托換法在既有房屋下開挖地下室工程中的應(yīng)用

上海市住宅建設(shè)機(jī)施有限公司 上海 200232

1 工程概況

背景工程位于上海市區(qū)，為3 層磚混結(jié)構(gòu)別墅，建于20世紀(jì)90年代，長約17.0 m，寬約13.0 m，1層層高3.6 m，2層層高3.4 m，基礎(chǔ)形式采用條形基礎(chǔ)，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C20。業(yè)主要求在保證上部結(jié)構(gòu)正常使用的前提下，增加地下室，地下室層高3.4 m。

2 施工難點(diǎn)

本項(xiàng)目類似逆作法施工，但由于上部結(jié)構(gòu)目前正在使用，而且本建筑原有基礎(chǔ)形式不能滿足需要，施工前還要變更基礎(chǔ)的支撐形式，對現(xiàn)有基礎(chǔ)進(jìn)行托換施工，可以說，本項(xiàng)目的施工比普通逆作法施工難度更大，沒有完整的類似的施工經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目的每道施工工序都是摸索著前行。

為保證房屋在改建過程中的安全，我們制訂多套預(yù)案，確保項(xiàng)目施工穩(wěn)步向前推進(jìn)。在施工中有如下難點(diǎn)：

1）由于當(dāng)時(shí)的施工資料沒有保存留檔，房屋結(jié)構(gòu)具體節(jié)點(diǎn)需要現(xiàn)場逐點(diǎn)察看、評估，確保采取的加固措施具有針對性。

2）房齡較長，一些結(jié)構(gòu)部件已經(jīng)比較脆弱，稍有不慎，將會(huì)破壞房屋的整體性，因此在施工前，需要對薄弱部位進(jìn)行加固處理。

3）本項(xiàng)目所處周邊環(huán)境比較復(fù)雜，南側(cè)的河道距離地下室外邊線僅6.0 m，北側(cè)距小區(qū)道路3.0 m，東、西兩側(cè)距現(xiàn)有房屋3.5 m，在地下室開挖過程中，為保證周邊環(huán)境不受影響，需要采取有效的基坑圍護(hù)措施。

4）為了保證施工過程中的安全，在施工前先將房屋內(nèi)物品進(jìn)行清空，盡量減少房屋的自重。

本項(xiàng)目關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是對現(xiàn)有房屋基礎(chǔ)的托換工作，托換的施工質(zhì)量和效果關(guān)系到項(xiàng)目的成敗。根據(jù)房屋建筑面積，估計(jì)目前房屋的質(zhì)量，結(jié)合地質(zhì)情況，確定托換樁的樁徑和樁長，考慮施工的經(jīng)濟(jì)合理性，選用第④3層黏質(zhì)粉土作為樁基持力層，樁尖進(jìn)入持力層1.0 m，托換樁采用φ203 mm×6 mm的Q235B鋼管，樁長10.0 m，地下室底板下有效樁長為6.0 m。

3 關(guān)鍵施工工藝

3.1 錨桿靜壓樁施工

用風(fēng)動(dòng)鎬頭機(jī)破碎1層地坪，人工挖土至條形基礎(chǔ)的上表面，將整棟房屋的基礎(chǔ)形狀暴露出來，現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際測量，評估錨桿靜壓樁對原基礎(chǔ)的影響，對產(chǎn)生影響的基礎(chǔ)采取加固處理，便于布置錨桿樁樁位。樁位根據(jù)建筑物墻體和基礎(chǔ)形式以及荷載大小，可以采用一字形、三角形、正方形或梅花形等布置方式，樁間距為0.6～2.0 m，應(yīng)避開門窗等墻體薄弱部位，且應(yīng)設(shè)置在結(jié)構(gòu)受力結(jié)點(diǎn)位置。本工程樁位布置如圖1所示。

錨桿靜壓樁施工是比較常用的施工工藝，施工機(jī)具輕便靈活、施工方便、作業(yè)面小、可在室內(nèi)施工、無振動(dòng)、無噪聲、無污染、施工時(shí)具有不停產(chǎn)和不搬遷等優(yōu)點(diǎn)。但在本項(xiàng)目施工中，通過在基礎(chǔ)上埋設(shè)錨桿固定壓樁架，以建筑物所能發(fā)揮的自重荷載作為壓樁反力，用千斤頂將樁段從基礎(chǔ)中預(yù)留的壓樁孔內(nèi)逐段壓入土中，再將樁與基礎(chǔ)連接在一起，從而達(dá)到提高基礎(chǔ)承載力的目的[1-3]。

