李偉強

1.上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司 上海 200002；2.上海市非開挖建造工程技術(shù)研究中心 上海 200002

隨著城市化進程的加快，施工環(huán)境也越來越復(fù)雜，不僅需要在緊湊的場地內(nèi)進行地下空間開發(fā)，還需要在緊鄰歷史保護建筑以及在用既有建筑的場地內(nèi)進行深基坑施工。故而在進行前期策劃時，不僅需要明確歷史保護建筑及在用建筑的保護要求，因地制宜地制訂相關(guān)施工工藝及保護措施，更應(yīng)該結(jié)合整個工程施工過程，進行全盤考慮，如材料堆場、加工場地布置、出土路線及防塵防噪措施、土方開挖劃分、基坑及周邊建筑應(yīng)急措施等，避免因為場地限制或周邊環(huán)境的變形控制要求制約深基坑的施工作業(yè)。

1 研究的緣起

在緊鄰歷史保護建筑以及在用既有建筑的場地內(nèi)進行深基坑施工時，需要面臨2個主要問題，即建筑的保護問題和施工過程中場地的綜合利用問題[1-2]。

1.1 歷史保護建筑的保護問題

1.1.1 歷史保護建筑的結(jié)構(gòu)形式抗變形能力較差

歷史保護建筑年代久遠，擁有其獨特的風格特點。一般采用磚砌大放腳基礎(chǔ)，豎向承重結(jié)構(gòu)采用磚砌體，樓板結(jié)構(gòu)采用木格柵及木地板的形式，屋頂一般采用木屋架，部分建筑采用磚木與混凝土的混合形式。

首先，磚砌基礎(chǔ)為剛性基礎(chǔ)，基礎(chǔ)下應(yīng)力較為均勻，但其抗拉及抗剪能力較差，在地基土變形情況下容易引起開裂；其次，磚木結(jié)構(gòu)或磚混結(jié)構(gòu)，本身結(jié)構(gòu)體系較為簡單，且砌體結(jié)構(gòu)對于不均勻沉降異常敏感，在局部傾斜的情況下木結(jié)構(gòu)擱置點也隨之移動，整體結(jié)構(gòu)抵抗變形能力較差。

1.1.2 長時間使用材料性能達到臨界狀態(tài)

經(jīng)過漫長歲月的侵蝕，保護建筑的砌體承重結(jié)構(gòu)及砂漿強度不滿足承壓要求，局部開裂；采用混凝土結(jié)構(gòu)的部分，強度等級普遍低于現(xiàn)行標準，碳化也較為嚴重，不能達到保護鋼筋的功能，內(nèi)部的鋼筋出現(xiàn)銹蝕，承載能力降低；對于木結(jié)構(gòu)而言，由于自然侵蝕及白蟻等蟲蛀現(xiàn)象，木質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部損壞嚴重。此外，由于長年的累積變形，擱置點逐漸偏移，造成擱置長度不足等現(xiàn)象較為常見。故而在上述因素的影響下，其房屋整體性能均出現(xiàn)了下降。

1.1.3 建筑整體或局部傾斜超過規(guī)范允許值

JGJ 125—99《危險房屋鑒定標準》（2004年版）規(guī)定基礎(chǔ)整體傾斜率超過1%的限值為危房，GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定基礎(chǔ)局部傾斜率的限值為0.4%，在長年累月的使用下，部分建筑整體會出現(xiàn)不均勻沉降，局部的外墻出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，甚至超過規(guī)范限值，影響房屋整體安全。

1.2 場地內(nèi)部既有建筑保護問題

對于場地內(nèi)部的房屋，應(yīng)注重對于砌體結(jié)構(gòu)及淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)房屋的保護。由于深基坑開挖所引起的沉降與測點距離開挖點的位置的關(guān)系曲線呈拋物線形，而砌體結(jié)構(gòu)建筑對于局部傾斜沉降異常敏感，容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，從而引發(fā)安全事故。淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)房屋在不均勻沉降情況下產(chǎn)生整體傾斜，影響建筑的正常使用。

1.3 施工過程中場地的綜合利用問題

在深基坑施工過程中，需要解決臨時宿舍、材料堆場、加工場地及大型機械的?？课恢谩⑿熊嚶肪€、出土方向及棄土場地等問題，對于狹小場地而言，無法滿足上述要求[3-5]。

