既有建筑地下增層基礎施工工藝

徐 文 周 凱

(上海長凱巖土工程有限公司，上海 200093)

目前我國的建筑行業由大規模新建逐步轉向新建與加固、改造并舉的階段。 為了提升或改變既有建筑的使用功能，經常涉及到地下空間增層工程。既有建筑的地下空間增層包含了樁基加固工程、基坑工程、降水工程和土方工程等多個分部分項工程，與新建地下結構工況相近，不同的是各項工程的施工都受建筑物內部有限空間的限制，施工效率低下。本文針對地下增層施工的特點，從施工設備及施工工藝入手，分析現有設備工藝的不足并做出一定的改進，滿足低凈空、小型化的要求[1]。

1 既有建筑內的樁基施工

目前工程常用的壓樁或者成樁設備均因為體積大，移動效率低等特點無法在既有建筑加固和改造工程中使用。低凈空條件下目前常用的壓樁設備一般采用小型挖機+迷你振動錘、小型液壓設備以及錨桿靜壓樁壓樁架。涉及到的工藝包括CHV工藝、樹根樁、室內靜壓樁、錨桿靜壓樁等。4種工藝優缺點的分析見表1。

地下室結構中的既有墻、柱、基礎的存在對于增層施工有著明顯的影響。對于CHV工藝，施工設備為小型一體化設備。雖然這些設備與常規基坑工程施工設備相比已經做出了小型化的改進，但是在地下增層施工中設備的移動還是受到限制，影響了施工的效率，CHV工法施工見圖1。室內靜壓樁機凈高在6 m～7 m左右，一般層高地下室無法進行施工。綜合考慮，低凈空條件下往往優先采用錨桿靜壓樁、樹根樁工藝。錨桿靜壓樁考慮到樁基施工時工程樁較長，壓樁阻力較大，可通過增加配重等方式保證沉樁順利完成。樹根樁直徑較小，施工不產生擾動，但是單樁承載力偏小。

表1 地下增層樁基施工工藝優缺點對比表

2 既有建筑內的基坑圍護施工

與樁基施工相比，基坑圍護施工有以下幾個特點：

1)圍護樁成排布置，樁間距較小。2)圍護樁通常臨近地下結構外墻，圍護施工時擾動較大。3)基坑開挖后圍護結構的變形可能會引起既有樁基承載力降低，進而影響到上部結構的安全。

根據現有資料和工程經驗，目前應用于基坑圍護的微擾動技術主要有4類：1)鋼板樁、鋼管樁和組合鋼板樁；2)MJS與RJP工法；3)IBG工法；4)錨桿靜壓樁。4種工藝優缺點的分析見表2。

表2 微擾動圍護施工工藝優缺點對比表

綜上所述，MJS和RJP工法受既有建筑室內凈高的限制，施工設備移機困難較大，施工效率較低。IBG工法插入型鋼長度受到室內凈高的限制，型鋼間缺少可靠連接，IBG工法示意見圖2。錨桿靜壓樁在施工圍護樁時，因為樁間距較小、數量較密集，底板上需要施工的錨桿數量較多，增加了工作量的同時也削弱了基礎、底板的強度。因此，現有的微擾動圍護樁施工工藝在低凈空條件下依然存在不足。目前已有利用鋼管咬合樁作為基坑圍護結構的工程案例，并取得了不錯的效果，結構形式見圖3。

3 既有建筑內的降水施工

地下室降水施工主要涉及到的兩個問題為低凈空條件下的成孔以及有限場地內的降水運行。常規的降水工藝為明排水、輕型井點降水、疏干井降水。三種工藝的工藝原理及優缺點見表3。

地下增層降水施工，首先應根據開挖深度、地層情況和地下水位選擇合適的施工工藝。明排降水施工簡單，截水溝及集水井開挖需注意避開墻柱、基礎。輕型井點的井點管分布需注意避讓墻柱、基礎，井點管的長度需要控制。管井降水時成孔設備和運行設備都受到低凈空、場地狹窄等條件的制約。目前在成孔設備小型化和運行設備節能高效方面已經有一定的研究，可以較好地運用在地下增層降水施工中。

表3 降水施工工藝優缺點對比表

4 既有建筑內的土方開挖

室內土方施工采用小型挖機，配備挖斗和破碎錘，先安裝破碎錘破除基礎或底板，后安裝挖斗進行土方開挖工作。按照上述流程進行土方開挖存在如下問題：1)作業環境復雜。需要采用小型機械將開挖土方轉運至出土位置，土方開挖及轉運過程需避開墻柱結構，且需盡量減少對既有結構的影響，且既有建筑下多布置有樁基礎，土方開挖作業還會受到既有樁基的影響。2)室內封閉環境。對既有建筑進行地下增層施工，土方開挖作業大都位于室內封閉環境，目前的土方開挖設備均為燃油機械，在室內環境下進行長時間的施工會對室內空氣質量造成嚴重污染。機械運輸土方引起的揚塵也會對空氣質量造成嚴重影響。機械尾氣長時間的排放還可能會引起人員中毒等安全事故[13]。

因此，針對上述問題，室內土方可采取如下技術措施：1)挖掘機采用坑內挖土的方式，挖土凈高增加，作業空間較坑外挖土大，挖土效率也會有所提高。2)室內土方開挖后采用翻斗車運至室外，而后統一外運。3)室內配備必要的通風裝置，確保空氣的流通。

5 結論

本文概括匯總了既有建筑地下增層特殊工況的重點難點，對現有施工工藝優缺點進行分析對比。同時提出了現有施工工藝的改進方向：1)現有施工設備受到場地凈高，環境復雜的限制，需要對設備的小型化做更深入的研究。2)現有圍護結構因材料高度限制不方便施工，應進一步探討組合式基坑圍護結構的可行性。3)應針對低凈空條件下土方開挖的特點，改進土方開挖設備，提高施工效率的同時減少安全隱患。