苏州博物馆新馆基坑支护论文最终版Word格式.docx

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层底标高（相对高程）

容重（g/cm3）

凝聚力（kPa）

内摩擦角（o）

①

素填土

2.0～3.7

-2.55～-2.26

（1.89）

（5）

（15）

②

粘土

2.7～3.4

-5.66～-5.25

1.97

68.0

8.5

③

粉质粘土

1.1～2.9

-8.15～-6.76

1.87

14.0

18.5

④

粉土

1.9～3.8

-10.56～-10.05

1.95

10.0

25.0

⑤1

6.2～6.8

-16.85～-16.76

1.90

23.6

17.0

⑤2

3.6～4.5

-21.26～-20.45

1.92

23.0

8.2

注：

（）内为经验数据。

2.1.2地下水条件

有关土层地下水特征列表如下：

含水量w（%）

室内渗透系数（cm/s）

透水性

水平

垂直

/

30.0

3.05×

10-7

2.90×

不透水

34.8

1.30×

10-5

1.20×

微透水

28.8

8.70×

10-4

3.50×

弱透水

33.6

1.27×

5.00×

24.2

3.30×

1、潜水含水层：

赋存于①号素填土及②号粘土层顶部，富水性较差，埋深1.6-1.85m，水位明显受季节影响，受大气降水及地表水补给。

2、微承压含水层：

主要赋存于④号粉土土层中，富水性较差一般，受大气降水及侧向泾流补给。

2.2基坑概况

苏州博物馆新馆基坑场地呈多边形，地质情况为地下室层高4.60m-7.60m，现浇钢筋混凝土筏板基础以③粉质粘土层和④粉土层作为持力层，基底标高深浅不一，基础开挖深度变化较大，从-5.95m、-6.15m、-6.40m、-6.60m、-7.0m到-7.4m、-8.1m到-8.5m等，局部深达-9.7m。

由于整个地块与周边文物保护单位的接壤边线较长，且拟建建筑与控保建筑之间、与城市主要交通道路之间距离狭窄，通过现场定位放线和实地丈量，博物馆新馆地下室东侧外边缘与控保建筑忠王府最小距离2.30m、最大距离4.70m，已经是整个工程中可提供设置支护结构最为宽余的地方了；

其北侧地下结构与拙政园围墙最大距离1米，局部重合30厘米，且该部位开挖深度在-8.50m；

西侧有埋地十千伏高压电缆沟通过，与地下室外墙相距1.50m；

南侧埋地军用光缆与建筑轴线平行通过，间距只有80厘米。

与此同时在整个建筑位于东北街一侧有一棵编号为024的广玉兰属苏州市二级保护古树，树龄较大，设计有意将其熔入建筑中，并特地为其在地下室中间留设了植树井，需现场原地保护。

因此，在如此复杂的条件下，支护设计方案必须从支护结构形式、埋置深度、基坑与周边古建筑的距离和基坑支护安全等级等多方面进行考虑。

3.设计构想

由于在基坑支护设计时，建设单位仅能提供建筑设计初步方案图和基础底板结构设计方案图，为此针对基坑现场实际情况我们初步拟订了支护方案构架并制订了针对性的措施。

3.1支护方案构架

3.1.1基坑支护要求

3.1.1.1在确保基坑四周边坡稳定性的前提下，尽可能的满足地下室施工空间的要求。

根据施工现场总平面布置安排，施工主要通道在南侧东北街、西侧齐门路，出土口在场地的西侧齐门路。

因此以上部位必须考虑大型车辆（土方车、混凝土搅拌车等）离开坑边2m可正常行驶，基坑底面以建筑物最外边轴向外1m（包括基坑底排水沟）设计。

3.1.1.2保证基坑四周相邻建筑物、构筑物和地下管线在基坑工程施工期间不受损害。

基坑东侧相邻忠王府、北侧相邻拙政园，对古建筑的保护是本基坑工程的重中之重，同时考虑到南侧东北街基坑边紧邻光缆、西侧齐门路基坑边有电缆的影响，对基坑边地面沉降和墙体侧向位移严格按一级基坑要求控制变形，确保古典园林及地下管线的安全。

3.1.2基坑降排水要求

以隔绝外围地表水流入基坑为主，保证基坑工程施工作业面在地下水位以上。

尽可能的减少使用井点降水，以防止周围古典园林建筑及地下管线的沉降。

基坑开挖过程可能会出现微承压水沿勘察孔上涌冒粉土现象，拟采用双液注浆法应急措施将水及时止住，或进行局部范围的轻型井点降水，确保地下施工正常进行。

3.1.3基坑安全等级指标

我们所要设计的围护体系是为古城区较大的地下工程服务的，在土方开挖及排水过程中地基土体的位移、沉降将对东侧忠王府、北侧拙政园以及南侧东北街、西侧齐门路造成严重的影响。

