保護建筑的預加固措施對控制基坑周邊房屋沉降的影響

郝晟敏

上海市房屋建筑設計院有限公司 上海 200062

1 項目概況

1.1 基坑概況

新建項目基坑總面積31 100 m2，外圍總周長853 m，Ⅰ、Ⅱ區開挖深度一般為22.90 m，Ⅲ區開挖深度為12.55 m，Ⅳ區開挖深度為12.10 m。基坑周邊有尚未完成加固修繕的歷史保護建筑需要進行加固。本次加固對象位于Ⅱ區東側、Ⅲ區北側，房屋西側距離Ⅱ區基坑邊緣8.2 m，南側距Ⅲ區基坑邊緣9.0 m。基坑與本次加固對象的平面位置如圖1所示。

圖1 基坑平面與周邊文物保護建筑的位置關系示意

本項目基坑采用順作法分層施工，設置地下連續墻＋5道水平混凝土支撐的圍護形式，對于東南角保護建筑周邊區域，在基坑內沿圍護樁設置三軸攪拌樁裙邊加固及旋噴樁墩式加固。地下連續墻厚1 000 mm，地下連續墻槽段之間采用圓形鎖口管接頭。基坑降水采用真空深井降水。

1.2 基坑施工前本次加固對象檢測結果

本次加固的房屋建于1920年左右，為1幢2層的磚木結構石庫門里弄住宅，為上海市市級文物保護單位。房屋由橫墻與半磚木立帖墻共同承重，主要承重墻厚330、220 mm，采用實心黏土磚、黃泥石灰草筋砂漿砌筑。樓蓋主要為木樓面，木擱柵上鋪設木地板，房屋未設屋架，主屋面設圓木檁條擱置于承重墻體及半磚木立帖墻上。房屋承重墻體采用墻下大放腳基礎，基礎埋深約為0.750 m；木柱下方設置花崗巖方蹲，下部采用大放腳，埋深約為0.825 m。

根據檢測結果，房屋的砌筑砂漿抗壓強度偏低，僅為0.6 MPa。房屋東外墻的過街樓部分與主體結構存在不均勻沉降引起的上寬下窄的貫穿結構性裂縫，已形成危險構件。西外墻（近基坑側）存在多條貫穿結構性裂縫，半磚木立貼墻的木柱多數根部腐朽，并有白蟻蛀蝕現象，大部分木柱已失去承載能力，存在較大的安全隱患，房屋的整體性較差。房屋整體傾斜規律不明顯，部分測點傾斜率接近JGJ 125—2016《危險房屋鑒定標準》1.0%的限值。

1.3 基坑施工對周邊建筑物影響的工程經驗

根據國內外大量研究及工程案例，總結了一些具有指導意義的工程經驗：

1）順作法基坑施工過程中，基坑周邊建筑物沉降速率最快的階段為基坑降水后至基坑底板澆筑完成前，此階段的沉降決定了建筑物的變形形態。但基于上海地區軟土的流變性，使得在底板澆筑完成至沉降趨于穩定期間內引起的變形占總變形量的50%左右[1]。因此，順作法基坑開挖對周邊建筑物的沉降影響是全過程的。

2）基坑的三維變形效應不僅會影響基坑內地下連續墻的變形，也會影響基坑外側建筑物的變形，使整個建筑物有向基坑一側傾斜的趨勢[2-3]。距基坑越近的區域沉降越明顯，并在建筑物與基坑距離不同的區域體現出差異性，造成建筑物的不均勻沉降，這對于整體性較差的建筑物來說是最危險的因素之一。不均勻沉降的影響程度與建筑物的基礎和主體結構的剛度有關，而磚木結構建筑物恰恰最需要控制不均勻沉降。

3）基坑施工引起的周邊建筑物沉降變形可分為上拱和凹陷2種形態[1-2]，若同時出現上拱和凹陷形態，對建筑物造成的損壞更大。上拱或凹陷撓曲變形是造成建筑物承重構件開裂的主要原因，因此，使建筑物的整體傾斜表現為剛性傾斜，使得房屋相當于剛體平動，可以降低沉降變形對建筑物的影響[2]。

2 搶險性預加固

2.1 基坑施工前房屋預加固的必要性

本次預加固對象的建筑結構現狀存在較多的缺陷。一是房屋材料強度偏低，特別是砂漿抗壓強度低，根據以往的房屋檢測驗算經驗，砂漿強度對墻體承載力影響很大；二是由于房屋建造年代久遠，且磚木結構的特點決定了房屋承重橫墻較少，上部結構構造連接薄弱，墻下大放腳基礎埋深較淺、橫墻跨度大，整體性較差，對外界影響較為敏感；三是從房屋目前的損壞狀況來看，承重橫墻已經出現多條貫穿性結構裂縫，部分結構構件已呈現嚴重的傾斜變形，稍加一些外界環境影響即有可能引發房屋局部坍塌等嚴重損壞事件。

因此，在基坑施工前對這類磚木結構房屋，尤其是已經產生明顯損壞的房屋進行預加固是必要的。

2.2 預加固需遵循的原則

考慮到該房屋為市級文物，有著建筑的主要立面、主要結構體系、主要空間格局和有價值的建筑構件不得改變的要求，因此在預加固時需要遵循保證施工期間房屋的安全性及施工結束后風貌恢復、修繕加固不受影響的原則。

1）采取的措施能提高房屋整體性及抗變形能力，從而達到降低沉降影響的效果。

2）由于基坑施工造成沉降的影響是必然的，故考慮在保證房屋安全性的前提下，待基坑施工引起的沉降趨于穩定后，再對房屋進行全面、系統的加固修繕，可以減少沉降對房屋造成的變形影響在房屋外觀損壞上的體現。

