鄭皆斐，姚 蓁，毛章偉

（1.上海申康衛(wèi)生基建管理有限公司，上海 200080；2.上海建工五建集團有限公司，上海 200063）

0 引言

隨著城市化進程的推進，城市中大規(guī)模的規(guī)劃調整，以及舊城改造城市更新等工程建設活動的開展，不可避免遇到許多具有悠久歷史文化保護建筑的阻礙。如果一旦采取原建筑拆除的措施，則會造成巨大的資源浪費，對環(huán)境保護及歷史文化將產生極大的破壞作用。如果能采取合理科學的工程措施，將歷史保護建筑完整的保留下來，則將能有效地解決社會經濟發(fā)展、城市建設與環(huán)境保護，以及文化傳承之間的矛盾。

近年來，隨著施工建造技術以及建筑結構設計理論的發(fā)展[1]，一大批工程實踐已經證明[2-4]，建筑整體移位技術可以在采取基礎托換、上部結構臨時加固的工程措施保證建筑整體性的基礎上，借助平移頂升設備，對原建筑物進行整體平移、轉動或頂升，經過移位并適當修復改造后，不僅可以完整地保留原建筑物的結構和功能，同時還可通過移位后的改造，如增加地下室、設置隔震層等，進而達到提高建筑的抗震安全性能，提升建筑功能的目的。

因此，本文以上海某歷史保護建筑頂升改造項目為例，具體分析了改造過程中基坑支護與整體同步頂升移位施工技術，并對改造工程的投資進行分析，以供類似項目參考借鑒。

1 工程概況

1.1 建筑概況

該建筑建成于1926 年，近百年歷史，于1989 年被列為上海市文物保護單位。整棟建筑平面呈工字形，由南側的主樓、北側的副樓和連接其間的中部連廊組成。建筑房屋總高六層，西北側局部區(qū)域有一層地下室（面積約200m2），總面積約1.07 萬m2；其東西向長度為80.56m，南北向寬度為45.40m。

1.2 結構概況

上部結構方面，該建筑為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構；樓面、屋面均采用現(xiàn)澆板，樓板厚度為102mm 和114mm；柱截面多為矩形，少數(shù)為圓形和異形；主樓柱距一般在4~9m 左右，副樓為三跨結構，柱位不規(guī)則。

基礎方面，大部分采用福建筒木樁加固的條形基礎，普遍區(qū)域基礎梁高1.42m，條形基礎寬度3.35m；局部為獨立放大腳基礎，埋深約為1.42m；大樓西北角局部有地下室，地下室底板埋深約4m。

1.3 水文地質條件

改造項目位于上海市靜安區(qū)延安西路，屬濱海平原地貌類型。據(jù)原地質勘察資料披露，工程影響范圍內的土層分布如表1 所示。場地內淺層填土厚度較大，室內地坪下有一層鋼筋混凝土面層，對基坑開挖及樁基施工會帶來一定的影響；③層淤泥質粉質黏土力學性質較差，對基坑的穩(wěn)定性與變形控制不利。

表1 土層分布

地下水方面，主要考慮淺層潛水和⑦承壓水。上海地區(qū)潛水水位埋深一般在0.3～1.5m 左右，基坑開挖前應進行預降水；由于基坑開挖深度較淺，承壓水對本工程基本無影響。

2 頂升改造總體方案關鍵技術要求

2.1 改造總體方案

由于地下有深厚軟土層，經歷長期使用后該保護建筑出現(xiàn)了較大的不均勻沉降，造成建筑整體傾斜，最大傾斜率達到5.41‰，同時過大的沉降造成局部室內地坪地域室外地坪，常導致排水困難問題；另外，由于建設年代久遠以致結構老化，其抗震性能亟待提高。因此，在考慮文物修繕的前提下，有關部門和業(yè)主方綜合以上及其他因素，最終提出了以下方案，整棟建筑整體托換后再整體頂升，頂高度升1.2m，頂升后地下新增隔震層，以解決諸多問題。

總體改造方案如下：首先需要在建筑周邊設置臨時基坑圍護結構，后進行坑內降水；同時進行上部結構臨時加固；然后，進行第一次土方開挖，先開挖到上托盤底標高，施工上托盤體系，預留壓樁孔；再施工錨桿靜壓鋼管樁，進行基礎托換；接著，土方二次開挖到下托盤底標高（上托盤下方的土方挖除及木樁割除），施工下托盤（底板）；設置千斤頂，并試頂與切斷鋼管樁；采用PLC 同步頂升系統(tǒng)，千斤頂交替頂升至設計標高；設置新的豎向結構和隔震支座；最后，撤走千斤頂，進行地下室外墻及內部結構施工。

