摘要 近些年來，隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及城鄉(xiāng)住房改造的大規(guī)模開展，改造項目越來越多。由于改造項目與新建項目設(shè)計與施工的條件不同，改造項目必須經(jīng)過特別的分析與設(shè)計，方能確保結(jié)構(gòu)體系符合相關(guān)規(guī)范在強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性等方面的規(guī)定。介紹一棟超限高層住宅剪力墻塔樓在地下室主體結(jié)構(gòu)拆除改造過程中對其基礎(chǔ)的分析與設(shè)計。分析對比了對應(yīng)于地下室不同拆改方案基礎(chǔ)的受力與變形，以及相對應(yīng)的設(shè)計控制要點，確定了合適的地下室拆改方案，確定后的地下室改造方案可以滿足業(yè)主原設(shè)計樁基礎(chǔ)不破壞、不加固即可滿足新建筑設(shè)計方案結(jié)構(gòu)的承載要求，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞 改造； 單樁承載力； 基礎(chǔ)分析； JCCAD

中圖分類號 TU470+.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

1工程概況

項目位于上海市黃埔區(qū)，原設(shè)計為地下4層，地上由2棟高層住宅塔樓A（29層）、塔樓B（23層）及4棟多層裙房組成，高層住宅塔樓為剪力墻結(jié)構(gòu)，多層裙房為框架結(jié)構(gòu)。其中住宅塔樓B在其地下室主體結(jié)構(gòu)施工完成，地上主體結(jié)構(gòu)也已施工至4層位置（圖1虛線范圍）時，應(yīng)業(yè)主要求，住宅塔樓B的建筑設(shè)計方案全面修改，樓層數(shù)也增加至25層，基于新建筑設(shè)計方案確定的主體結(jié)構(gòu)為超限高層剪力墻結(jié)構(gòu)。根據(jù)計算分析，原住宅塔樓B已施工完成的主體結(jié)構(gòu)已不滿足改建后結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求，需全部拆除直至地下室基礎(chǔ)底板板面標(biāo)高位置，而基礎(chǔ)底板及基樁業(yè)主希望保留繼續(xù)使用。為滿足日后正常使用的需要，改建后地下室主體結(jié)構(gòu)層數(shù)與原結(jié)構(gòu)設(shè)計相同，改建后地下室樓（地）面標(biāo)高除在原基礎(chǔ)底板因考慮改建的剪力墻與筏板能更可靠連接而增加200 mm現(xiàn)澆鋼筋混凝土面層外，其它各層結(jié)構(gòu)樓面標(biāo)高與原設(shè)計相同。改造后地下室主體結(jié)構(gòu)各層樓面結(jié)構(gòu)標(biāo)高分別為-17.000 m（地下4層）、-13.000 m（地下3層）、-9.200 m（地下2層）及-5.400 m（地下1層），地面±0.000維持原設(shè)計絕對標(biāo)高不變。

根據(jù)地勘報告勘察結(jié)果，項目場地在其所揭露深度150.3 m范圍內(nèi)地基土主要由飽和黏性土、粉性土和砂土組成。按其沉積年代、成因類型及其物理力學(xué)性質(zhì)的差異，可劃分為12個主要層次，基樁入土深度范圍內(nèi)土層分布見表1。

2地下水

根據(jù)上海地區(qū)常規(guī)設(shè)計經(jīng)驗，以及地勘報告的結(jié)論，本項目基礎(chǔ)抗浮設(shè)計水位取地表下0.5 m，抗壓設(shè)計水位取地表下1.5 m；承壓水埋深呈周期性變化，一般為3.0～11.0 m。因本項目為改建項目，項目建設(shè)持續(xù)時間較長，考慮到原設(shè)計方案的主體已出±0.00至地上4層，符合基坑坑內(nèi)停止降水的設(shè)計條件。為降低基坑內(nèi)降水費用提高項目經(jīng)濟(jì)性，此時，塔樓B所處范圍基坑已停止坑內(nèi)降水，降水井也已進(jìn)行了回填封堵。由于坑內(nèi)降水井已封堵，基坑內(nèi)停止降水后的地下水水位標(biāo)高已無法準(zhǔn)確確定，故在進(jìn)行項目地下室改造設(shè)計與分析時，出于安全方面的考慮，仍假設(shè)現(xiàn)基坑坑內(nèi)總水頭與坑外總水頭相同，分析時采用基坑坑外的地下水位標(biāo)高。根據(jù)現(xiàn)場基坑坑外水位觀測井實地監(jiān)測，基坑坑外地下潛水水位較高（原基坑開挖過程中無承壓水及其影響），各觀測點基坑坑外潛水水位標(biāo)高詳見表2。