圖1 樁位布置平面示意

按照布置的樁位圖紙，在條形基礎(chǔ)上進(jìn)行樁孔放樣，經(jīng)復(fù)核無誤后，用引孔機(jī)引樁位孔，孔徑大小比鋼管樁直徑大20 mm，樁位允許偏差為±20 mm。在樁孔的4 個(gè)角點(diǎn)，根據(jù)壓樁架底座尺寸，用電鉆引錨桿孔，錨桿孔直徑為38 mm，用空壓機(jī)將孔內(nèi)粉末吹干凈，錨桿型號(hào)為φ32 mm螺紋鋼，用硫磺膠泥與條形基礎(chǔ)混凝土黏結(jié)。為了減小對地基土擾動(dòng)，錨桿樁施工采取跳打的施工方式，即隔一打一，施工中控制壓樁速度，每天施工樁數(shù)不超過6根。錨桿樁施工流程如圖2所示。

圖2 錨桿樁施工流程

3.2 安裝壓樁架

壓樁架應(yīng)保持垂直，錨桿的螺母應(yīng)均衡緊固，壓樁過程中，應(yīng)隨時(shí)擰緊松動(dòng)的螺母。在吊樁就位前清理樁孔內(nèi)的垃圾，保證壓樁的順利進(jìn)行。由于受到壓樁架高度的限制，鋼管樁每節(jié)長度為3.0 m，接樁如圖3所示。樁節(jié)垂直度允許偏差為樁節(jié)長度的1.0%，鋼管樁平整度允許偏差為±2.0 mm，接樁處的坡口為45°，焊縫應(yīng)飽滿、無氣孔、無雜質(zhì)，焊縫高度為8 mm。壓樁施工時(shí)，在千斤頂下方安置測力傳感器，隨時(shí)觀察壓樁力的大小，單樁豎向抗壓承載力設(shè)計(jì)值為110 kN，壓樁時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)樁長和壓樁力雙控，停壓壓力值暫定為260 kN，且持續(xù)時(shí)間不少于5 min。若遇到已達(dá)停壓壓力而仍達(dá)不到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，需要暫停壓樁，待分析原因并采取措施后，再繼續(xù)壓樁施工。樁頂未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，對于外露的樁頭進(jìn)行切除。

圖3 鋼管樁接樁示意

3.3 封樁

封樁是本工程的關(guān)鍵工序，關(guān)系到基礎(chǔ)托換的成敗，需要保證施工質(zhì)量。托換可以采用預(yù)應(yīng)力法和非預(yù)應(yīng)力法施工，本工程采用非預(yù)應(yīng)力法。在封樁前，必須把壓樁孔內(nèi)的雜物清理干凈，排出積水，清除孔壁和樁面的浮漿，以增加黏結(jié)力，澆筑C30微膨脹混凝土，并予以搗實(shí)。施工時(shí)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求及相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，如圖4所示。

圖4 封樁示意

3.4 輕型井點(diǎn)降水

在封樁混凝土強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)28 d達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，即完成了第1次托換工作，可進(jìn)行原有條形基礎(chǔ)下方工序的施工。由于上海地區(qū)常年平均地下水位埋深在0.5～0.7 m，為了保證基礎(chǔ)在開挖過程中基坑邊坡的穩(wěn)定，在土方開挖前進(jìn)行降水，降水運(yùn)行14 d后，水位降低至設(shè)計(jì)開挖面以下0.5 m，可進(jìn)行條形基礎(chǔ)表面下土方開挖。

3.5 土方開挖

本項(xiàng)目土方開挖屬于深基坑土方開挖，周邊南側(cè)有河道、北側(cè)有小區(qū)道路、東西兩側(cè)距現(xiàn)有房屋3.5 m，環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，在土方開挖過程中，基坑四周的支護(hù)施工相當(dāng)重要。由于場地狹小，不具備大型機(jī)械設(shè)備的作業(yè)面，土方開挖采用人工分層、分段開挖。

土方開挖前，在開挖外邊線施工2 排垂直錨桿。土方開挖時(shí)，分層、分段施工土釘，土釘端頭掛鋼筋網(wǎng)片，噴射C20混凝土。在底板以及混凝土外墻施工完成后，實(shí)現(xiàn)二次托換。