2.2 基坑支護技術要求

由于本工程需要新建地下室，作為頂升工況下的反力底座，以及后期改造成隔震層，因此需要進行基坑支護及開挖。根據(jù)設計要求與周邊環(huán)境情況，本基坑開挖深度4.3m，基坑安全等級三級，環(huán)境保護等級三級。本著“安全、合理、經濟、可行”的原則，采取了拉森Ⅳ鋼板樁（400×170）加一道臨時鋼支撐的支護方案。

支撐體系豎向設置一道水平型鋼支撐，型鋼支撐圍檁與主撐均采用H400×400×13×21 型鋼，鋼材型號Q235。大樓整體頂升前，在基礎梁兩側增加1000×800的夾墻梁，形成剛度較大的上托盤結構體系，可作為型鋼支撐的支撐端，通過預埋鋼錨板與型鋼支撐連接。鋼支撐待下托盤結構底板和反牛腿施工完成，方可拆除。

降水方面，本基坑采用輕型井點與真空深井降水相結合的方式，疏干坑內地下水，使地下水位降至開挖面以下0.5~1.0m。根據(jù)上海市基坑工程經驗，一般根據(jù)基坑面積按單井有效抽水面積（井的經驗值一般為200m2～250m2）來確定。根據(jù)經驗并結合基坑的形狀，本工程單井有效抽水面積取200m2，采用多級濾水管加真空的措施，以確保每口井的出水量。

2.3 基礎托換技術要求

基礎托換結構是實現(xiàn)上部結構荷載和頂升千斤頂之間荷載轉移的關鍵，主要包括上托盤梁、錨桿靜壓樁、下托盤的施工。

上托盤梁結構包括：夾墻梁、聯(lián)系梁（穿墻鋼筋抬梁）組成。夾墻梁沿現(xiàn)有基礎墻體兩側通過的型鋼聯(lián)系梁、穿墻鋼筋和抬梁與原基礎聯(lián)系起來形成整體。托盤梁施工順序按照土方開挖進度進行分區(qū)澆筑，托盤梁施工工序：測量放樣→基礎墻體鑿毛→聯(lián)系梁→鋼筋綁扎、支模、混凝土澆筑→預應力張拉。

錨桿靜壓樁采用φ406×10 和φ273×10 的鋼管樁，樁長分別為36m 和29m，每節(jié)樁段長約2m。上托盤混凝土達到強度后按以下流程進行：安裝壓樁架→吊樁入孔→檢查樁的垂直度→壓樁→半自動焊接樁→重復壓樁焊接工序→當壓樁力或樁長達到設計要求后，可以停止壓樁（以壓樁力作為停壓標準為主）→焊接錨固筋→送樁或內切割→壓樁施工記錄→管內抽水→鋼管內灌注C30 混凝土→預加反力封樁→樁帽施工。

下托盤作為頂升階段的反力基礎，同時是正常使用階段結構底板。作為永久結構，下托盤梁采用800mm厚的筏板式結構。根據(jù)最后一層土方開挖區(qū)域，先后順序進行下托盤施工，先澆筑區(qū)域應設置施工縫且表面應進行鑿毛處理。下托盤結構澆筑前，應按圖紙要求進行預埋件安裝（隔震層下支墩預埋件、圍墻預留插筋、鋼支撐螺栓預埋）。

2.4 上部結構加固技術要求

頂升過程之前，為防止房屋發(fā)生水平向位移，控制整體建筑的變形，保持結構的穩(wěn)定性，應對上部結構進行臨時加固和設置限位裝置。

上部結構豎向加固采用標準節(jié)方鋼管螺栓連接，形成高18m 鋼立柱桁架。軸向對應鋼柱通過水平鋼索拉結，每層設置一道，鋼索對拉采用螺母連接，與鋼柱側邊的加勁板螺栓連接。型鋼與房屋墻面接觸部位使用橡膠+方木支撐進行隔離。鋼柱底部與上托盤梁預埋件通過錨栓連接，對稱拉結鋼柱同時搭設。