3樁基礎(chǔ)設(shè)計

住宅塔樓B原設(shè)計基樁為抗壓樁，樁徑700 mm，樁長34.0 m，混凝土強(qiáng)度等級C30，基樁上端23 m長度范圍內(nèi)配筋為16 mm×16，下端11.0 m長度范圍內(nèi)無配筋，單樁豎向抗壓承載力設(shè)計值Rd=2 800 kN?；鶚对O(shè)計見圖2。

實際施工過程中，塔樓B已施工樁位與原設(shè)計圖紙一致，樁位平面布置如圖3所示。根據(jù)表2基坑外地下水位監(jiān)測結(jié)果判斷，塔住宅樓B及其地下室范圍在拆除與重建的施工過程中，樁基礎(chǔ)中的部分基樁存在臨時抗浮工況，即在此改造過程中基樁將承受上拔力。由于原設(shè)計的基樁為抗壓樁，未考慮基樁的抗浮，在此情況下，只能根據(jù)樁身周邊的土層分布情況、基樁的實際配筋以及基樁樁身裂縫控制寬度限值來反向推算原設(shè)計基樁的單樁抗拔承載力。經(jīng)計算，基樁樁身裂縫寬度若按ωmax=0.3 mm控制，則原設(shè)計基樁可承受的軸向拉力為765 kN；若以樁身配筋的強(qiáng)度圖2基樁詳（單位：mm）控制（鋼筋強(qiáng)度取用設(shè)計值），原設(shè)計基樁可承受的軸向拉力為965 kN；根據(jù)土的物理力學(xué)性能指標(biāo)計算所得到基樁可承受的軸向拉力均大于這2個數(shù)值，因此可以確定，基樁的抗拔承載力主要由基樁樁身控制。

4方案分析

4.1計算條件

（1）地下水位：根據(jù)前述表2基坑坑外實測地下水位數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)分析時臨時抗浮工況地下水水位標(biāo)高按-1.500 m（相對標(biāo)高）取值。若無特別說明，以下基礎(chǔ)分析分析中地下水水位標(biāo)高均以相對標(biāo)高表示。

（2）單樁豎向抗拔承載力：根據(jù)上述分析計算結(jié)果，若以樁身裂縫控制，計算所得單樁豎向抗拔承載力為765 kN，若以樁身配筋強(qiáng)度控制，則單樁豎向抗拔承載力為965 kN。

（3）荷載：分析中僅考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重，不考慮建筑面層重量及活荷載貢獻(xiàn)，混凝土容重偏于安全取值24.0 kN/m3。

（4）計算軟件：PKPM 軟件中JCCAD模塊。

4.2基準(zhǔn)方案：住宅塔樓B的±0.000以上主體結(jié)構(gòu)一次性拆除基于施工現(xiàn)場實際情況及業(yè)主的要求，住宅塔樓B擬±0.000以上主體結(jié)構(gòu)一次性拆除。根據(jù)這一方案，經(jīng)JCCAD分析，結(jié)果表明原設(shè)計地下室基礎(chǔ)底板的實際配筋可滿足現(xiàn)在的計算要求，標(biāo)準(zhǔn)抗浮荷載組合下除個別幾根基樁所受拉力略超745 kN外（但小于965 kN），其它基樁所受拉力均小于745 kN，如圖4所示。因此，可以認(rèn)為，住宅塔樓B在拆除全部地上主體結(jié)構(gòu)時，原設(shè)計樁基礎(chǔ)可以滿足本方案主體結(jié)構(gòu)拆除的承載要求而無需采取其他基礎(chǔ)加強(qiáng)措施。

根據(jù)本基準(zhǔn)方案的計算分析結(jié)果，為提高設(shè)計方案的經(jīng)濟(jì)性及便于施工，根據(jù)業(yè)主的指令，住宅塔樓B投影范圍內(nèi)的地下室主體結(jié)構(gòu)在拆改過程中擬不考慮基礎(chǔ)底板上附加配重的抗浮方案，若基礎(chǔ)存在抗浮問題，則采用基坑坑內(nèi)降水。以下各進(jìn)度在改造過程中的基礎(chǔ)分析，均假定±0.000以上主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)全部拆除，且拆改范圍僅存在與地下室，并以本基準(zhǔn)方案分析所得結(jié)果為前提。