因此基坑安全等级需设定为一级，重要性系数γo为1.10。

3.1.4支护结构形式

3.1.4.1选择较安全可靠的钻孔灌注排桩加深层搅拌桩止水帷幕作为支护主结构，，两种桩的施工所使用的机械震动力较小；

受场地的限制，虽然两排搅拌桩加单排灌注桩的全封闭结构形式止水效果好，但支护结构厚度要1.5米。

围护结构本身是为施工服务的，因此既要能满足现场条件，又要能形成一个完整的止水帷幕，我们采用了钻孔灌注桩和深层搅拌桩间隔齿合的方法进行布桩，技术难题是如何保证齿合接缝处的不渗水。

3.1.4.2由于建筑物平面形状变化较大，东北两侧形成基坑后大型施工机具无法进入，采用钢或钢筋混凝土内支撑拆除有困难，震动又大；

因此预应力斜拉锚杆是最佳选择；

3.1.4.3对近邻基坑的忠王府、拙政园围墙的基础进行低压力注浆加固，增加其地基承载力，巩固围墙基础；

3.1.4.4在场地中间今后的庭院水池部位，在最初施工阶段作为临时施工用地，基坑三侧选择较经济的放坡开挖喷锚支护；

3.1.4.5基坑南侧植树井内广玉兰为百年古树，为保护古树，植树井周边采用钢板桩围护，以杜绝水泥类桩体施工时对树体的侵害和种植土的碱化。

3.2针对性措施

3.2.1根据初步计算围护桩的直径约在60厘米左右，采用齿合法施工建筑基础外边缘至围护结构外边缘必须有0.8米净距。

由此可以确定基坑东侧沿忠王府不存在大的问题，但东北街沿街军用光缆是支护布置的棘手问题，必须要求建设单位与有关部门协商迁移。

3.2.2齐门路高压电缆沟与轴线相距1.5米，与围护要求的也要差10厘米，设想取消基础排水沟位置或与结构设计单位协商适当减小基础脚板宽度。

3.2.3北侧与拙政园相重合部位，建议建筑设计事务所进行设计修改，使与拙政园间距达1米以上，用以布置支护结构。

4.方案设计

通过各方努力光缆迁移事宜基本得到解决，但由于受到马路快车道的制约，实际只能向南移过1.5m。

至于需结构配合减小基础脚板宽度问题，结构设计给出了极限值，即地下室外墙板边至基础脚板外侧不得小于25厘米。

北侧与拙政园相重合部位，建筑设计考虑为设备用房同意变更，但根据建筑模数和设备使用空间要求只能缩进1米。

由此博物馆新馆工程的基坑支护结构设计、施工所能利用的有效空间基本确定，博物馆新馆基坑围护平面布置图见附图二。

4.1基坑支护设计

工程地下室基础底板坐落于③粉质粘土层和④粉土层上，基坑开挖时须对①②③土层进行支护，从基坑安全及场地条件，并考虑钻孔灌注桩施工最小空间（即操作平台外边至钻孔中心的距离），针对现场实际情况分别选择下列不同的支护方式：

4.1.1基坑西、南沿齐门路、东北街及东侧靠近忠王府边沿采用较安全可靠的钻孔灌注桩加深层搅拌桩的支护方式；

4.1.2对基坑北侧及东北部贴邻拙政园的基坑边，由于大型钻孔灌注桩及深层搅拌桩无法施工，采用小型钻孔灌注桩——树根桩，外侧钢丝网喷锚护坡，同时需对拙政园围墙墙基压密注浆加固；

4.1.3场地中间作为施工用地的基坑三侧选择较经济的放坡开挖喷锚支护方式。

但考虑止水问题，深层搅拌桩在此必须沟通，形成封闭的止水帷幕；

4.1.4广玉兰植树井开挖深度H=7.00m，采用钢板桩围护，按多锚式板桩设计；

4.1.5地面堆载设为20kpa，此外沿东北街、齐门路设大型车辆动荷载，沿东北街钻孔灌注桩冠梁上需考虑砌筑高4.5m围墙。

附图二基坑支护平面及立面示意图

4.2钻孔灌注桩排桩支护设计

钻孔灌注桩，桩径700mm、桩间距1.0m，桩长12m-18m，C30，按最大弯矩值计算配筋，主筋10φ22（均为HRB335级），螺旋箍φ6@200,加强箍φ14@2000，桩顶设冠梁700×

