李偉強(qiáng)

1.上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002；2.上海市非開挖建造工程技術(shù)研究中心 上海 200002

隨著城市化進(jìn)程的加快，施工環(huán)境也越來越復(fù)雜，不僅需要在緊湊的場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行地下空間開發(fā)，還需要在緊鄰歷史保護(hù)建筑以及在用既有建筑的場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行深基坑施工。故而在進(jìn)行前期策劃時(shí)，不僅需要明確歷史保護(hù)建筑及在用建筑的保護(hù)要求，因地制宜地制訂相關(guān)施工工藝及保護(hù)措施，更應(yīng)該結(jié)合整個(gè)工程施工過程，進(jìn)行全盤考慮，如材料堆場(chǎng)、加工場(chǎng)地布置、出土路線及防塵防噪措施、土方開挖劃分、基坑及周邊建筑應(yīng)急措施等，避免因?yàn)閳?chǎng)地限制或周邊環(huán)境的變形控制要求制約深基坑的施工作業(yè)。

1 研究的緣起

在緊鄰歷史保護(hù)建筑以及在用既有建筑的場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行深基坑施工時(shí)，需要面臨2個(gè)主要問題，即建筑的保護(hù)問題和施工過程中場(chǎng)地的綜合利用問題[1-2]。

1.1 歷史保護(hù)建筑的保護(hù)問題

1.1.1 歷史保護(hù)建筑的結(jié)構(gòu)形式抗變形能力較差

歷史保護(hù)建筑年代久遠(yuǎn)，擁有其獨(dú)特的風(fēng)格特點(diǎn)。一般采用磚砌大放腳基礎(chǔ)，豎向承重結(jié)構(gòu)采用磚砌體，樓板結(jié)構(gòu)采用木格柵及木地板的形式，屋頂一般采用木屋架，部分建筑采用磚木與混凝土的混合形式。

首先，磚砌基礎(chǔ)為剛性基礎(chǔ)，基礎(chǔ)下應(yīng)力較為均勻，但其抗拉及抗剪能力較差，在地基土變形情況下容易引起開裂；其次，磚木結(jié)構(gòu)或磚混結(jié)構(gòu)，本身結(jié)構(gòu)體系較為簡(jiǎn)單，且砌體結(jié)構(gòu)對(duì)于不均勻沉降異常敏感，在局部傾斜的情況下木結(jié)構(gòu)擱置點(diǎn)也隨之移動(dòng)，整體結(jié)構(gòu)抵抗變形能力較差。

1.1.2 長時(shí)間使用材料性能達(dá)到臨界狀態(tài)

經(jīng)過漫長歲月的侵蝕，保護(hù)建筑的砌體承重結(jié)構(gòu)及砂漿強(qiáng)度不滿足承壓要求，局部開裂；采用混凝土結(jié)構(gòu)的部分，強(qiáng)度等級(jí)普遍低于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，碳化也較為嚴(yán)重，不能達(dá)到保護(hù)鋼筋的功能，內(nèi)部的鋼筋出現(xiàn)銹蝕，承載能力降低；對(duì)于木結(jié)構(gòu)而言，由于自然侵蝕及白蟻等蟲蛀現(xiàn)象，木質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部損壞嚴(yán)重。此外，由于長年的累積變形，擱置點(diǎn)逐漸偏移，造成擱置長度不足等現(xiàn)象較為常見。故而在上述因素的影響下，其房屋整體性能均出現(xiàn)了下降。

1.1.3 建筑整體或局部傾斜超過規(guī)范允許值

JGJ 125—99《危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（2004年版）規(guī)定基礎(chǔ)整體傾斜率超過1%的限值為危房，GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定基礎(chǔ)局部傾斜率的限值為0.4%，在長年累月的使用下，部分建筑整體會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降，局部的外墻出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，甚至超過規(guī)范限值，影響房屋整體安全。

