于向軍 Yu Xiangjun

0 引言

上海中心城區(qū)開發(fā)，常需要緊鄰歷史保護(hù)性建筑建設(shè)施工。這些歷史保護(hù)性建筑多建于20世紀(jì)20～30年代，至今已超過建筑設(shè)計(jì)使用年限。其建筑的結(jié)構(gòu)形式、實(shí)體強(qiáng)度、基礎(chǔ)現(xiàn)狀等因素，決定了其對(duì)鄰近土體的擾動(dòng)十分敏感。因歷史保護(hù)性建筑具有特殊價(jià)值，周邊施工如何減少對(duì)其影響，是要考慮的首要因素。

本文的保護(hù)性建筑已有近170年歷史，自身結(jié)構(gòu)格外薄弱；并且該建筑被周邊基坑包圍，對(duì)基坑施工變形的敏感度更高。對(duì)這種周邊環(huán)境復(fù)雜、保護(hù)難度更高的保護(hù)性建筑進(jìn)行保護(hù)，類似的資料還比較少。本文通過保護(hù)方案、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及數(shù)值分析，分析施工各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)保護(hù)性建筑產(chǎn)生的影響，為類似工程提供參考和借鑒。

1 工程概況

1.1 保護(hù)性建筑周邊基坑情況

工程項(xiàng)目為大型商辦綜合體，分為南北兩個(gè)區(qū)域，南北區(qū)域內(nèi)又劃分為若干地塊。其中，北區(qū)域地塊中有一座近170年歷史的天主堂，天主堂被周邊基坑包圍（圖1）。盡管在項(xiàng)目啟動(dòng)前期，建設(shè)方專門請(qǐng)房屋質(zhì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)天主堂進(jìn)行了全方位體檢，并且體檢報(bào)告建議在基坑施工前，應(yīng)先對(duì)天主堂進(jìn)行主動(dòng)加固，以將周邊基坑施工對(duì)其影響降到最低。但由于教區(qū)堅(jiān)持天主堂要不間斷開放使用，項(xiàng)目以盡可能減少對(duì)天主堂正常運(yùn)營(yíng)影響為原則啟動(dòng)施工。

在沒有對(duì)天主堂本體進(jìn)行主動(dòng)加固的情況下，為了確保天主堂的安全，建設(shè)方從設(shè)計(jì)、施工上，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采取了多種措施（圖2）：

（1）天主堂周邊地下室紅線退界。天主堂與本項(xiàng)目周邊地下室紅線相距1.5～8m。為減少對(duì)天主堂的影響，地下室靠近天主堂一側(cè)，采取從紅線退界4.5～14.6m措施。

（2）天主堂周邊設(shè)置小坑隔離。在天主堂周邊設(shè)置若干小的分坑，在天主堂與周邊大基坑之間形成隔離。設(shè)計(jì)和施工文件都明確規(guī)定周邊基坑的先后施工順序，減少對(duì)天主堂的影響。

（3）減小天主堂周邊基坑深度。經(jīng)過多方協(xié)商，教堂周邊的基坑深度，分別從15.6m和19.5m的原開挖深度減少為14.9m和18.5m。各基坑施工時(shí)考慮設(shè)置軸力補(bǔ)償系統(tǒng)。

（4）天主堂周邊設(shè)置隔離樁。隔離樁采用剛度大、成樁深度可靠的Φ800@1 000的30 m長(zhǎng)鉆孔灌注樁，樁底標(biāo)高位于周邊基坑坑底以下10.9～14.8m。樁頂通過壓頂梁連接，為減少樁縫間可能的水土流失，灌注樁空隙補(bǔ)充以壓密注漿。

（5）天主堂周邊止水帷幕增強(qiáng)。臨天主堂三側(cè)的止水帷幕采用TRD（即等厚度水泥土地下連續(xù)攪拌墻）工法攪拌墻，墻深50m，800mm寬TRD工法攪拌墻兼作地下連續(xù)墻的外側(cè)槽壁加固。

（6）優(yōu)化天主堂周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工順序。天主堂周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工順序由內(nèi)而外先后為：隔離樁—樁間壓密注漿—TRD止水帷幕—內(nèi)側(cè)加固三軸攪拌樁—地下連續(xù)墻—工程樁及立柱樁。

1.2 保護(hù)性建筑情況

該項(xiàng)目保護(hù)性建筑是一座建于1847年、建成于1853年的天主堂，分為大堂（2F）和副樓（3/4F）2棟建筑，是上海市文物保護(hù)建筑。附屬建筑分為西側(cè)1層廁所，東北角2層磚混結(jié)構(gòu)倉庫，與天主堂主體結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立。西南角3～4層副樓亦為磚混結(jié)構(gòu)，副樓加建走廊局部與大堂外墻相連。天主堂副樓擬在工程完成后拆除，主要保護(hù)對(duì)象為天主堂大堂。

