复杂基坑工程的支护与降水技术研—以上海瑞金医院综合大楼项目为例

复杂基坑工程的支护与降水技术研—以上海瑞金医院综合大楼项目为例

吴金星 主审论文

上海市住房和城乡建设管理委员会行政服务中心 200032  

摘要：为了探索复杂地质条件下的基坑支护与降水技术，本文采用了案例分析方法，研究了上海瑞金医院综合大楼项目中的实际应用。本研究详细分析了地下连续墙、多层支撑系统以及深井降水技术的设计与实施过程，特别关注了这些技术对于保护邻近历史建筑安全和维持基坑稳定性的效果。结果表明，通过综合运用多种支护与降水措施，项目成功地解决了超深基坑开挖中的多重挑战，确保了施工安全并最小化了对周边环境的影响，证实了这些技术在复杂基坑工程中的有效性和可靠性。

关键词：复杂基坑工程；支护技术；降水技术

引言

基坑工程在地理条件复杂和空间受限的城市中心区域的应用非常广泛，这些工程面临的挑战包括如何有效地进行土方开挖、确保施工安全、并防止对周边建筑和环境的负面影响。随着城市化的不断深入和建筑技术的发展，基坑工程的规模和复杂性日益增加[1-2]。在此背景下，本研究选取了上海瑞金医院综合大楼项目作为案例，探讨在高度复杂的城市环境中应用先进的基坑支护和降水技术的实践。瑞金医院项目位于上海市中心，不仅地理位置敏感，还受到周围密集的历史建筑群的限制。这些条件对基坑工程的设计和施工提出了更高的要求，尤其是在确保施工安全和最小化对周围环境影响方面。瑞金医院综合大楼的基坑深度和面积属于超常规规模，使得传统的支护和降水方法难以满足工程需求。因此，本研究将通过详细分析该项目中所采用的技术和方法，评估这些技术在解决实际问题中的效果和可行性，为类似环境下的基坑工程提供参考和启示。

1项目背景

1.1项目概述

上海瑞金医院综合大楼改扩建工程位于卢湾区瑞金二路197号，场地东侧为思南路，其他三侧均为瑞金医院内部建筑。如下表1所示，项目主要包括一个地上20层的住院中心和一个地上3至6层的保障中心，总建筑面积为93872平方米，其中地上建筑面积为62372平方米，地下建筑面积为31500平方米。项目涉及的挖掘和支护措施非常广泛，因而需要精确的工程技术。

表1 单体概况表

1.2地质挑战

1.2.1施工场地有限

上海瑞金医院综合大楼项目施工场地极为有限。项目位于瑞金医院内部，从下表2可以看到，场地四周被现有的医院建筑包围。东侧紧邻思南路，西侧、南侧和北侧均为医院的现有建筑物，包括需要重点保护的老九号楼和行政办公楼等优秀历史建筑[3]。这些建筑距离施工基坑不足8米。施工现场用地面积约为11000平方米，基坑面积达10078平方米，地下室几乎占满整个施工场地。在这种狭小的施工环境中，材料的堆放和临时设施的布置都受到极大限制。

表2 施工场地及周边建筑情况

1.2.2深基坑开挖

瑞金医院综合大楼项目的基坑开挖深度达到17.2米，属于超深基坑工程。基坑总面积为10078平方米，土方工程量约为19万立方米。由于土方工程量巨大，且现场仅有思南路一个出土口，而思南路为南向北单行道，宽度仅有7.5米，道路狭窄，交通流量大，出土作业极为困难。为了应对这些挑战，施工团队在基坑开挖过程中，采用了疏干井降水技术，确保土方施工及底板施工的顺利进行。土方开挖采用“盆式挖土”方法，每层盆边留土宽度约13米，以减少和控制无支撑土体暴露时间，确保基坑稳定。

1.2.3邻近建筑保护

基坑周围包括多栋重要的医院建筑，特别是西侧的老九号楼和行政办公楼，这些建筑不仅是医院的重要设施，还是具有保护价值的历史建筑[4]。施工过程中，必须确保这些建筑的安全与稳定。为此，项目在基坑支护设计中，采用了地下连续墙和多道钢筋混凝土内支撑的联合围护形式，并在保护建筑附近设置了钻孔灌注桩作为隔离桩，防止基坑开挖对邻近建筑的影响。同时，施工团队实施了严格的监测方案，实时监控基坑及周边建筑的变形情况，一旦发现异常，立即采取加固措施，确保施工安全和建筑物的完整性。