本項目中，塔樓B緊鄰地下連續(xù)墻（地下室外墻，二墻合一），位于基坑邊緣，其地下室結(jié)構(gòu)的拆除，將影響到基坑的穩(wěn)定性，處理不當(dāng)，將帶來嚴(yán)重的安全與質(zhì)量事故。故在對塔樓B各拆改進(jìn)程進(jìn)行分析時，需結(jié)合圍護(hù)設(shè)計綜合考慮。經(jīng)與圍護(hù)設(shè)計單位協(xié)商，出于安全考慮，在拆除塔樓B的地下室結(jié)構(gòu)時，將其地下室范圍劃分為A、B、C共3個區(qū)（詳見圖5所示），先后施工，具體進(jìn)度流程：

第一步：A區(qū)拆除至基礎(chǔ)底板。

第二步：A區(qū)地庫新建結(jié)構(gòu)施工，同時C區(qū)支撐施工。

第三步：A區(qū)地庫結(jié)構(gòu)施工完成，同時C區(qū)支撐施工完成。

第四步：B、C區(qū)拆除至基礎(chǔ)底板。

第五步：B、C區(qū)地庫新建結(jié)構(gòu)施工（伴隨新建結(jié)構(gòu)施工的同時，支撐由下至上逐層同步拆除）。對應(yīng)于以上分區(qū)及進(jìn)度流程，對塔樓B地下室主體結(jié)構(gòu)拆改過程中的基礎(chǔ)分析如下列所述。

4.3進(jìn)程一：A區(qū)地下室拆除至地下1層樓面標(biāo)高

當(dāng)A區(qū)拆除至地下室一層樓面標(biāo)高時，由JCCAD計算所得到的分析結(jié)果表明，原設(shè)計基礎(chǔ)底板的實配鋼筋能滿足現(xiàn)在的計算要求，標(biāo)準(zhǔn)抗浮荷載工況下局部基樁所受到的拉力大于765 kN，基樁所受到的最大拉力為924 kN，均小于按基樁配筋強(qiáng)度控制計算所得承載力965 kN，標(biāo)準(zhǔn)抗浮荷載組合下基樁反力示意見圖6所示。此時，考慮到現(xiàn)有計算過程中已忽略周邊裙房地下室范圍內(nèi)基礎(chǔ)對塔樓B基礎(chǔ)底板抗浮的有利作用，因此可得出結(jié)論：地下室由上至下拆除至地下室一層樓面標(biāo)高時，可不考慮基坑的坑內(nèi)降水，當(dāng)由地下一層標(biāo)高位置繼續(xù)向下拆除時，則應(yīng)該考慮基坑的坑內(nèi)降水。

4.4進(jìn)程二：A區(qū)地下室拆除至基礎(chǔ)底板

A區(qū)拆除至基礎(chǔ)底板時，經(jīng)JCCAD計算分析，其結(jié)果表明，基坑坑內(nèi)的地下水位需由-1.500 m降至-10.500 m，原設(shè)計筏板實際配筋方能滿足現(xiàn)計算要求，此時，在標(biāo)準(zhǔn)抗浮荷載組合下僅有一根基樁所受的拉力要大于765 kN，但小于965 kN。因此，在進(jìn)行本進(jìn)程的拆除前，需要提前將基坑坑內(nèi)的地下水水位標(biāo)高降低至-10.500 m，此時基礎(chǔ)分析所得基樁反力如圖7所示。

4.5進(jìn)程三：A區(qū)地下室新建結(jié)構(gòu)施工完畢，B、C區(qū)地下室拆除至基礎(chǔ)底板根據(jù)進(jìn)程二分析結(jié)果，基坑坑內(nèi)的地下水水位標(biāo)高已降至-10.500 m，此時JCCAD計算分析結(jié)果表明，原設(shè)計基礎(chǔ)底板實際配筋可滿足現(xiàn)計算要求，標(biāo)準(zhǔn)抗浮荷載組合下基樁所受到的拉力均小于765 kN（圖8），基礎(chǔ)的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性可確保現(xiàn)場正常施工。