經(jīng)過專業(yè)單位對(duì)天主堂的房屋檢測(cè)，主要結(jié)論為：房屋建造年代較早，采用淺基礎(chǔ)，房屋整體抗變形能力相對(duì)較弱；使用中局部搭建和加建不規(guī)范且連接處也較薄弱，房屋目前部分位置外棱線和柱傾斜較大，上述因素均使得房屋對(duì)不均勻變形較為敏感。

圖1 天主教堂周邊基坑信息示意圖

圖2 教堂周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)典型剖面圖

2 監(jiān)測(cè)

2.1 監(jiān)測(cè)方案

圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工期間的監(jiān)測(cè)內(nèi)容，主要是對(duì)天主堂的房屋沉降觀測(cè)、房屋裂縫監(jiān)測(cè)、地面開裂調(diào)查。房屋沉降觀測(cè)點(diǎn)主要布置在房屋外墻面（圖3）。監(jiān)測(cè)參考的報(bào)警值為：保護(hù)建筑垂直位移變化速率大于2mm/日或累計(jì)值大于20mm；傾斜率累計(jì)變化量達(dá)2‰。

2.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

以教堂東北角沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)F1-09、F1-10、F1-11、F1-12為例，2016年6月～2016年7月26日沉降位移數(shù)據(jù)見圖4。通過分析，自2016年6月開始，在教堂周邊施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，教堂的沉降單日沉降量在正常范圍，但逐步達(dá)到累計(jì)報(bào)警值。2016年7月中旬開始，沉降幅度增加，教堂地面出現(xiàn)首條裂縫；到7月下旬，教堂地面出現(xiàn)6m長(zhǎng)裂縫，裂縫寬度達(dá)到1cm多。

教堂上部結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)不同程度的裂縫，特別是南山墻出現(xiàn)內(nèi)外貫通裂縫。同時(shí)，教堂東西兩側(cè)出現(xiàn)差異沉降。經(jīng)過分析，原因在于此時(shí)在教堂東側(cè)出現(xiàn)障礙物，振動(dòng)拔樁清障引起教堂不均勻沉降。因?yàn)榻烫贸霈F(xiàn)裂縫，拔樁清障立即停止，并在原教堂與隔離樁及隔離樁間進(jìn)行壓密注漿；同時(shí)，調(diào)整清障拔樁工藝，改為振動(dòng)較小的360°全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)工藝。采取以上措施后，變形漸漸趨于穩(wěn)定。

圖3 教堂監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

圖4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降位移變化數(shù)據(jù)圖

圖5 F1-06監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)圖

3 各階段沉降原因分析

3.1 三軸攪拌樁對(duì)沉降影響分析

攪拌樁施工時(shí)，水泥與土中水分發(fā)生反應(yīng)生成水化硅酸鈣和氫氧化鈣。水泥的各種水化物生成后，析出的鈣離子會(huì)與土中離子進(jìn)行吸附交換，形成土團(tuán)。隨著水泥水化的深入，在水和空氣中逐漸硬化為水泥土[1]。處理后的水泥土與軟土相比，力學(xué)性能明顯改善。

三軸攪拌樁施工對(duì)房屋沉降的影響，主要發(fā)生于攪拌樁機(jī)對(duì)土體的擾動(dòng)及水泥與原土發(fā)生的理化反應(yīng)。攪拌機(jī)工作時(shí)，會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生擾動(dòng)，降低土體強(qiáng)度。但攪拌機(jī)距離房屋增近到一定范圍時(shí)，才會(huì)有明顯影響。通過分析F1-06監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)（圖5）發(fā)現(xiàn)，施工過程中教堂垂直位移基本處于穩(wěn)定波動(dòng)狀態(tài)。

3.2 地下連續(xù)墻對(duì)沉降影響分析

該項(xiàng)目在天主堂西側(cè)，曾進(jìn)行120m超深地下連續(xù)墻試驗(yàn)段的施工，選取試驗(yàn)段附近觀測(cè)點(diǎn)F1-17沉降數(shù)據(jù)觀察（圖6），對(duì)比實(shí)際施工過程發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)墻施工及施工機(jī)械對(duì)淺層土體變形，沒有明顯規(guī)律的影響；地下連續(xù)墻的成槽和混凝土澆筑過程，天主堂的沉降變形有明顯加大趨勢(shì)，地面開裂的增大趨勢(shì)明顯；在施工后，采取雙液注漿，沉降逐漸趨于穩(wěn)定。

3.3 TRD對(duì)沉降影響分析

TRD在該項(xiàng)目是作為止水帷幕兼地下連續(xù)墻槽壁加固使用。其施工工藝為：三循環(huán)方法，即先行挖掘—回撤挖掘—成墻攪拌。具體操作為：鏈鋸式切割箱首先注入挖掘液先行挖掘10m，然后回撤挖掘至原處，再注入固化液，向前推進(jìn)攪拌成墻。

首先停用華法林。①大多患者在停用華法林后，癥狀會(huì)逐漸緩解直至痊愈；②少數(shù)患者需要換用抗凝藥物，例如治療劑量的低分子肝素，繼續(xù)治療一段時(shí)間會(huì)好轉(zhuǎn)。