2支护与降水技术在复杂基坑工程中的应用与实践

2.1支护技术

本次项目中，通过对支护技术进行综合运用，有效地应对了复杂的地质条件和狭小的施工空间。

围护结构的设计采用了直径为600mm和800mm的钻孔灌注桩，构建了连续地下墙，作为基坑的主要侧向支护结构。根据施工组织设计，地下连续墙的设计概况包括A型、B型和C型三种形式。A型地下连续墙厚度为800mm，墙底标高为-33.300m，共47幅；B型和C型地下连续墙厚度为1000mm，墙底标高分别为-38.300m和-35.300m，共41幅。这些连续墙通过圆形锁口管柔性接头相互连接，形成了稳定的围护体系。此外，在临近保护建筑的区域，还采用了Φ650@450三轴水泥土搅拌桩对槽壁进行了加固，以增强地下连续墙的稳定性和承载能力。下图1为本项目围护结构平面图。

图1 围护结构平面图

支撑系统是该项目基坑支护的关键组成部分。施工过程中安装了三道钢筋混凝土和钢制支撑，以增强围护结构的稳定性。如下图2、3所示，第一道支撑的中心标高为-2.200m，断面尺寸为1000×800mm，围檩断面为1200×800mm；第二道支撑的中心标高为-8.200m，断面尺寸为1100×800mm，围檩断面为1400×800mm；第三道支撑的中心标高为-13.200m，断面尺寸为1100×800mm，围檩断面为1400×800mm。这些支撑采用C30强度等级的混凝土，支撑模板施工时，在底部浇筑100厚C20混凝土垫层，上铺夹板作为底模。支撑侧模采用木模，外加Φ48钢管围檩，并在支撑高度1/2处穿Φ16对拉螺栓固定。在支撑施工过程中，土方开挖至每道支撑底标高后，立即进行支撑浇筑，确保每道支撑达到设计强度后再进行下一层土方开挖，从而保证基坑的整体稳定性。

图2 第一道支撑栈桥平面布置

图3 第二、三道支撑栈桥平面布置

逆作法施工技术在本项目中的应用极大地提高了施工效率和基坑稳定性。逆作法施工是一种边挖土边进行地下结构施工的方法，可以减少同时开挖的深度，有助于基坑的稳定。施工顺序为：首先进行地下连续墙施工，待墙体达到设计强度后，开始基坑分层开挖，并逐层安装支撑系统。开挖过程中，按照“盆式挖土”方法，每层盆边留土宽度约为13米，以减少无支撑土体的暴露时间，确保基坑稳定。挖土至支撑底标高后，立即进行支撑施工，待支撑达到设计强度后，再继续下层土方开挖。逆作法施工的优点在于可以同时进行地上和地下部分的施工，有效缩短工期，降低施工成本，确保施工过程中的安全和稳定。

2.2降水技术

在瑞金医院综合大楼项目中，降水系统的有效性对于保持基坑干燥和稳定至关重要。为了确保基坑的顺利施工，项目采用了多种降水措施，其中包括深井降水、集水坑泵排水和监测系统。这些措施综合运用，有效地降低了地下水位，确保了基坑内的施工环境干燥，并保障了整个施工过程的安全和顺利进行。

首先，深井降水是该项目降水系统的核心措施之一。如下表3所示，在基坑周围布置了51口疏干井，通过降低地下水位，确保基坑内干燥。每口深井的井深根据基坑的实际情况进行设计，采用多级滤管加真空的措施，以确保每口井的出水量达到预期效果。这些深井的布置原则是根据基坑面积按单井有效抽水面积150至250平方米来确定，并结合场地潜水含水层的特性及基坑的平面形状进行优化布置[5]。这些深井的预降水周期不少于三周，以确保潜水水位降至开挖面下0.5至1.0米，有效减少地下水对基坑开挖的影响。下图4为疏干井结构示意图。

表3 疏干井布置和设计参数

图4 疏干井结构示意图

项目中还设置了多个集水坑，并安装了水泵，用于及时排出基坑内的积水。集水坑布置在基坑的关键位置，配备高效潜水泵，以确保在任何天气条件下，基坑内的水位都能保持在安全范围内。施工过程中，基坑内设置了排水沟和集水井，通过这些设施，能够迅速排出施工过程中产生的积水，确保施工环境始终干燥。这些排水措施不仅提高了施工效率，还有效防止了因积水导致的土体软化和基坑稳定性下降。

项目中安装了连续监测系统，对地下水位进行实时监控。监测系统的内容包括地下连续墙体水平位移监测、地下连续墙顶部水平位移和沉降观测、支撑轴力及其两端点的差异沉降监测、基坑内外地下水位观测等。通过这些监测手段，施工团队可以实时掌握基坑内外的水位变化情况，并根据监测数据进行及时调整，确保降水系统的有效运行。特别是对于深基坑开挖过程中可能引起的周围土体位移，监测系统提供了科学依据，帮助施工团队在发现异常情况时能够迅速采取应对措施，确保基坑和周围建筑物的安全。