1.2 場(chǎng)地內(nèi)部既有建筑保護(hù)問題

對(duì)于場(chǎng)地內(nèi)部的房屋，應(yīng)注重對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)及淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)房屋的保護(hù)。由于深基坑開挖所引起的沉降與測(cè)點(diǎn)距離開挖點(diǎn)的位置的關(guān)系曲線呈拋物線形，而砌體結(jié)構(gòu)建筑對(duì)于局部傾斜沉降異常敏感，容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，從而引發(fā)安全事故。淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)房屋在不均勻沉降情況下產(chǎn)生整體傾斜，影響建筑的正常使用。

1.3 施工過程中場(chǎng)地的綜合利用問題

在深基坑施工過程中，需要解決臨時(shí)宿舍、材料堆場(chǎng)、加工場(chǎng)地及大型機(jī)械的停靠位置、行車路線、出土方向及棄土場(chǎng)地等問題，對(duì)于狹小場(chǎng)地而言，無法滿足上述要求[3-5]。

因此，在緊鄰歷史保護(hù)建筑以及在用既有建筑的場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行深基坑施工，在設(shè)計(jì)階段及施工籌劃階段就應(yīng)針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行分析，最大程度挖掘場(chǎng)地潛力，并對(duì)周邊房屋提出針對(duì)性保護(hù)措施。

本文結(jié)合某醫(yī)院改擴(kuò)建工程，根據(jù)周邊環(huán)境的變形控制要求及場(chǎng)地特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，并對(duì)深基坑施工提出較為嚴(yán)格的要求，在施工過程中根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，不斷進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，針對(duì)歷史保護(hù)建筑及內(nèi)部建筑提出相應(yīng)的應(yīng)急處理措施及加固方案。

2 工程案例

2.1 工程概況

2.1.1 基坑概況

背景工程基坑平面形狀呈L形，面積約4 700 m2，開挖深度10.85 m，局部深度12.15～13.65 m，采用順作法施工，圍護(hù)采用排樁結(jié)合三軸攪拌樁止水，豎向設(shè)置2道混凝土十字對(duì)撐。

2.1.2 地質(zhì)概況

基坑開挖范圍內(nèi)基本為④層淤泥質(zhì)黏土層，土厚達(dá)9～10 m，對(duì)于基坑變形控制十分不利。此外場(chǎng)地內(nèi)遺留大量醫(yī)院老舊基礎(chǔ)及人防結(jié)構(gòu)，未被清除的情況下即回填，對(duì)于圍護(hù)施工帶來一定難度。

2.1.3 環(huán)境概況

工程位于醫(yī)院內(nèi)部，場(chǎng)地東側(cè)為有百年歷史的保護(hù)建筑申康賓館；南側(cè)為醫(yī)院內(nèi)保留的1幢8層建筑及2層裙房；西側(cè)為民航古北公寓，北側(cè)為古北灣大酒店，紅線與地下室外墻間距離為3.5～10.0 m。其中申康賓館是上海市第四批優(yōu)秀歷史建筑，建于20世紀(jì)30年代，磚混結(jié)構(gòu)，大放腳基礎(chǔ)；離基坑最近的為11#樓（由1棟2層及1棟1層建筑組成），東側(cè)紅線（距外墻6.9 m）處即為現(xiàn)有圍墻，同時(shí)也是11#樓1層建筑的西山墻?；幽蟼?cè)為醫(yī)院內(nèi)部的8層建筑及2層裙房，裙房采用天然基礎(chǔ)，磚混結(jié)構(gòu)，距離基坑外邊線約3.4 m（圖1）。

2.1.4 歷史保護(hù)建筑檢測(cè)情況

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，保護(hù)建筑外墻門洞邊墻體有豎向裂縫、門洞上角有斜裂縫、窗洞下方墻體有豎向裂縫以及女兒墻有粉刷龜裂等。房屋主體結(jié)構(gòu)向北、東傾斜，向北最大斜率為0.27%；向東最大傾斜率為0.61%。據(jù)此，設(shè)定變形監(jiān)測(cè)指標(biāo)：沉降速率大于1mm/d（連續(xù)2 d），累計(jì)沉降值大于20mm；墻體裂縫擴(kuò)展大于0.5mm或新增裂縫達(dá)0.5mm；傾斜率增量達(dá)到0.1%；房屋附近5 m范圍內(nèi)發(fā)生寬度大于10mm的地裂縫。