因此，在緊鄰歷史保護建筑以及在用既有建筑的場地內(nèi)進行深基坑施工，在設(shè)計階段及施工籌劃階段就應(yīng)針對項目特點進行分析，最大程度挖掘場地潛力，并對周邊房屋提出針對性保護措施。

本文結(jié)合某醫(yī)院改擴建工程，根據(jù)周邊環(huán)境的變形控制要求及場地特點進行針對性的設(shè)計，并對深基坑施工提出較為嚴格的要求，在施工過程中根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，不斷進行參數(shù)調(diào)整，針對歷史保護建筑及內(nèi)部建筑提出相應(yīng)的應(yīng)急處理措施及加固方案。

2 工程案例

2.1 工程概況

2.1.1 基坑概況

背景工程基坑平面形狀呈L形，面積約4 700 m2，開挖深度10.85 m，局部深度12.15～13.65 m，采用順作法施工，圍護采用排樁結(jié)合三軸攪拌樁止水，豎向設(shè)置2道混凝土十字對撐。

2.1.2 地質(zhì)概況

基坑開挖范圍內(nèi)基本為④層淤泥質(zhì)黏土層，土厚達9～10 m，對于基坑變形控制十分不利。此外場地內(nèi)遺留大量醫(yī)院老舊基礎(chǔ)及人防結(jié)構(gòu)，未被清除的情況下即回填，對于圍護施工帶來一定難度。

2.1.3 環(huán)境概況

工程位于醫(yī)院內(nèi)部，場地東側(cè)為有百年歷史的保護建筑申康賓館；南側(cè)為醫(yī)院內(nèi)保留的1幢8層建筑及2層裙房；西側(cè)為民航古北公寓，北側(cè)為古北灣大酒店，紅線與地下室外墻間距離為3.5～10.0 m。其中申康賓館是上海市第四批優(yōu)秀歷史建筑，建于20世紀30年代，磚混結(jié)構(gòu)，大放腳基礎(chǔ)；離基坑最近的為11#樓（由1棟2層及1棟1層建筑組成），東側(cè)紅線（距外墻6.9 m）處即為現(xiàn)有圍墻，同時也是11#樓1層建筑的西山墻?；幽蟼?cè)為醫(yī)院內(nèi)部的8層建筑及2層裙房，裙房采用天然基礎(chǔ)，磚混結(jié)構(gòu)，距離基坑外邊線約3.4 m（圖1）。

2.1.4 歷史保護建筑檢測情況

根據(jù)檢測報告，保護建筑外墻門洞邊墻體有豎向裂縫、門洞上角有斜裂縫、窗洞下方墻體有豎向裂縫以及女兒墻有粉刷龜裂等。房屋主體結(jié)構(gòu)向北、東傾斜，向北最大斜率為0.27%；向東最大傾斜率為0.61%。據(jù)此，設(shè)定變形監(jiān)測指標：沉降速率大于1mm/d（連續(xù)2 d），累計沉降值大于20mm；墻體裂縫擴展大于0.5mm或新增裂縫達0.5mm；傾斜率增量達到0.1%；房屋附近5 m范圍內(nèi)發(fā)生寬度大于10mm的地裂縫。

圖1 環(huán)境平面示意

2.2 工程難點

1）基坑形狀呈L形，基坑內(nèi)陽角較多，對于變形控制不利。

2）工程在南北側(cè)各設(shè)置1個出土口，出土口寬度僅6 m。

3）基坑場地狹小，北側(cè)及西側(cè)為主要施工區(qū)域，并設(shè)置臨時宿舍、鋼筋堆場，其余區(qū)域無法進行施工作業(yè)。

4）基坑周邊被建筑包圍。申康賓館11#樓離基坑較近，其1層山墻搭建于本場地圍墻上，且檢測結(jié)果對于基坑施工不利。醫(yī)院前的2層裙房及2層彩鋼板房臨時診所距離基坑邊線僅3.4 m，結(jié)構(gòu)形式對變形非常敏感。

2.3 基坑設(shè)計施工關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 地下室跨層處分坑技術(shù)

西側(cè)基坑邊線與申康賓館僅6.9 m，為控制深基坑開挖對保護建筑的影響，將基坑分為2個部分（先施工I區(qū)，再進行II區(qū)施工），分隔處設(shè)置在東側(cè)1層坡道處（圖2、圖3）。