在整個(gè)施工過程中，需要委派專業(yè)的監(jiān)測單位按照要求在現(xiàn)場布置監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測頻率為每6小時(shí)1次。基坑圍護(hù)采用放坡形式+土釘墻護(hù)坡，坡度為1∶0.3。在距離基坑四周0.8 m處打設(shè)雙排φ48 mm×3.5 mm鋼管，鋼管長9 000 mm，排距為500 mm，呈梅花形布置，用以加強(qiáng)基坑邊緣土體的整體性。鋼管基坑開挖面以下長度內(nèi)，每間隔1 m在對稱兩側(cè)各開1 個(gè)注漿孔（孔徑5～8 mm），與另外兩側(cè)錯(cuò)開0.5 m，構(gòu)成梅花形布置。在垂直鋼管內(nèi)注入水泥漿，水灰比為0.5，把注漿導(dǎo)管插入鋼管內(nèi)進(jìn)行注漿，采用加壓注漿方式，直至達(dá)到0.3～0.4 MPa為止。注漿量根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，分1～2 次注漿。

分段、分層進(jìn)行開挖，按照房屋四邊分為4 個(gè)開挖段，從四周向中間對稱開挖，每層土開挖深為1.2 m。土釘墻混凝土噴射養(yǎng)護(hù)48 h，再進(jìn)行相鄰區(qū)段的開挖施工。在土方施工階段注意建筑物的變形，原基礎(chǔ)沉降控制在5 mm內(nèi)，發(fā)現(xiàn)沉降量過大，應(yīng)立即停止施工，采取有效的處理方案。土方開挖時(shí)，條形基礎(chǔ)下方的混凝土墊層要及時(shí)處理，以免開挖時(shí)脫落，出現(xiàn)安全事故。

3.6 墊層底板混凝土澆筑

基坑開挖到設(shè)計(jì)深度后，進(jìn)行墊層澆筑，然后進(jìn)行底板的鋼筋綁扎和混凝土澆筑施工。鋼管樁與底板接縫處理比較關(guān)鍵，混凝土澆筑要密實(shí)，防止漏水，連接處理如圖5所示。

圖5 鋼管樁與底板接縫處連接示意

3.7 墻面地下室頂板施工

為了減少房屋原有結(jié)構(gòu)的破壞，地下室外墻寬度增加到外墻內(nèi)側(cè)200 mm，用以支撐地下室頂板的質(zhì)量，原有墻體基礎(chǔ)部分用拉筋與新澆筑混凝土墻體連接。施工時(shí)，首先將條形基礎(chǔ)與新澆筑墻體接觸部位混凝土鑿出新鮮面層，并且清理干凈，按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求綁扎墻面和地下室頂板鋼筋、立模板、澆筑混凝土。待混凝土養(yǎng)護(hù)28 d后，將鋼管樁對稱間隔切除，完成原有房屋第2次托換（即地下室外墻），過程中密切關(guān)注建筑物的變形情況。最后，將條形基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)伸出墻面部分切除，澆筑上部混凝土以及頂板混凝土。

4 施工監(jiān)測

為了隨時(shí)掌握房屋在托換過程中的變形情況，以便在變形超出預(yù)警值后及時(shí)采用防護(hù)措施，本工程在房屋的重要結(jié)構(gòu)部位共布置21 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，采用徠卡水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測，每天觀測3 次，每日沉降量不超過1.0 mm，最大報(bào)警值設(shè)為10 mm。在托換施工過程的90 d內(nèi)，房屋的最大沉降量為5 mm，其中在房屋4 個(gè)角點(diǎn)的變形值最大，這4 個(gè)點(diǎn)的沉降-時(shí)間曲線如圖6所示。

圖6 沉降-時(shí)間曲線

5 結(jié)語

由于本工程是對原有房屋的改建項(xiàng)目，原有房屋質(zhì)量情況有很大的不確定性，在改建施工過程中質(zhì)量要求比較高，需完全按照規(guī)范要求施工，重要部位需要提高施工質(zhì)量要求處理，造成施工工期較長。在本次施工過程中以及結(jié)構(gòu)整體完成后，所有的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)均在控制范圍內(nèi)[4-7]。經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)等多方參與竣工驗(yàn)收，原有房屋結(jié)構(gòu)質(zhì)量沒有受到影響，通過鑒定可知，本項(xiàng)目是一個(gè)十分成功的施工案例。