王府井大饭店改造工程基坑支护核心技术

摘要：城市中心里越来越多的建筑物需要被拆除新建，这类建筑物周边往往地下市政管线复杂，建筑群密集，有的建筑物附近存在文物古迹。本文讲述北京市王府井大饭店改造工程，采用既有地下结构外墙配合暗柱及预应力锚杆的基坑支护形式，在保证深基坑稳定性的同时，缩短工期，降低成本，同时将基坑支护对周边的建筑、市政管线和文物古迹的影响降到最低。


一、工程概况
王府井大饭店改造工程总建筑面积44435m2。本工程改造需要拆除西区的半地下停车场结构，然后在该处新建符合要求的地下车库。西区新建地下停车库基坑尺寸120m×65m，基坑深度10.770m。原半地下停车场基础底板底标高－7.600m，地下2层，地下外墙400mm厚，新、旧基底高差约3m。

基坑底部为粉质黏土和黏质粉土，承压含水层分别埋深在17.70～18.60m段和26.10～27.20m段，周边情况复杂，原半地下停车场南侧外墙与建筑红线距离最近不足1m，空间狭小，交通不便。外墙外侧存在需要保护的古树、古建筑及埋深约1.0m的热力管线，施工期间要保证该热力管线的安全运行;同时，原地下结构外墙外侧存在旧支护桩，其位置情况难以准确掌握。


二、基坑支护重点、难点及方案选用
1) 本工程位于繁华城区，基坑南侧紧邻用地红线和黄土岗胡同， 施工场地极为狭小，护坡桩成桩设备无法进入施工区域，复合土钉墙无放坡空间。
2) 基坑周边环境复杂，原半地下停车场南侧外墙外侧存在需要保护的古树、古四合院会所和埋深约1.0m的热力管线，且施工期间必须保证该热力管线的安全运行。若是按常规工艺进行护坡，容易造成周边管线破坏和文物破坏。
3) 原地下结构外墙外侧存在旧支护桩，原有的旧支护桩锚入地下深度不够，不足以满足本工程需要。在该部位重新施工新的支护桩，工期长、造价高，且会造成对市政管线、古树根部和古建筑的破坏。
4) 基坑周边紧邻居民楼，采用常规的支护桩和土钉墙会造成扬尘、噪声等环境破坏，对周边居民影响较大。考虑到以上所述的制约因素，该处基坑支护结构不适合选用传统的桩锚和复合土钉墙支护技术。
为解决上述问题，本工程 创新采用保存既有地下外墙结构，并在原有外墙结构上设置预应力锚杆的基坑支护技术。由于基底土质较好，在外墙下部分段开挖土体，并设置型钢混凝土柱作为新建地下车库下部3m的支护结构。这种基坑支护方式充分利用原有结构，既可以保证基坑边坡的稳定，又可以减小对基坑周边的扰动，从而确保周边管线、古树和古建筑的安全，同时还能做到绿色节能。
三、基坑支护设计
本工程基坑南侧边坡支护保留原有的地下结构外墙，墙体厚度400mm，设计支护形式如图1所示。



图1　基坑支护形式剖面
保留的地下结构外墙上共设置2道预应力锚杆，墙体下的暗柱上设置1道预应力锚杆。
其中，地面下2.50m位置设置第1道锚杆，水平间距1.6m，锚杆孔径为150mm，锚杆长度为16.0m，其中自由段长为5.0m。锚索选用3束1860级预应力钢绞线，倾角为15°，锚孔内常压灌注水灰比为0.5的水泥浆，浆体强度不低于M20，锚杆设计抗拔力335kN，锁定力250kN，承压板300mm×250mm×20mm；
在地面下5.00m位置设置第2道锚杆，其材料和预应力参数同第1道锚杆；地面下7.50m位置设置第3道锚杆(置于暗柱上)，水平间距1.6m，锚杆孔径为150mm，长度为14.0m，其中自由段长为5.0m，锚索选用2束1860级预应力钢绞线，倾角为15°。锚杆设计抗拔力285kN，锁定力200kN。锚杆注浆施工采用二次高压劈裂注浆工艺，注浆压力控制在0.2～0.5MPa。
在保留的地下结构墙体下设置型钢暗柱支撑，型钢暗柱尺寸400mm×400mm(同墙厚)，高3.5m，置于保留的地下结构墙下，水平间距0.8m，下部嵌入基底0.5m，柱身混凝土采用喷射混凝土，强度等级C20，保护层厚50mm。暗柱内型钢采用I22b，型钢上端与保留的结构墙体钢筋进行焊接。
四、基坑支护
4.1既有地下结构外墙与待拆除结构的切割分离阶段待拆除结构原功能为车库，框架结构，此处分离线用作原结构外墙与其梁板分割依据，以确保拆除时不会对原结构墙造成破坏或者损坏，设置2条分离线，间距约为0.5m，即2条分离线间的结构梁板部分随分割拆除，如图2所示。