3实施与成果

3.1增强基坑稳定性

支护与降水系统的分阶段实施严格按照施工进度计划进行。首先，围护结构和多道支撑系统的综合运用显著增强了基坑的稳定性。地下连续墙采用直径为600mm和800mm的钻孔灌注桩，通过圆形锁口管柔性接头相互连接，形成了稳固的围护体系疏干井疏干井。多道钢筋混凝土支撑的安装，则进一步防止了土体的位移。第一道支撑的中心标高为-2.200m，断面尺寸为1000×800mm；第二道支撑的中心标高为-8.200m，断面尺寸为1100×800mm；第三道支撑的中心标高为-13.200m，断面尺寸为1100×800mm疏干井疏干井。这些支撑系统的有效实施，确保了基坑在整个施工过程中保持稳定，防止了任何可能的坍塌或变形。

表4 基坑支护结构

3.2高效降水

在降水方面，项目采用了深井降水和集水坑泵系统，有效地管理了地下水位，确保了基坑内的干燥环境。项目中共布置了51口疏干井，分别布置在裙房及纯地下车库区域和塔楼区域，井深根据不同区域的基坑开挖深度而定，采用多级滤管加真空的措施，确保每口井的出水量达到预期效果疏干井疏干井。此外，基坑内设置了多个集水坑和高效潜水泵，用于及时排出基坑内的积水，确保施工环境的干燥。这些措施不仅提高了施工效率，还有效防止了因积水导致的土体软化和基坑稳定性下降疏干井疏干井。

3.3最小化干扰

为了减少对医院日常运营的干扰，项目团队精心规划和执行了支护与降水系统。通过严格的施工监测和控制措施，确保了相邻建筑的安全。例如，在基坑支护设计中，采用了地下连续墙和多道钢筋混凝土内支撑的联合围护形式，并在保护建筑附近设置了钻孔灌注桩作为隔离桩，防止基坑开挖对邻近建筑的影响疏干井疏干井。同时，施工过程中实施了严格的监测方案，实时监控基坑及周边建筑的变形情况，一旦发现异常，立即采取加固措施疏干井疏干井。这些措施有效地保护了相邻建筑的安全，确保了医院的正常运营。

4结论与建议

本研究针对上海瑞金医院综合大楼项目的复杂基坑工程，深入分析了支护与降水技术的应用。项目成功实施了多种高效的技术策略，包括地下连续墙和多层支撑系统的设计与施工、深井降水系统和严格的现场监控措施，这些措施共同确保了基坑的稳定性与施工安全。

本次研究结论如下：（1）通过本项目的实践，验证了在超深基坑工程中采用地下连续墙结合内部多层支撑系统的效果显著，能有效控制地层位移和确保周边建筑的安全。（2）实施深井降水及时排水系统，对于控制地下水位、防止水位上升对基坑稳定性的不利影响至关重要，本项目的降水措施有效保证了施工的干燥条件和土体的稳定性。（3）实时监测系统在基坑工程中的应用提供了数据支持，对预防潜在的风险和处理突发情况起到了决定性的作用，确保了整个施工过程的安全。

今后，在以下方面应继续努力：（1）基于本项目的经验，建议在未来类似项目的设计初期，进行更细致的地质勘察和风险评估，根据具体情况选择最合适的支护和降水技术。（2）强化施工现场管理，确保所有施工活动都按照设计规范执行，同时提高工程质量控制的严格性，尤其是在支撑系统的安装和监控设施的维护方面。（3）建议加强基坑工程的自动化监测系统，利用高科技监测设备如无人机、AI图像识别等，对基坑及其周边环境进行全方位监控，以实时响应潜在的风险。（4）鼓励项目团队编纂和共享案例研究，系统总结每个项目中采取的成功做法和遇到的挑战，以便于业界同行学习和借鉴。

参考文献：
[1]赵瑞宝.建筑工程基坑支护降水技术及管理[J].门窗,2024(5):61-63.

[2]杨明.建筑工程深基坑内支撑支护技术应用[J].门窗,2024(3):61-63.

[3]王玉凤.岩土工程勘察中深基坑支护技术的关键点分析[J].大众标准化,2024(4):37-39.

[4]张君,刘金昌,黄志刚.建筑工程中深基坑支护施工技术的应用分析[J].中文科技期刊数据库（引文版）工程技术,2024(4):0016-0019.

[5]汪苏,汪晓嵩.基坑开挖支护工程中降排水技术要点分析--以某高校工科大楼建设项目为实例[J].四川水泥,2024(1):114-116.

作者简介：吴金星 1991.3.26 男 江苏 汉 本科 助理工程师 研究方向: 土建深基坑支护