鋼結構限位裝置采用方鋼管組成的兩榀桁架。限位裝置方鋼管連接位置應滿焊焊接，焊縫高度不小于10mm。限位裝置在下托盤（底板）結構形成后施工，施工中應加強對建筑重點保護部位的保護。頂升過程中限位裝置水平變形不超過5mm。

2.5 頂升施工技術要求

大樓總重約25000t，后續(xù)增加結構托盤梁1900t、鋼結構加固340t，累計頂升重量約27240t。采用AB 兩組交替頂升技術進行整體頂升1.2m。A 組頂升一個行程（100mm）后，將B 組支撐支墊密實后，交替頂升泵站控制切換至B 組千斤頂，對B 組千斤頂進行沖壓，逐步主動托換上部荷載。在主動托換過程中，B 組千斤頂?shù)纳扉L量會補償各支撐的壓縮變形，同時由位移傳感器控制，能精確保證上部梁體的同步性。B 組頂升下一個行程，重復上述步驟直至到達頂升設計高度。

頂升過程中采用壓力+位移雙控的方法進行控制，當千斤頂因為布置間距較近互相干擾到位移傳感器工作時，將一組切換至以壓力控制。若在頂升施工中標高出現(xiàn)差異變化≥±2mm，應停止同步頂升。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行本次糾偏頂升，繼續(xù)監(jiān)測，直至標高變化再次同步后停止糾偏，并繼續(xù)同步頂升。當頂升高度超過80cm 時，頻率調整至10cm/次進行監(jiān)測。

2.6 監(jiān)測量控技術要求

建筑頂升過程本身是個動態(tài)過程，隨著上部結構的頂升，頂升點位處頂升力的細微差異將會造成上托盤結構，以及上部結構內力變化，甚至裂縫出現(xiàn)。因此，通過監(jiān)測量控結構的應力、水平及垂直位移、傾斜等參數(shù)，可以獲得結構變形趨勢，并結合巡視等情況進行工程安全性分析，將其成果及時提供給工程相關單位，做到信息化施工，保證工程結構本身及周邊環(huán)境的安全，從而有效地將施工控制在安全范圍之內。頂升過程中主要監(jiān)測內容包括：頂升建筑的沉降和水平位移、建筑傾斜、頂升加速度、上托盤梁體系應力、鋼管樁軸力等。

3 改造投資分析

顯然，一個科學合理的建筑改造方案，不僅要考慮技術上的可行性，還要考慮方案的經濟性和工期，往往項目的投資決定著方案的可實施性。因此，本文對該建筑改造頂升工程進行全面的投資分析，研究其經濟方面的優(yōu)勢。

本項目改造工程涉及的主要工程量包括基坑支護、土方開挖、上托盤體系、錨桿靜壓樁、下托盤體系、上部結構臨時加固、頂升設備使用、監(jiān)測及其人工等，相應的投資估算應包含以上分項工程的費用，以及措施費、規(guī)費和稅金。投資估算主要依據(jù)相關計價規(guī)范和行業(yè)標準，如《建設工程工程量清單計價規(guī)范》（GB 50500—2013）[5]、《上海市建筑與裝飾工程預算定額》[6]等，最終投資見表2。

由表2 可以看出，該改造工程的總投資為7377.2萬元。其中，基礎托換費用為4220.6 萬元，占整個頂升改造投資的57.21%，占比最大；其次為頂升設備及使用費，費用為1769.5 萬元，占比為23.99%；而基坑支護、土方開挖，以及臨時加固和限位裝置的工程費用分別為510.0 萬元、342.7 萬元、534.4 萬元，占比較小。該保護建筑的面積為1.07 萬m2，總重量為25000t，分別按面積或頂升重量進行造價指標計算，其折合后的造價指標分別約為7200 元/m2或2950 元/t。

表2 頂升工程改造投資估算

4 結語

當然，頂升改造工程的投資影響因素眾多，如建筑樣式風格、上部結構類型、基礎托換方式，以及頂升高度及安全度等因素。還有，當前人工費與材料費的單價變化，對整個項目的造價影響也較為敏感。本文是依托上海某歷史保護建筑頂升改造項目，闡述了保護建筑整體頂升改造方案，以及具體分部分項工程的技術要求，同時對改造工程的投資進行全面分析，以供類似項目參考借鑒。