间的工程提供技术参考。
１ 引言
随着我国经济的不断发展，合理开发城市地下 空间成为了城市更新的重要方面。 然而，早期城市 建设过程中，受限于当时的社会发展水平，建筑规划 设计缺乏前瞻性，致使大量位于城市中心的既有建 筑未设置地下室或仅仅设置单层地下室［１－２］ ；随着 社会经济的发展，已远不能满足建筑地下空间的使 用需求。 通过对既有建筑增建地下空间，不仅可以 解决地下空间的使用需求，高效利用城市核心区域 用地，同时对实现国家集约土地利用的战略目标具 有重要意义［１－３］ 。
本文通过对多个既有建筑增建地下空间的基坑 支护技术方案进行了分析探讨和经验总结。
２ 既有建筑增建电梯工程
２. １ 工程概况
某建筑地上 ２３ 层，地下一层，电梯位于首层、未 到达负一层地下室。 为解决负一层出行需求，拟加 深原电梯井，将电梯运行至负一层。 因此需在原电 梯井范围加深电梯井，拟加深范围 ２. ５５ｍ × ２. ４３ｍ （见图 １），加深深度 ２. ３０ｍ。
根据原勘察资料钻孔揭露，电梯井加深范围的 地层主要为：中砂层厚度 ０. ７ ～ ３. １ｍ、粉质黏土厚度 ０. ６～０. ８ｍ，下部为残积土。 基坑支护重难点如下：
（１）场地施工空间严重不足，特别是南侧现有 楼梯，导致常规施工设备难以操作；
（２）场地地质条件存在较厚砂层，为保障负一 层地下室正常使用，基坑侧壁止水效果是重点也是 难点；
（３）拟加深基坑坑底为砂层，基坑底抗管涌是 重点。
２. ２ 基坑支护方案
根据场地实际空间环境条件、地质条件及基 坑尺寸特征，本次基坑支护方案（ 见图 ２、图 ３ ） 如下：
（１）东侧、西侧、北侧，该三边采用两排单管旋 喷桩 φ６００＠ ５００，梅花形布置，要求穿透砂层不少于 １. ５ｍ，桩长不少于 ８. ５ｍ；
（２）南侧因现状楼梯导致施工设备无操作空 间，采用斜打竖向双液注浆，间距 ５００ｍｍ，立面梅花 形布 置， 要 求 穿 透 砂 层 不 少 于 １. ５ｍ， 桩 长 不 少 于 ８. ５ｍ；
（３）基坑底采用单管旋喷桩 φ６００＠ ６００ 满堂布 置，要求穿透砂层不少于 １. ５ｍ，桩长不少于 ８. ５ｍ；
（４）基坑顶根据现场实际变形情况，采用工字 钢 Ｉ１０ 支顶作为应急预案措施；
（５）避开雨季施工，加快施工进度，及时施工 结构。 根据现场监测数据和巡查，基坑变形 １４ｍｍ，原 地下室未出现涌水涌砂现象，基坑止水效果良好，满 足了设计和结构施工要求。
３ 既有建筑增建地下室工程
３. １ 工程概况
某独栋建筑平面尺寸约 １０ｍ×２２ｍ，地上 ３ 层， 局部半层地下室，基础型式为预应力管桩基础，埋深 １ｍ。 因功能需求，拟增建 ２ 层地下室，平面尺寸为 １５ｍ×３０ｍ，基础型式拟采用筏板基础，并采用抗浮 锚杆作为抗浮措施；基坑深度 ８. ４５ｍ，西侧局部深度 １１. ２５ｍ。 现建筑东侧 ３ｍ 外为现状毛石挡墙，外侧土体高差 ３. ７ｍ。
根据原勘察报告，场地揭露土层依次为：松散素 填土，以黏性土为主，层厚约 ３. ８ｍ；流塑淤泥质土， 饱和，层厚 ０. ５ｍ；可塑粉质黏土，层厚 ６. １ｍ；硬塑粉 质黏土，层厚 ２. ５ｍ；强风化泥质粉砂岩层厚 １. ９ｍ； 中风化泥质粉砂岩。 强风化岩面埋深 １３ｍ，基坑开 挖范围的土层主要为素填土、淤泥质土和可塑粉质 黏土。
本基坑重难点主要是既要确保基坑周边现状挡 墙的安全和基坑支护结构自身的安全，同时要确保 现有建筑特别是基础安全。
３. ２ 基坑支护方案选型
根据现场环境、地质条件和基坑尺寸特点，本基 坑可采用灌注桩 φ１０００＠ １２００＋一道混凝土支撑的 支护形式，西侧采用两道角撑，东侧为防止基坑开挖 时挡墙向坑内变形，采用一道角撑支护（为防止南 侧和北侧土压力传递给东侧挡墙，南北侧在靠近东侧处设置对撑，东侧角撑标高错开对撑标高）；基坑 采用桩间旋喷止水（２φ６００＠ １２００）；考虑现场施工 空间不足，基坑东南角设置板撑作为钢筋加工场和 材料堆场。 基坑支护方案如图 ４～６ 所示。
上述支护方案，对常规基坑来说是合理的，但是 针对既有建筑下的基坑支护和土方开挖，主要难点 问题有：基坑土方开挖，会导致原工程桩承载力不满 足要求，同时原工程桩及承台变为高桩承台，因此土 方开挖过程中既有建筑的安全存在一定风险。 为确 保既有建筑安全，可考虑托换技术。
３. ３ 考虑托换技术的基坑支护方案