500，将排桩连结成整体，增加稳定性，控制变形。

为了控制水平位移，布置2-3道成孔式斜拉锚杆，孔径110mm、倾角15°

，间距2~2.8×

2~2.1m，按抗拔力设计值计算锚杆长度，锚杆钢筋直径、根数。

锚杆长度11.5m-21.5m、2φ16-3φ16（均为HRB335级），锚杆采取预应力工艺（预拉力80-60KN），进一步起到控制水平位移。

锚杆用钢板固定于排桩上。

经电算，一级基坑地段桩顶最大位移10.8-19.4mm，二级基坑地段桩顶最大位移19.1-26.2mm，均满足设计要求。

4.3喷锚支护设计

在场地中间采用1：

0.5放坡开挖喷锚支护，在坑壁及地表1m宽翻边均挂钢筋网（HPB235级φ6@200双向排列绑扎，压边筋HPB235级φ16，加强筋HRB335级φ14，压筋HRB335级φ14。

两次喷射混凝土，混凝土C20，厚度100mm。

布置6道打入式锚杆，倾角15°

，锚杆直径48mm，长度6-12m，间距1.2×

1m。

经电算，整体稳定系数1.33~1.36（≥1.3）满足设计要求。

4.4树根桩排桩支护设计

树根桩排桩，桩径φ400，桩间距0.6m，桩长10~14m，桩间采用注浆法加固填土，改善土层工程性能，提高内聚力，降低渗透系数，注浆孔深3~4.5m。

桩身强度C25，根据桩受力最大弯矩布置HRB335级主筋7~8φ20，螺旋箍φ6@200,加强箍φ12@2000。

桩顶设冠梁400×

在排桩内侧做挂钢筋网喷锚护坡，在坑壁地表下1.0m布置1排土钉，水平间距1.2m、HRB335级1φ25、长度2m；

在坑壁布置1~3排斜拉锚，成孔φ110、预加力50KN、水平间距1.2m、HRB335级2~3φ16、长度10~19m、承载力设计值74.75~145.38KN。

经电算，最大位移17.1~21.1mm，满足一级基坑设计要求。

4.5深层搅拌桩挡水帷幕设计

以钻孔灌注桩与深层搅拌桩搭接齿合（搭接＞150mm）组成防渗挡水帷幕，深层搅拌桩桩径700mm，桩长12m，桩顶标高与钻孔灌注桩同。

无钻孔灌注桩地段以两排深层搅拌桩搭接组成防渗挡水帷幕，树根桩部位移至排桩内侧，封住微承压水粉土层。

4.6钢板桩支护设计

广玉兰植树井开挖深度H=7.0m，根据植树井尺寸，在空出相应施工操作面后，采用钢板桩加设对拉锚杆进行土体保护，在桩长范围内设置若干道对拉螺杆，螺杆穿孔应采用人工造孔。

这种方法由于不使用水泥等碱性材料，能较有利的避免对树体的损伤。

钢板桩围护，按多锚式板桩计算，确定支撑层数、间距及板桩入土深度。

通过计算板桩的总长至少为：

L=7.00+4.07=11.07m，因此我们取12米长的钢板桩作为古树木的围护桩。

计算简图见附图三。

附图三钢板桩设计及计算简图

5.方案优化

由于博物馆工程的基坑围护是整个博物馆工程的重中之重，因此其受注目的程度不言而喻。

围护工程基坑四周有很多特殊性的东西需要进行保护，而且建筑设计将博物馆的核心设置在了地下室，因此地下室的施工将经历一个很长的时间段，方案在制定中本着先保护后施工的原则，对设计好的方案我们通过了两次的专家论证，从而达到方案科学合理，工作准备充分，施工展开有序。

通过专家论证建议我们采纳了⑴对杂填土进行注浆加固、封闭止水；

压密注浆先做，有利围墙保护；

⑵对局部纯喷锚部位锚杆布置过于保守，纵横交错很难布置，可适当减少。

⑶博物馆工程的基坑围护的最大危险是水，特别是在桩间，由于④号土为粉土，灌注桩桩体成型在该土层易不规则变形，止水帷幕在该部位极易出现漏点。

搅拌桩应用在泥浆成孔的灌注桩间，灌注桩壁泥土层也将成为漏点，须采用两次切割工艺。

⑷基坑的整体位移控制应注意缩短桩体的悬臂时间，加快锚杆施工，提高位移控制预警值，围护的位移监测是一项重要工作，由于本工程施工周边可留作观测的位置条件很差，而且临时围墙较高，因此在观测中必须注意坑内、坑外水位，垂直沉降，水平位移的测量；