2.3 預加固措施

根據項目的自身特點并結合沉降影響的工程經驗，有針對性地提出預加固處理方案。

1）對已產生的房屋上部結構的結構性裂縫進行壓力灌漿處理，對木柱按損壞程度進行更換或墩接，對木柱、木擱柵和木檁條的節點等進行加固，提高房屋局部構件的抗變形能力。

2）沿外立面及圍墻設置鋼結構支撐構架，達到拉結、控制外墻及圍墻變形的目的。在鋼構架上按軸網及立面規則均勻布置鋼柱，沿墻高分別在層高高度處設置2層鋼梁；鋼梁、鋼柱與墻體的連接均由錨栓拉桿完成，并在原墻體兩側設通長墊木；鋼構架在各立面端部跨鋼柱間設鋼支撐。提高了上部結構抵御不均勻沉降引起變形的能力。典型立面支撐布置如圖2所示。

圖2 上部結構典型立面支撐布置示意

3）對于房屋基礎，通過設置筏板及錨桿靜壓樁，組成基礎托換體系的加固方法。在房屋目前所有承重磚墻、立帖墻、半磚墻、圍墻下原基礎兩側均新增200 mm×500 mm混凝土基礎梁，并沿墻長設置間距不大于1.2 m的基礎連梁；然后澆筑厚500 mm的混凝土筏板，筏板范圍包括過街樓、南北庭院及主體結構區域，將文物建筑由原大放腳條形基礎承受的上部荷載傳遞到筏板和錨桿靜壓樁上。整片的筏板使得房屋抵御因基坑施工引起的上拱或凹陷變形的能力得到提高，混凝土筏板基礎還解決了木柱根部易受潮腐朽的問題。房屋新設筏板及基礎梁加固平面如圖3所示。

圖3 筏板及基礎梁加固平面示意

4）鋼支撐構架的鋼柱端部用螺栓與澆筑于筏板基礎的混凝土短柱連接，使上部結構與基礎形成了整體連接，同時提高了基礎和上部結構的剛度。基坑施工后，鋼結構構架可全部拆除，且不影響房屋主體結構體系及外部風貌。

3 房屋沉降控制結果

房屋在預加固施工完成后基坑開挖前重新布置沉降監測點，其中主體結構設17個點位，編號為CJ-01-01—CJ-01-17，附屬圍墻設10個點位，編號為CJ-02-01—CJ-02-10，監測點分布如圖4所示。

圖4 房屋主體結構及屬圍墻監測點布置示意

階段一：2018年12月—2019年6月，基坑開挖至板底。

其中變化速率最大的監測點為CJ-01-14，日變化速率為1.88 mm/d（2019年4月3日），累計沉降值最大的監測點為CJ-02-07，累計沉降值為－1.872 mm（2019年5月28日）。2019年5月，基坑開挖至鄰近坑底階段，主體結構沉降監測點累計沉降變化如圖5所示。

階段二：2019年7月—2019年8月，施工至標高±0 m。

圖5 房屋CJ-01-01—CJ-01-17沉降監測累計變化（2019年5月）

房屋主體結構監測點沉降變化幅度減小，累計沉降值有所回彈。2019年8月，基坑施工至±0 m階段，主體結構沉降監測點累計沉降變化如圖6所示。

圖6 房屋CJ-01-01—CJ-01-17沉降監測累計變化（2019年8月）

階段三：2019年9月—2020年9月（計劃），地上部分施工至主體結構封頂。

截至2020年3月29日，房屋主體結構監測點變化已趨于穩定。2020年3月，主體結構沉降監測點累計沉降變化如圖7所示。

圖7 房屋CJ-01-01—CJ-01-17沉降監測累計變化（2020年3月）

根據目前的監測數據及圖表可知：房屋各沉降監測點的沉降變化符合以往工程經驗的變形特征，但由于預加固措施的作用，可明顯看到沉降數據的優化[4-6]。

1）沉降累計值正值主要集中在遠離基坑一端，可見筏板基礎的整體性使得房屋呈剛性傾斜特征，有效地改善了房屋受上拱和凹陷變形的影響。

2）基坑施工鄰近標高±0 m時，累計沉降值相較于類似工程明顯減小，且在施工至標高±0 m之后2個月（2019年10月），各測點累計沉降已趨于穩定，并保持至今（6個月），沉降變化值小于1 mm，可見預加固的錨桿靜壓樁改善了軟土的流變性，使得房屋的后期變形大大降低。

目前房屋上部結構未出現新增墻體裂縫。

4 結語

本文在參考工程經驗的沉降規律和文物保護建筑的保護原則的前提下，通過對某基坑周邊1幢磚木結構文物保護建筑采用預加固措施，減輕了基坑施工對房屋的不利影響。結論如下：

1）本文采用的預加固措施相較于文物保護建筑的全面加固修繕工程，施工周期短，不影響基坑施工的開工進度。上部鋼結構支撐構架拆除后不影響文物建筑的外部風貌，前期所做的基礎加固措施可繼續為后期的加固修繕所利用。

2）房屋上部鋼結構支撐在有效提高上部結構整體性和剛度的同時，與下部的筏板＋錨桿靜壓樁基礎相連，使上部結構與基礎的加固措施形成了整體體系，起到抵御不均勻沉降和撓曲變形的作用；錨桿靜壓樁同時改善了軟土的流變性，減小了房屋后期變形，從而達到全過程降低累計沉降量的目的。

3）沉降監測數據表明，雖然基坑施工尚未結束，但目前沉降數據規律顯示，房屋各測點沉降已趨于穩定，且累計沉降值也相較于類似工程明顯減小，表明已采用的預加固措施是有效的。