鄰近歷史保護(hù)建筑的基坑施工應(yīng)對(duì)措施

孫清楊

1. 上海市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 上海 200032；2. 上海建科工程咨詢有限公司 上海 200032

隨著城市的發(fā)展，城市中心的建設(shè)用地面積日趨局促，同時(shí)具有悠久歷史的城市中心保留著大量的保護(hù)建筑，甚至是文物保護(hù)單位建筑。在城市建設(shè)過(guò)程中很難避免鄰近保護(hù)建筑進(jìn)行施工，如軌道交通施工、新建地下室施工等，這就給保護(hù)建筑安全、基坑本身安全控制等帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)[1]。本文將結(jié)合實(shí)例，探討對(duì)保護(hù)建筑加固、基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)、施工方案優(yōu)化等方面的技術(shù)，通過(guò)預(yù)應(yīng)力靜壓樁加固、MJS（Metro Jet System，全方位高壓噴射工法）及自伺服鋼支撐、合理分區(qū)開(kāi)挖、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)等技術(shù)措施，確保在基坑施工過(guò)程中基坑本身安全與保護(hù)建筑的安全。

1 概述

某歷史保護(hù)建筑改造項(xiàng)目，因功能需求，需在保護(hù)建筑鄰近新建一處地下室。2棟保護(hù)建筑為優(yōu)秀歷史保護(hù)建筑，建造于20世紀(jì)30年代，上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為雙向鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)。其中基坑?xùn)|側(cè)一棟保護(hù)建筑（以下稱主樓）層數(shù)為4層，局部地下1層，基礎(chǔ)底標(biāo)高為－3.15 m，地基布置有松木樁，主樓墻體局部存在豎向或斜裂縫，裂縫寬度為0.3～1.0 mm，房屋整體無(wú)嚴(yán)重傾斜現(xiàn)象，各測(cè)點(diǎn)傾斜率均小于0.4%，主樓的內(nèi)部柱及樓面傾斜無(wú)明顯規(guī)律，且內(nèi)部柱與樓面的傾斜率均小于0.7%；基坑西側(cè)1棟保護(hù)建筑（以下稱副樓）層數(shù)3層，局部地下1層，基礎(chǔ)采用條形天然基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為1.30 m左右，副樓墻體局部存在豎向或斜裂縫，裂縫寬度為0.3～0.5 mm；副樓房屋整體無(wú)嚴(yán)重傾斜跡象，各測(cè)點(diǎn)的傾斜率約0.7%，副樓內(nèi)部柱及樓面傾斜無(wú)明顯規(guī)律，且內(nèi)部柱與樓面的傾斜率均小于0.7%。新建地下室基坑工程普遍開(kāi)挖深度約7.4 m，局部開(kāi)挖深度3.6～5.1 m，落深坑開(kāi)挖深度8.6～8.9 m?；訃o(hù)外邊緣離保護(hù)建筑基礎(chǔ)邊最近為0.439 m（圖1）。

圖1 基坑圍護(hù)與保護(hù)建筑關(guān)系示意

2 基坑圍護(hù)方案

因基坑離保護(hù)建筑非常近，且施工場(chǎng)地狹小，不滿足施工地下連續(xù)墻的條件，選擇合適的圍護(hù)體系對(duì)基坑及保護(hù)建筑的安全至關(guān)重要，在經(jīng)過(guò)多次論證和充分考慮后，確定主要圍護(hù)方案如下：

1）豎向圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用MJS水泥土攪拌樁套打鉆孔灌注樁的圍護(hù)形式，首先MJS保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水效果，其次，在MJS工法樁施工結(jié)束后，應(yīng)預(yù)留足夠的時(shí)間確保沉降穩(wěn)定，且MJS達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行后續(xù)灌注樁的施工。MJS撓動(dòng)土體和水泥土強(qiáng)度的發(fā)揮均需要一定的時(shí)間，2種圍護(hù)體系之間應(yīng)預(yù)留足夠的時(shí)間。后續(xù)灌注樁施工必須滿足強(qiáng)度條件，避免前一階段施工進(jìn)度過(guò)快，導(dǎo)致不能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求，從而盡量減小鉆孔灌注樁施工對(duì)周邊土體的擾動(dòng)。

2）水平支撐體系采用2道，首道采用鋼筋混凝土支撐，第2道采用鋼支撐。首道支撐的設(shè)計(jì)標(biāo)高位于地下室頂板之上，以減小首道支撐的開(kāi)挖深度，控制開(kāi)挖引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形；第2道鋼支撐采用軸力自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)控制。