圖1 環(huán)境平面示意

2.2 工程難點(diǎn)

1）基坑形狀呈L形，基坑內(nèi)陽角較多，對(duì)于變形控制不利。

2）工程在南北側(cè)各設(shè)置1個(gè)出土口，出土口寬度僅6 m。

3）基坑場(chǎng)地狹小，北側(cè)及西側(cè)為主要施工區(qū)域，并設(shè)置臨時(shí)宿舍、鋼筋堆場(chǎng)，其余區(qū)域無法進(jìn)行施工作業(yè)。

4）基坑周邊被建筑包圍。申康賓館11#樓離基坑較近，其1層山墻搭建于本場(chǎng)地圍墻上，且檢測(cè)結(jié)果對(duì)于基坑施工不利。醫(yī)院前的2層裙房及2層彩鋼板房臨時(shí)診所距離基坑邊線僅3.4 m，結(jié)構(gòu)形式對(duì)變形非常敏感。

2.3 基坑設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 地下室跨層處分坑技術(shù)

西側(cè)基坑邊線與申康賓館僅6.9 m，為控制深基坑開挖對(duì)保護(hù)建筑的影響，將基坑分為2個(gè)部分（先施工I區(qū)，再進(jìn)行II區(qū)施工），分隔處設(shè)置在東側(cè)1層坡道處（圖2、圖3）。

圖2 I?區(qū)支撐平面布置

圖3 II?區(qū)支撐平面布置

傳統(tǒng)施工順序?yàn)榇齼蓚?cè)結(jié)構(gòu)完成后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)貫通，增加了鑿除難度，工期也較長。在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，利用結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在西側(cè)地下2層結(jié)構(gòu)外墻處設(shè)置暗梁，東側(cè)坡道水平鋼支撐撐于暗梁處，水平力由B1板處斜拋撐進(jìn)行分擔(dān)，拋撐端部設(shè)置于梁柱節(jié)點(diǎn)處及剪力墻處。換撐力經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)核后，建議在底板上設(shè)置拋撐以減少樓板豎向受力，故在底板層設(shè)置拋撐對(duì)B1板拋撐進(jìn)行荷載傳遞（圖4）。經(jīng)此設(shè)計(jì)，可在基坑開挖時(shí)就鑿除圍護(hù)分隔墻，減少了對(duì)主體結(jié)構(gòu)受力的影響，同時(shí)也避免了兩側(cè)結(jié)構(gòu)完成后鑿除連通的問題。

圖4 I?區(qū)、II?區(qū)剖面

2.3.2 分坑分隔墻兼作隔離樁技術(shù)

在Ⅰ區(qū)施工時(shí)，采用分坑施工，歷史保護(hù)建筑距離基坑邊達(dá)到13.1 m，但仍處于基坑2倍挖深的影響范圍內(nèi)，為此，設(shè)置隔離樁隔斷Ⅰ區(qū)開挖時(shí)的土體變形途徑，由于Ⅱ區(qū)開挖需要設(shè)置圍護(hù)樁，故而利用Ⅱ區(qū)圍護(hù)樁兼作隔離樁，隔離樁間隔1根插入⑤1層，并控制泥漿沉渣，減少自身沉降對(duì)周邊土體的影響。

2.3.3 支撐布置技術(shù)

基坑面積較小，環(huán)境保護(hù)要求高，故采用十字對(duì)撐形式布置。但在支撐拆除時(shí)，十字支撐在兩個(gè)方向主撐破除后，支撐系統(tǒng)無法起到變形控制作用，故在十字對(duì)撐基礎(chǔ)上，于基坑角部設(shè)置角撐，加強(qiáng)拆撐時(shí)對(duì)周邊環(huán)境的位移控制（圖5）。