⑸灌注桩在施工中的垂直度控制也是影响基坑止水效果的关键，因此在钻孔灌注桩的施工中必须严格控制垂直度施工质量。

6.施工要点

6.1钻孔灌注桩排桩与深层搅拌桩挡水帷幕

6.1.1由于博物馆新馆的钻孔灌注桩与深层搅拌桩采用单排齿合衔接共同作用形成挡水帷幕，见附图四。

因此咬合部位的不渗水是关键，我们首先通过严格控制桩的垂直度和成孔质量来保证齿合面的均匀整齐；

然后通过控制两种桩的施工前后顺序和间隔时间来控制齿合面的咬合紧密。

通过现场试验，先施工搅拌桩，在其完成48小时后立即进行钻孔灌注桩的成孔，在时间上最适宜。

这样既不会由于搅拌桩的强度太低，造成结合面的不密实；

又不会因搅拌桩强度太高，造成灌注桩成孔偏位，影响整个支护结构的质量。

6.1.2为彻底改变过去钻孔灌注桩施工造成泥浆四溢的状况，同时保护近在咫尺的古建筑墙体及基础，在桩体施工前，我们通过在桩体部位开挖砖砌导沟的方法，不仅做到了有组织的排放泥浆水，而且水可循环利用，当水体含泥浓度超过规定要求时，采用泥浆泵排入泥浆池。

照片一砖砌导沟

6.2预应力锚杆

6.2.1预应力锚杆作为整个支护结构的关键部位，准确控制预应力张拉值才能保证支护结构的稳定安全。

通过在不同土层设置试验锚杆，在张拉前进行拉拔值测定来掌握第一手资料。

根据设计方案博物馆工程单根锚杆设计最大抗拔力值在17吨。

我们作了一次破坏性试验，在对试验锚杆施加20吨拉力后，锚杆仍未破坏，基本确定锚杆的施工满足设计要求。

6.2.2锚杆采用MG-50A钻机施工，锚杆成孔时必须钻穿了止水帷幕，为杜绝坑外水通过锚杆孔流入，我们通过对锚杆固定端的两次灌浆，自由端粘土封堵，大大减少了坑外水的流入，取得了一定的成效。

6.2.3在土方开挖时通过派专人进行监督，严禁挖机对坑边土开挖时扰动槽钢围檩，造成锚杆预应力的损失，一旦扰动立即补加预应力，使支护结构处在良好工作状态。

6.3树根桩排桩支护

6.3.1由于受场地限制采用树根桩施工技术后，该部位无法采用搅拌桩与树根桩的齿合衔接（搅拌桩机在树根桩范围内无操作空间），挡水成为关键。

我们通过在树根桩内侧布设单排水泥搅拌桩，桩径700，桩间距0.5米，桩顶标高-6.5米，桩底标高-13.0米，组成基坑深部止水帷幕；

对基坑浅部采用桩间压密注浆法改善土层工程性能，降低土的渗透系数，阻止坑外水流入的可能。

6.3.2由于树根桩施工区域局部地段粉土层面上抬，致使基底至微承压水粉土层只有0.5米土层，上覆土层厚度不足压住微承压水水压力，极易产生管涌，影响基坑稳定性，为此在基坑内坑底布设四排压密注浆，加固地基土，阻止微承压水渗入基坑。

照片二树根桩及喷锚组合支护

6.4钢板桩施工

钢板桩采用PCF-30强力高速液压打拔桩机施工，将20号槽钢直接打入土层中，同时在土方开挖过程中逐步配合槽钢围檩、对拉螺栓安装。

照片三PCF-30强力高速液压打拔桩机照片四钢板桩完成情况

6.5喷锚支护

采用喷锚支护的场地今后是博物馆庭院水池，在基础和主体施工时，我们将其作为施工临时用地。

考虑到该部位的止水问题，我们布置了两排深层搅拌桩与周边围护结构沟通，形成了封闭的止水帷幕。

6.6土方开挖

由于博物馆新馆工程百分之五十为地下结构，因此支护结构使用周期较长，我们在基础施工时，采用了分段开挖的施工顺序，这样有效的缩小了基坑支护结构敞开的面积，保证了围护结构的稳定，大大减小了支护结构的变形量。

照片五与拙政园贴邻侧围护完成情况照片六东北街侧围护完成情况

7.施工监测

由于受场地限制，工程监测主要通过全站仪和水准仪进行，在桩顶冠梁、邻近保护建筑及围墙上设置监测点，同时设置好基准点。

按设计方案预警值水平位移一级基坑20毫米，二级基坑30毫米；

垂直沉降一级基坑15毫米，二级基坑25毫米进行监测控制。

8.结束语

博物馆工程基坑围护虽然并不很深，面积也并不大，但由于其与世界历史文化遗产的零距离接触而迭显难度。

以多种支护形式相结合进行方案设计，通过多方案比较，两次专家论证，在施工中因地制宜的不断进行方案优化，严格控制支护的水平变形，从而在确保“世界历史文化遗产”和全国重点文物保护建筑安全的前提下，成功的解决了在古建筑旁的深基坑支护问题。