圖2 I?區(qū)支撐平面布置

圖3 II?區(qū)支撐平面布置

傳統(tǒng)施工順序為待兩側(cè)結(jié)構(gòu)完成后再進行結(jié)構(gòu)貫通，增加了鑿除難度，工期也較長。在本項目設(shè)計中，利用結(jié)構(gòu)特點，在西側(cè)地下2層結(jié)構(gòu)外墻處設(shè)置暗梁，東側(cè)坡道水平鋼支撐撐于暗梁處，水平力由B1板處斜拋撐進行分擔，拋撐端部設(shè)置于梁柱節(jié)點處及剪力墻處。換撐力經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)核后，建議在底板上設(shè)置拋撐以減少樓板豎向受力，故在底板層設(shè)置拋撐對B1板拋撐進行荷載傳遞（圖4）。經(jīng)此設(shè)計，可在基坑開挖時就鑿除圍護分隔墻，減少了對主體結(jié)構(gòu)受力的影響，同時也避免了兩側(cè)結(jié)構(gòu)完成后鑿除連通的問題。

圖4 I?區(qū)、II?區(qū)剖面

2.3.2 分坑分隔墻兼作隔離樁技術(shù)

在Ⅰ區(qū)施工時，采用分坑施工，歷史保護建筑距離基坑邊達到13.1 m，但仍處于基坑2倍挖深的影響范圍內(nèi)，為此，設(shè)置隔離樁隔斷Ⅰ區(qū)開挖時的土體變形途徑，由于Ⅱ區(qū)開挖需要設(shè)置圍護樁，故而利用Ⅱ區(qū)圍護樁兼作隔離樁，隔離樁間隔1根插入⑤1層，并控制泥漿沉渣，減少自身沉降對周邊土體的影響。

2.3.3 支撐布置技術(shù)

基坑面積較小，環(huán)境保護要求高，故采用十字對撐形式布置。但在支撐拆除時，十字支撐在兩個方向主撐破除后，支撐系統(tǒng)無法起到變形控制作用，故在十字對撐基礎(chǔ)上，于基坑角部設(shè)置角撐，加強拆撐時對周邊環(huán)境的位移控制（圖5）。

圖5 支撐現(xiàn)場效果

2.3.4 建筑變形控制技術(shù)

在醫(yī)院內(nèi)部2層裙房區(qū)域，由于離基坑邊僅3.4 m，為減少開挖引起的土體變形，在該側(cè)預(yù)埋注漿管，注漿管伸入基礎(chǔ)下方土體?；邮┕r根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行低壓灌漿結(jié)合跟蹤注漿的雙重加固工藝，一方面填充因基坑變形而引起的土體空隙，另一方面通過跟蹤注漿管減小房屋傾斜度及沉降量。在拆撐時，考慮到機械拆除支撐對土體擾動大，容易引起保護建筑的沉降，在基坑L形北側(cè)采用機械拆除，但預(yù)先采用排鉆斷開主撐，在基坑南側(cè)采用切割方式拆除支撐。同時，在支撐拆除前，設(shè)置局部臨時角撐，對申康賓館及2層裙房進行保護。

2.3.5 基坑內(nèi)空間利用技術(shù)

由于紅線與地下室外墻間距離為3.5～10.0 m，扣除基坑的施工空間2.6 m，施工場地十分緊湊，為此在施工階段，根據(jù)施工階段對場地進行安排，對臨時宿舍及材料堆場進行規(guī)劃，提前進行基坑加固設(shè)計。工程中充分利用圍護墻的空間，將壓頂梁與地面連成整體，供材料堆放，在轉(zhuǎn)角部位設(shè)置支撐，加大轉(zhuǎn)角寬度，便于行車。加大了棧橋布置范圍，提供材料堆場及機械?？繀^(qū)域，使棧橋覆蓋率占基坑面積的40%，緩解了施工場地緊湊的難題；在棧橋布置時，提前規(guī)劃了行車路線，空車從北側(cè)進入，從南側(cè)駛出，并盡量使出口遠離賓館區(qū)域（圖6）。

圖6 圍護墻作為道路示意

2.4 應(yīng)急處理措施

1）坑外污水管未處理，導(dǎo)致賓館處水位持續(xù)下降?；又苓厺撍槐O(jiān)測時，在L形陽角部位出現(xiàn)水位下降較大的情況，申康賓館處也出現(xiàn)類似情況，而在基坑封閉降水試驗時，未出現(xiàn)問題。經(jīng)過現(xiàn)場探查及老圖紙翻閱，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)角部位北側(cè)存在一污水池，在基坑施工前未清除，地下水持續(xù)流進污水池后排出。在確認原因后，為防止賓館區(qū)域出現(xiàn)水土流失，對該區(qū)域進行注漿填充，在污水池內(nèi)部區(qū)域注漿無效后，改用低壓力旋噴填充，經(jīng)過觀測后水位基本恢復(fù)正常。