圖5 支撐現(xiàn)場(chǎng)效果

2.3.4 建筑變形控制技術(shù)

在醫(yī)院內(nèi)部2層裙房區(qū)域，由于離基坑邊僅3.4 m，為減少開挖引起的土體變形，在該側(cè)預(yù)埋注漿管，注漿管伸入基礎(chǔ)下方土體?；邮┕r(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行低壓灌漿結(jié)合跟蹤注漿的雙重加固工藝，一方面填充因基坑變形而引起的土體空隙，另一方面通過跟蹤注漿管減小房屋傾斜度及沉降量。在拆撐時(shí)，考慮到機(jī)械拆除支撐對(duì)土體擾動(dòng)大，容易引起保護(hù)建筑的沉降，在基坑L形北側(cè)采用機(jī)械拆除，但預(yù)先采用排鉆斷開主撐，在基坑南側(cè)采用切割方式拆除支撐。同時(shí)，在支撐拆除前，設(shè)置局部臨時(shí)角撐，對(duì)申康賓館及2層裙房進(jìn)行保護(hù)。

2.3.5 基坑內(nèi)空間利用技術(shù)

由于紅線與地下室外墻間距離為3.5～10.0 m，扣除基坑的施工空間2.6 m，施工場(chǎng)地十分緊湊，為此在施工階段，根據(jù)施工階段對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行安排，對(duì)臨時(shí)宿舍及材料堆場(chǎng)進(jìn)行規(guī)劃，提前進(jìn)行基坑加固設(shè)計(jì)。工程中充分利用圍護(hù)墻的空間，將壓頂梁與地面連成整體，供材料堆放，在轉(zhuǎn)角部位設(shè)置支撐，加大轉(zhuǎn)角寬度，便于行車。加大了棧橋布置范圍，提供材料堆場(chǎng)及機(jī)械停靠區(qū)域，使棧橋覆蓋率占基坑面積的40%，緩解了施工場(chǎng)地緊湊的難題；在棧橋布置時(shí)，提前規(guī)劃了行車路線，空車從北側(cè)進(jìn)入，從南側(cè)駛出，并盡量使出口遠(yuǎn)離賓館區(qū)域（圖6）。

圖6 圍護(hù)墻作為道路示意

2.4 應(yīng)急處理措施

1）坑外污水管未處理，導(dǎo)致賓館處水位持續(xù)下降?；又苓厺撍槐O(jiān)測(cè)時(shí)，在L形陽角部位出現(xiàn)水位下降較大的情況，申康賓館處也出現(xiàn)類似情況，而在基坑封閉降水試驗(yàn)時(shí)，未出現(xiàn)問題。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)探查及老圖紙翻閱，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)角部位北側(cè)存在一污水池，在基坑施工前未清除，地下水持續(xù)流進(jìn)污水池后排出。在確認(rèn)原因后，為防止賓館區(qū)域出現(xiàn)水土流失，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行注漿填充，在污水池內(nèi)部區(qū)域注漿無效后，改用低壓力旋噴填充，經(jīng)過觀測(cè)后水位基本恢復(fù)正常。

2）11#樓開挖過程中單日沉降超過報(bào)警值。開挖至基底時(shí)，賓館11#樓當(dāng)天出現(xiàn)3.9mm沉降量，超出單日?qǐng)?bào)警值，第二日仍有2.1mm變形，為防止變形繼續(xù)發(fā)展，在沉降區(qū)域采取跟蹤注漿的措施，采用錨桿鉆機(jī)引孔，跳孔間隔注漿施工（跳孔間距3 m），注漿加固區(qū)集中位于沉降較大區(qū)域，壓力控制在0.2 MPa左右，流量控制在10 L/min左右，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況調(diào)整注漿節(jié)奏；同時(shí)控制底板土方開挖速度，以200 m2為單位進(jìn)行開挖及墊層澆筑，隨后進(jìn)行其余區(qū)域土方開挖，在10 d內(nèi)完成墊層區(qū)域底板澆筑。在多項(xiàng)舉措下最終控制了下沉趨勢(shì)。