4.6進(jìn)程四：B、C區(qū)新建結(jié)構(gòu)施工至地下室2層樓面標(biāo)高

由于A區(qū)已改建完成，B、C區(qū)新建結(jié)構(gòu)已至地下2層，此時經(jīng)分析，基坑坑內(nèi)水位可允許回升至-1.500 m標(biāo)高位置，即基坑坑內(nèi)已可停止降水，降水井可以封閉?？紤]到新舊混凝土的連接牢靠問題，為增強(qiáng)改建后的剪力墻與原設(shè)計基礎(chǔ)底板之間的連接，特別地在基礎(chǔ)底板板面增設(shè)一層厚度為200 mm的現(xiàn)澆鋼筋混凝土面層，增設(shè)的鋼筋混凝土面層以荷載形式輸入JCCAD進(jìn)行分析，結(jié)果表明標(biāo)準(zhǔn)抗浮荷載組合下所有基樁所受到的拉力均小于765 kN（圖9），原設(shè)計基樁及基礎(chǔ)底板的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性均可滿足改建后塔樓B的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，確保后期現(xiàn)場改建結(jié)構(gòu)的安全可靠。至此，住宅塔樓B的地下室主體結(jié)構(gòu)改造工作已全部完成，地下室結(jié)構(gòu)的整體剛度也已形成，后續(xù)±0.000以上主體結(jié)構(gòu)可正常按新建結(jié)構(gòu)施工。

5結(jié)論與建議

綜上分析，對于本項目中所涉及到住宅塔樓B在地下室主體結(jié)構(gòu)改造過程中所進(jìn)行的基礎(chǔ)分析與設(shè)計，給出建議：

（1） 根據(jù)文中對住宅塔樓B地下室主體結(jié)構(gòu)改造的施工分區(qū)及進(jìn)程安排，其基坑坑內(nèi)的降水起始時間為原有結(jié)構(gòu)拆除至地庫1層樓面標(biāo)高時，終止時間為B、C區(qū)地下室2層新建樓面結(jié)構(gòu)施工完成時，期間要求基坑坑內(nèi)地下水水位標(biāo)高降至不高于-10.500 m位置。

（2） 在進(jìn)行地下室主體結(jié)構(gòu)改造前，由于新設(shè)計方案中部分剪力墻下落至原裙房地下室范圍，其基礎(chǔ)底板厚度要小于住宅塔樓的基礎(chǔ)底板厚度，因此需先將塔樓B按新設(shè)計方案確定的基礎(chǔ)底板外擴(kuò)至原抗水板區(qū)域的基礎(chǔ)底板補(bǔ)強(qiáng)（詳見圖3）。

（3）在塔樓B地下室主體結(jié)構(gòu)改造過程期間，必須實施信息化施工，嚴(yán)密監(jiān)測基坑坑內(nèi)地下水水位的變化、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和坑外地面變形。

（4）為降低對周邊已建結(jié)構(gòu)的影響及少布置降水點，基坑坑內(nèi)降水點應(yīng)盡可能布置在塔樓B改建結(jié)構(gòu)區(qū)域周邊，且隨時評估地下水水位變化對周邊已建結(jié)構(gòu)的影響，不能因為降水導(dǎo)致周邊已建結(jié)構(gòu)基樁出現(xiàn)超載的現(xiàn)象。

（5）若需在原有基礎(chǔ)底版上開洞設(shè)置降水點，必須提供可靠的防水措施，且需要專業(yè)公司提交降水方案供設(shè)計審核，以防止基坑坑內(nèi)底板下的壓力水泄露導(dǎo)致地庫漫水。此外，在降水結(jié)束后需立即對基礎(chǔ)底板上的降水點孔洞采取有效措施嚴(yán)密封堵，以消除后期基礎(chǔ)底板滲漏的隱患。

6后記

改造項目本就繁瑣，本工程尤顯特別。項目中住宅塔樓B，其上部為超限高層建筑結(jié)構(gòu)，因此在對地下室改造的過程中，結(jié)構(gòu)工程師不僅僅要關(guān)注到結(jié)構(gòu)體系本身的安全與及方案的適用，還需兼具考慮基坑穩(wěn)定性、對周邊環(huán)境的影響以及經(jīng)濟(jì)和便利性，每一步都需慎重對待。所幸，本項目在后續(xù)實施過程中，參照上述分析成果，經(jīng)過精心設(shè)計與施工，樁基礎(chǔ)未出現(xiàn)任何強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的問題，實為欣慰。

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