2）11#樓開挖過程中單日沉降超過報警值。開挖至基底時，賓館11#樓當天出現(xiàn)3.9mm沉降量，超出單日報警值，第二日仍有2.1mm變形，為防止變形繼續(xù)發(fā)展，在沉降區(qū)域采取跟蹤注漿的措施，采用錨桿鉆機引孔，跳孔間隔注漿施工（跳孔間距3 m），注漿加固區(qū)集中位于沉降較大區(qū)域，壓力控制在0.2 MPa左右，流量控制在10 L/min左右，根據(jù)監(jiān)測情況調(diào)整注漿節(jié)奏；同時控制底板土方開挖速度，以200 m2為單位進行開挖及墊層澆筑，隨后進行其余區(qū)域土方開挖，在10 d內(nèi)完成墊層區(qū)域底板澆筑。在多項舉措下最終控制了下沉趨勢。

2.5 工程實施效果

從基坑開挖至底板完成，鄰近歷史保護建筑處圍護體測斜僅19.7mm，小于規(guī)范允許值（圖7），申康賓館11#樓及2層裙房的沉降分別為25.2mm及30.5mm（圖8），基本達到了對周邊環(huán)境的保護要求。

圖7 鄰近申康賓館11#樓處圍護樁測斜曲線

圖8 申康賓館11#樓沉降歷時曲線

3 結(jié)語

背景工程基坑雖然規(guī)模不大，挖深接近11 m，但現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，需要在狹小的場地內(nèi)兼顧施工空間、周邊歷史建筑及內(nèi)部建筑的保護問題，在設(shè)計和施工的配合下，有效地解決了該項目所遇到的難題，最終歷史保護建筑沉降25.2mm，局部傾斜控制在允許范圍內(nèi)，院內(nèi)裙房沉降也在可控范圍內(nèi)，達到了預(yù)期的保護目標，該項目的成功實施為類似工程提供了寶貴的經(jīng)驗。

1）在緊鄰歷史保護建筑及內(nèi)部建筑的場地內(nèi)進行基坑施工，應(yīng)提前對建筑進行詳細的調(diào)研，了解其結(jié)構(gòu)形式、現(xiàn)狀、薄弱點及變形控制要求，制訂相應(yīng)的保護措施，并針對施工過程中可能出現(xiàn)的問題制訂預(yù)案。

2）深基坑的施工對淺基礎(chǔ)建筑影響較大，淺層土方不建議開挖過深。在距離非常近的情況下采用分坑施工的方式對于歷史建筑的保護效果明顯，并可將分坑處圍護樁作為隔離樁，對環(huán)境保護效果良好。

3）隔離樁應(yīng)穿透軟土進入較為穩(wěn)定的土層，且應(yīng)嚴格控制沉渣以減小自身沉降，在密排布置的情況下可采用長短樁間隔布置的方式，減小工程投入。

4）混凝土十字支撐的剛度較大，但在支撐拆除時，十字支撐在2個方向主撐破除之后，支撐系統(tǒng)無法起到變形控制作用，故建議在周邊環(huán)境復(fù)雜時，在十字對撐基礎(chǔ)上，于基坑角部設(shè)置角撐，加強支撐拆除時對周邊環(huán)境的位移控制。

5）應(yīng)充分重視拆撐過程。經(jīng)驗證明，環(huán)境復(fù)雜時機械拆除的振動對周邊土體的強度有非常大的影響，故拆除方式上盡量選擇排鉆切除或切割工藝。在保護建筑處，建議設(shè)置角撐或拋撐等減小懸臂高度。

6）施工環(huán)境緊湊的情況下，在施工籌劃階段就應(yīng)針對項目特點進行分析，根據(jù)每階段工況，合理安排臨時宿舍、材料堆場、加工場地及大型機械的停靠位置、行車路線、出土方向及棄土場地等問題，此外，應(yīng)最大程度地挖掘場地潛力，如利用圍護墻和轉(zhuǎn)角部位支撐的空間、加大棧橋面積等。

7）施工過程瞬息萬變，在施工前應(yīng)對可能發(fā)生的問題作出相應(yīng)預(yù)案，在施工過程中遇到問題時，應(yīng)查明原因后進行針對性處理。