基于上述常规支护方案存在的风险，可结合结 构托换技术的逆作基坑支护方案（平面布置方案如 图 ７ 所示）。 具体实施方案如下：
（１）立柱桩、局部基坑支护桩兼做工程桩。 部分支护桩需兼做基础工程桩使用，需按工程桩要求 对其进行设计。 基坑支护桩有效桩长从坑底标高起 算，按进入中、微风化岩层不少于 ３ｍ 的承载力要求 和最小有效桩长 １６ｍ 双控。
（２）立柱桩兼做主体结构。 基坑立柱为 Ｄ１０００ 直径灌注桩，采用“桩－柱”一体的形式，即坑底以下 为桩基础，坑底以上为基坑立柱，且立柱桩兼做地下 室永久竖向结构；为满足承载力，立柱桩参照兼做工 程桩的支护桩要求，保证入岩深度及最小有效桩长。 另外，立柱桩作为结构柱使用，要求在基坑底以上段 表面有较好的平整度，故在坑底以上段采用局部钢 护筒。 立柱桩钢筋笼在地下室底板及负一层楼板标 高处均焊接环形钢板，方便与底板及负一层框架梁 支座钢筋进行连接（见图 ８、图 ９）。
（３）原结构竖向下方为管桩基础，设计在首层 采用转换梁置换托换，桩承台、梁节点处理如图 １０ 所示。
（４）结构底板钢筋“隔一植一”方式植入支护桩 内（见图 １１），作为地下室整体抗浮安全储备。 经现场 监 测 反 馈， 支 护 结 构 最 大 水 平 位 移 １８ｍｍ，既有建筑竖向边线 ４ｍｍ，满足规范要求、达 到工程效果。
４ 地下室开挖范围内被保护对象下方增建地下室 工程
４. １ 工程概况
某 工 程 基 坑 周 长 约 ６４０ｍ， 开 挖 面 积 约 ２４０００ｍ ２ ，开挖深度约 １９ｍ，地下室 ３ 层，负一层、负二层、负三层的层高分别是 ８、４. ７５ 和 ４. ７５ｍ。
基坑开挖深度范围土层主要为填土厚约 ２ｍ、淤 泥质土厚 ３～５ｍ、松散粉细砂厚 ３ ～ ６ｍ、全风化泥质粉砂岩厚 ２～８ｍ，下伏强风化和中风化泥质粉砂岩。
基坑东侧 １００ｍ 为珠江，南侧 ３０ｍ 外为待开发 用地、尚有大量未拆迁建构筑物，西侧 ２０ｍ 外为在 建地铁，北侧 １５ｍ 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，按照市政府相关政 策要求、并经专项论证［４］ ，仍有 ２ 株胸径大于 ８０ｃｍ 名木不能迁移、需就地保护，保护范围 １５ｍ×１５ｍ，树 根埋深约 ４ｍ。
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。 做到保护和开发兼顾，则能“ 利益” 最 大化，此时对被保护对象所采取的安全措施，尤 显重要。
经与各方商议取得一致，名木下方保护范围 （１５ｍ×１５ｍ 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。
４. ２ 基坑支护方案
本次支护设计，需重点考虑的难题主要有：
（１）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；
（２）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，并确保下方 土体范围主体结构能正常施工。
对于问题 １，可结合基坑支撑结构体系整体保 护（见图 １２）：根据基坑周边环境和地质条件，大基 坑采用咬合桩（兼止水）＋两道混凝土支撑的支护结构（见图 １３）；名木保护范围采用灌注桩（φ１２００＠ １５００）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。
对于问题 ２，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，如按常规旋喷桩加固 方案，存在旋喷压力不可控、破坏名木根系的风险， 因此采用 ＭＪＳ ［５－７］ 加固方案，同时作为下方土体超 前加固措施。
名木根系下方土方开挖施工工序［８－１０］ 按图 １４、 图 １５ 的方案进行［１１］ 。
考虑工程安全、造价和工期，本项目最终未选择 开发名木下方空间。 虽然本支护方案最终未实现， 但是为同类工程提供了解决思路。
５ 结论
既有建筑增建地下空间，该类工程基坑支护设 计时，应重点关注如下内容：
（１）根据既有建筑的结构条件，结合地质条件 和施工设备条件，合理选择支护形式；
（２）支护设计时加强对既有建筑的保护，特别 是增建地下室工程，重视出土方案和对原建筑基础 的保护；
（３）加强监测，强调动态设计、信息化施工。