图2　既有结构墙体与结构板的分割线
4.2预应力锚杆施工阶段
预应力锚杆的施工要与原半地下车库的拆除互相配合。拆除地下1层结构后，进行第1排预应力锚杆施工;拆除地下2层结构后，进行第2排预应力锚杆施工;完成基坑3m深度范围的土方开挖和暗柱施工后，进行第3道预应力锚杆施工。
4.2.1成孔试钻
成孔时，应结合周边管线布置，避开热力管线可能位置，进行试钻。试钻时，严格控制钻孔速度，通过钻头的振感和声音，判断成孔效果。钻入4m无障碍物，则该孔可用;若有障碍物，则避开这一高度及位置，重新试钻。
4.2.2注浆
采用高压专用注浆泵，下套管2次劈裂注浆。浆液采用水灰比0.50～0.55的素水泥浆，现场边搅拌边灌注，必要时可加入一定量的外加剂(如膨胀剂)。注浆时孔口端部应进行封口。每天做1组水泥浆试块。
4.2.3锚头制作
锚杆施工完毕后，进行锚头安装。注意加工垫板的坡度，保证坡度与锚杆角度相适应。对于原结构墙上的锚杆仅采用承压板加垫块的形式，承压板300mm×250mm×20mm。
4.3暗柱施工阶段
暗柱施工时，为了保持支护过程中既有结构外墙的稳定性，墙体下暗柱不宜同时施工。本工程将暗柱施工分为3个区域(见图3)，先进行两边部分(A区和C区)的暗柱施工，待施工完成后再进行中间部分(B区)的暗柱施工。


图3　暗柱施工区域划分
暗柱施工土方开挖采取跳挖施工，每段土方开挖宽度不超过3.0m，每步开挖深度不超过1.0m。工作面开挖后，依据设计尺寸及间距，人工开挖暗柱沟槽，暗柱沟槽开挖后根据土层情况可采取预锚喷处理及局部插筋补强，以保证土体稳定。暗柱施工完成后，面层绑扎Φ6.5@250×250钢筋网，锚喷50mm厚C20混凝土面层。
4.3.1凿除旧墙体
在拟开挖暗柱的土坡面上放暗柱轮廓线，暗柱上部与墙体交接处0.4m范围内，凿除旧墙体部分混凝土，凿出墙体钢筋与暗柱槽钢焊接。
4.3.2柱身制作
沟槽加固后马上放置工字钢，工字钢上端与下端配合[22]，对墙体钢筋与暗柱内槽钢进行焊接连接，保证每根有4根墙体钢筋与槽钢焊接，以保证下部暗柱对旧墙体的有效支撑。柱下部嵌固入基底0.5m，柱身采用喷射混凝土喷注而成，混凝土强度等级为C20。
4.3.3暗柱间土维护
人工清除暗柱间土，约露出1/2暗柱，待土清除干净、平整后，立即绑扎Φ6.5@250×250钢筋网，如图4所示。在相邻两根暗柱内侧柱身上用钻头打引导孔，孔中打入Φ14钢筋或膨胀螺栓M12，Φ14钢筋插入深度≥10cm，Φ14钢筋或膨胀螺栓与横向压筋焊接牢固，同时整个钢筋网面按0.5m×0.5m间距钉入Φ6.5U形筋，通过横向压筋及U形筋将整个钢筋网面压平。暗柱间喷混凝土厚度为50mm，强度等级为C20。


图4　暗柱间土维护示意
五、基坑监测要点
5.1监测点设置
边坡的水平、竖向位移监测点应沿既有结构外墙墙顶布置，周边中部及阳角处应布置监测点，如图5所示。监测点水平间距宜≤15m。水平和竖向位移监测点宜为共用点。深层水平位移监测点宜布置在基坑周边的中部、阳角处及有代表性的部位，监测点间距宜为20～50m，每边监测点数目不应少于1个。锚杆内力监测采用专用测力计，监测点应选择在受力较大且有代表性的位置，基坑每边中部、阳角处宜布置监测点，监测点数量应为该层锚杆总数的1%～3%，并应≥3根。各层监测点位置应在竖向上保持一致。


图5　监测点布置
5.2边坡变形监测报警值及控制值
按照《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497—2009，结合类似工程经验，本工程基坑侧壁安全等级为一级，开挖过程中控制护坡坡顶水平位移预警值为1.5‰H、控制值为2‰H;垂直位移均以30mm作为变形控制值。原结构墙作基坑支护剖面水平位移预警值为15mm，控制值为20mm;垂直位移控制值为30mm，当坡顶位移超过报警值时应及时预警，并按照应急预案采取二级应急措施进行处理;当坡顶位移超过控制值时，需按照应急预案采取一级应急措施进行处理。






图6　地下室施工工况
4)利用地下室永久结构桩基、钢管柱及地下室梁板作为塔式起重机基础，将塔式起重机基础直接放置在地下室顶板上。
5)应用地下连续墙外置渗水排水系统，解决了地下连续墙与内衬墙之间渗漏水问题。