2.5 工程實(shí)施效果

從基坑開挖至底板完成，鄰近歷史保護(hù)建筑處圍護(hù)體測(cè)斜僅19.7mm，小于規(guī)范允許值（圖7），申康賓館11#樓及2層裙房的沉降分別為25.2mm及30.5mm（圖8），基本達(dá)到了對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)要求。

圖7 鄰近申康賓館11#樓處圍護(hù)樁測(cè)斜曲線

圖8 申康賓館11#樓沉降歷時(shí)曲線

3 結(jié)語

背景工程基坑雖然規(guī)模不大，挖深接近11 m，但現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，需要在狹小的場(chǎng)地內(nèi)兼顧施工空間、周邊歷史建筑及內(nèi)部建筑的保護(hù)問題，在設(shè)計(jì)和施工的配合下，有效地解決了該項(xiàng)目所遇到的難題，最終歷史保護(hù)建筑沉降25.2mm，局部傾斜控制在允許范圍內(nèi)，院內(nèi)裙房沉降也在可控范圍內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期的保護(hù)目標(biāo)，該項(xiàng)目的成功實(shí)施為類似工程提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1）在緊鄰歷史保護(hù)建筑及內(nèi)部建筑的場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行基坑施工，應(yīng)提前對(duì)建筑進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研，了解其結(jié)構(gòu)形式、現(xiàn)狀、薄弱點(diǎn)及變形控制要求，制訂相應(yīng)的保護(hù)措施，并針對(duì)施工過程中可能出現(xiàn)的問題制訂預(yù)案。

2）深基坑的施工對(duì)淺基礎(chǔ)建筑影響較大，淺層土方不建議開挖過深。在距離非常近的情況下采用分坑施工的方式對(duì)于歷史建筑的保護(hù)效果明顯，并可將分坑處圍護(hù)樁作為隔離樁，對(duì)環(huán)境保護(hù)效果良好。

3）隔離樁應(yīng)穿透軟土進(jìn)入較為穩(wěn)定的土層，且應(yīng)嚴(yán)格控制沉渣以減小自身沉降，在密排布置的情況下可采用長短樁間隔布置的方式，減小工程投入。

4）混凝土十字支撐的剛度較大，但在支撐拆除時(shí)，十字支撐在2個(gè)方向主撐破除之后，支撐系統(tǒng)無法起到變形控制作用，故建議在周邊環(huán)境復(fù)雜時(shí)，在十字對(duì)撐基礎(chǔ)上，于基坑角部設(shè)置角撐，加強(qiáng)支撐拆除時(shí)對(duì)周邊環(huán)境的位移控制。

5）應(yīng)充分重視拆撐過程。經(jīng)驗(yàn)證明，環(huán)境復(fù)雜時(shí)機(jī)械拆除的振動(dòng)對(duì)周邊土體的強(qiáng)度有非常大的影響，故拆除方式上盡量選擇排鉆切除或切割工藝。在保護(hù)建筑處，建議設(shè)置角撐或拋撐等減小懸臂高度。

6）施工環(huán)境緊湊的情況下，在施工籌劃階段就應(yīng)針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行分析，根據(jù)每階段工況，合理安排臨時(shí)宿舍、材料堆場(chǎng)、加工場(chǎng)地及大型機(jī)械的停靠位置、行車路線、出土方向及棄土場(chǎng)地等問題，此外，應(yīng)最大程度地挖掘場(chǎng)地潛力，如利用圍護(hù)墻和轉(zhuǎn)角部位支撐的空間、加大棧橋面積等。

7）施工過程瞬息萬變，在施工前應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的問題作出相應(yīng)預(yù)案，在施工過程中遇到問題時(shí)，應(yīng)查明原因后進(jìn)行針對(duì)性處理。