3）坑底采用高壓旋噴樁滿堂加固。

3 保護(hù)建筑保護(hù)措施

2棟保護(hù)建筑均建造于20世紀(jì)30年代，年代非常久遠(yuǎn)，基礎(chǔ)形式比較薄弱，對(duì)保護(hù)建筑的保護(hù)難度較大。根據(jù)房屋檢測(cè)結(jié)果及合理分析，主樓基礎(chǔ)布置有松木樁，建筑整體的質(zhì)量情況也比較好，采取監(jiān)測(cè)措施進(jìn)行保護(hù)；副樓基礎(chǔ)采用條形天然基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為1.30 m左右，基坑施工對(duì)天然地基的沉降影響敏感[2]，且房屋整體傾斜率達(dá)到0.7%左右，在基坑開(kāi)挖段，主要是向基坑方向傾斜，有必要進(jìn)行基礎(chǔ)托換加固。

根據(jù)副樓與基坑的關(guān)系，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行托換設(shè)計(jì)的方式有整體托換和局部托換2種。據(jù)分析，由于新增基坑對(duì)副樓原基礎(chǔ)的影響限于相對(duì)較小的范圍內(nèi)，主要為靠近基坑一側(cè)的范圍內(nèi)，其他絕大部分區(qū)域經(jīng)過(guò)多年的使用，已達(dá)到基礎(chǔ)的相對(duì)穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的相對(duì)平衡?？紤]到整體托換會(huì)引起基礎(chǔ)下土體的大面積擾動(dòng)，從而引發(fā)原結(jié)構(gòu)沉降和內(nèi)力的再平衡問(wèn)題，對(duì)保證原結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有不利影響[3]。綜合考慮上述原因，選擇局部托換的方式進(jìn)行基礎(chǔ)加固。

副樓基礎(chǔ)采用錨桿靜壓鋼管樁進(jìn)行托換加固，鋼管樁采用φ245 mm×12 mm鋼管（Q235B），樁長(zhǎng)25 m，單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值400 kN，樁端進(jìn)入持力層約4.5 m，鋼管樁接樁采用焊接法。沉樁停壓標(biāo)準(zhǔn)以樁頂標(biāo)高為控制原則，整樁的垂直傾斜率控制不超過(guò)1.5%。沉樁后及時(shí)封樁，隨壓隨封，封樁采用帶壓力封樁法，在壓樁設(shè)備未卸載前完成封樁，以盡可能消除沉樁過(guò)程中的沉降。錨桿靜壓樁與基礎(chǔ)連接以最小限度破壞原基礎(chǔ)為原則，基礎(chǔ)開(kāi)孔采用人工鑿除方式，上小下大形式（圖2）。

4 施工及監(jiān)測(cè)

1）在圍護(hù)及基礎(chǔ)托換方案完善的前提下，合理的施工也是保證保護(hù)建筑及基坑安全的重要因素，施工中的監(jiān)測(cè)則是信息化施工必不可少的措施。

圖2 鋼管樁與基礎(chǔ)連接及封樁示意

2）副樓基礎(chǔ)托換錨桿靜壓樁采用跳樁法施工，每一階段內(nèi)的托換樁按照由中間向兩側(cè)施工，采用慢速施工、分散施工的方法，以控制后續(xù)沉降為原則。正式施工前應(yīng)對(duì)封樁工藝進(jìn)行測(cè)試，由監(jiān)理單位和設(shè)計(jì)單位確認(rèn)后方可進(jìn)行正式施工。

3）MJS套打鉆孔灌注樁同樣采用跳樁法施工，鉆孔前確認(rèn)MJS強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

4）基坑開(kāi)挖前對(duì)圍護(hù)和副樓基礎(chǔ)加固措施進(jìn)行驗(yàn)收，通過(guò)坑內(nèi)預(yù)降水和坑外水位觀測(cè)分析驗(yàn)證止水效果。

5）基坑分區(qū)開(kāi)挖，分為3個(gè)區(qū)，分區(qū)澆筑底板，分區(qū)界面土體采用高壓旋噴樁加固。

6）加強(qiáng)對(duì)2棟保護(hù)建筑的監(jiān)測(cè)，特別是對(duì)于副樓，分別采用人工監(jiān)測(cè)及自動(dòng)化監(jiān)測(cè)（沉降、傾斜等）手段，實(shí)時(shí)掌握建筑變形的各項(xiàng)參數(shù)，并且對(duì)建筑墻面及節(jié)點(diǎn)裂縫、屋頂?shù)冗M(jìn)行定時(shí)巡檢，用于指導(dǎo)施工。

7）在底板完成達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除第2道支撐，在頂板完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方拆除首道支撐。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采取合理的圍護(hù)體系，在對(duì)薄弱基礎(chǔ)建筑進(jìn)行有目的性的托換加固的前提下，嚴(yán)密論證施工方案，采用有效的施工保護(hù)措施及監(jiān)測(cè)手段，使本項(xiàng)目基坑及保護(hù)建筑在施工階段確保了安全。對(duì)副樓基礎(chǔ)托換加固及基坑施工導(dǎo)致增加的沉降值為12 mm，傾斜率增加0.072%，未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫擴(kuò)大情況。本項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，給城市中心既有建筑甚至是保護(hù)建筑周邊的基坑施工提供了參考。