通過觀察TRD施工區(qū)域附近某監(jiān)測(cè)點(diǎn)F1-10沉降變化（圖7），自6月20日TRD施工開始，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降顯著增大，自7月12日TRD施工停止后，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降仍具有持續(xù)影響，整個(gè)工序階段累計(jì)沉降達(dá)6mm。TRD對(duì)土體的擾動(dòng)過程，跟三軸攪拌樁相比，具有影響距離長(zhǎng)，影響時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。由于三軸攪拌樁對(duì)土體的擾動(dòng)是單樁施工形成的影響，而TRD的每個(gè)施工段長(zhǎng)度達(dá)10m，所以對(duì)土體的擾動(dòng)影響相對(duì)明顯。在以往的文獻(xiàn)中很少提及TRD施工對(duì)鄰近建筑的影響，這可能與該項(xiàng)目被保護(hù)建筑對(duì)基坑圍護(hù)施工更敏感有關(guān)。

該項(xiàng)目在隔離樁（鉆孔灌注樁）之間200mm的空隙之間，采用壓密注漿以增強(qiáng)隔離樁的整體作用，減少基坑側(cè)地下連續(xù)墻施工對(duì)天主堂的影響。從壓密注漿區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)F1-03監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看（圖8），隔離樁間的壓密注漿，對(duì)天主堂基本沒有影響。

在天主堂出現(xiàn)沉降報(bào)警后，經(jīng)專家分析議定：該沉降主要為基坑層地下連續(xù)墻施工引起。為補(bǔ)償天主堂沉降，在隔離樁和地下連續(xù)墻之間，采用壓密注漿進(jìn)行有針對(duì)性的填充。從實(shí)施結(jié)果看，注漿后沉降速率明顯減慢。

圖6 F1-17監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)圖

圖7 F1-10監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變化圖

圖8 F1-03監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)圖

圖9 F1-01監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)圖

3.4 障礙物清除對(duì)沉降影響分析

天主堂東側(cè)約10m處，有450mm×450mm，樁長(zhǎng)24m的地下方樁障礙物，樁頂埋深4m左右。施工單位采取振動(dòng)拔樁措施清除障礙物，該措施對(duì)天主堂的沉降影響非常明顯，通過觀察拔樁區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)F1-01沉降數(shù)據(jù)（圖9），可以看出位移量馬上反彈；清障停止后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也相應(yīng)回落。

4 搶修

2016年8月，由于天主堂的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)多處報(bào)警，已經(jīng)影響了正常的使用。在有關(guān)主管部門的協(xié)調(diào)下，教堂周邊施工暫停，教區(qū)開始考慮接受關(guān)閉教堂，進(jìn)行搶修加固。

隨后經(jīng)過大量工作，方案比選、設(shè)計(jì)細(xì)化、招標(biāo)競(jìng)價(jià)，2016年12月，搶修單位進(jìn)場(chǎng)。

此時(shí)，由第三方對(duì)天主堂又進(jìn)行了一次全方位體檢，數(shù)據(jù)顯示：截至2016年12月23日，房屋裂縫4#、5#、7#、8#和23#裂縫監(jiān)測(cè)點(diǎn)裂縫寬度分別增加4.5mm、3.5mm、0.5mm、12.5mm（超過裂縫報(bào)警值）。其中2層A/5-6中部墻面上方傾斜貫穿裂縫寬度達(dá)到10mm（危險(xiǎn)點(diǎn)）；上部各沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)均有下沉，沉降變化值在-27.5～11.3mm之間。其中F-13-14下沉達(dá)到報(bào)警值。

2017年7月，天主堂采用脫換頂升施工，實(shí)現(xiàn)了上部結(jié)構(gòu)荷載通過新增管樁向地基傳遞，教堂的不均勻沉降得到控制，完成階段性結(jié)構(gòu)搶修。

5 結(jié)語

通過上述被動(dòng)搶修案例，可以得到以下啟示：①在上海軟土地區(qū)，緊鄰歷史保護(hù)性建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工中，地下連續(xù)墻、TRD對(duì)建筑物的沉降有明顯影響。②TRD由于成墻整體性好，被更多地應(yīng)用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)。但需要注意其中施工過程中對(duì)鄰近建筑物的變形影響。③緊鄰既有歷史保護(hù)建筑的施工中，常常遇到地下障礙物清除，不當(dāng)?shù)那逭戏绞綄?duì)建筑物的變形影響很大，要特別注意采用合適的施工措施，并針對(duì)清障采取加密監(jiān)測(cè)頻率等專項(xiàng)措施。④對(duì)歷史久遠(yuǎn)，特別是自身強(qiáng)度不足、整體性差的保護(hù)性建筑，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹鲃?dòng)整體性加固，是非常必要的。對(duì)建筑物的主動(dòng)加固措施到位，可以相應(yīng)降低基坑圍護(hù)措施費(fèi)用?？此魄捌诘R些工期，實(shí)則有利于工程整體推進(jìn)和工期的總體控制。