托換法在既有房屋下開挖地下室工程中的應用

上海市住宅建設機施有限公司 上海 200232

1 工程概況

背景工程位于上海市區，為3 層磚混結構別墅，建于20世紀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，基礎形式采用條形基礎，混凝土設計強度為C20。業主要求在保證上部結構正常使用的前提下，增加地下室，地下室層高3.4 m。

2 施工難點

本項目類似逆作法施工，但由于上部結構目前正在使用，而且本建筑原有基礎形式不能滿足需要，施工前還要變更基礎的支撐形式，對現有基礎進行托換施工，可以說，本項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驗，本項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，我們制訂多套預案，確保項目施工穩步向前推進。在施工中有如下難點：

1）由于當時的施工資料沒有保存留檔，房屋結構具體節點需要現場逐點察看、評估，確保采取的加固措施具有針對性。

2）房齡較長，一些結構部件已經比較脆弱，稍有不慎，將會破壞房屋的整體性，因此在施工前，需要對薄弱部位進行加固處理。

3）本項目所處周邊環境比較復雜，南側的河道距離地下室外邊線僅6.0 m，北側距小區道路3.0 m，東、西兩側距現有房屋3.5 m，在地下室開挖過程中，為保證周邊環境不受影響，需要采取有效的基坑圍護措施。

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

本項目關鍵節點是對現有房屋基礎的托換工作，托換的施工質量和效果關系到項目的成敗。根據房屋建筑面積，估計目前房屋的質量，結合地質情況，確定托換樁的樁徑和樁長，考慮施工的經濟合理性，選用第④3層黏質粉土作為樁基持力層，樁尖進入持力層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 關鍵施工工藝

3.1 錨桿靜壓樁施工

用風動鎬頭機破碎1層地坪，人工挖土至條形基礎的上表面，將整棟房屋的基礎形狀暴露出來，現場進行實際測量，評估錨桿靜壓樁對原基礎的影響，對產生影響的基礎采取加固處理，便于布置錨桿樁樁位。樁位根據建筑物墻體和基礎形式以及荷載大小，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，應避開門窗等墻體薄弱部位，且應設置在結構受力結點位置。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，施工機具輕便靈活、施工方便、作業面小、可在室內施工、無振動、無噪聲、無污染、施工時具有不停產和不搬遷等優點。但在本項目施工中，通過在基礎上埋設錨桿固定壓樁架，以建筑物所能發揮的自重荷載作為壓樁反力，用千斤頂將樁段從基礎中預留的壓樁孔內逐段壓入土中，再將樁與基礎連接在一起，從而達到提高基礎承載力的目的[1-3]。

圖1 樁位布置平面示意

按照布置的樁位圖紙，在條形基礎上進行樁孔放樣，經復核無誤后，用引孔機引樁位孔，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 個角點，根據壓樁架底座尺寸，用電鉆引錨桿孔，錨桿孔直徑為38 mm，用空壓機將孔內粉末吹干凈，錨桿型號為φ32 mm螺紋鋼，用硫磺膠泥與條形基礎混凝土黏結。為了減小對地基土擾動，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

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

圖3 鋼管樁接樁示意

3.3 封樁

封樁是本工程的關鍵工序，關系到基礎托換的成敗，需要保證施工質量。托換可以采用預應力法和非預應力法施工，本工程采用非預應力法。在封樁前，必須把壓樁孔內的雜物清理干凈，排出積水，清除孔壁和樁面的浮漿，以增加黏結力，澆筑C30微膨脹混凝土，并予以搗實。施工時嚴格按設計要求及相關規范執行，如圖4所示。

圖4 封樁示意

3.4 輕型井點降水

在封樁混凝土強度養護28 d達到設計強度后，即完成了第1次托換工作，可進行原有條形基礎下方工序的施工。由于上海地區常年平均地下水位埋深在0.5～0.7 m，為了保證基礎在開挖過程中基坑邊坡的穩定，在土方開挖前進行降水，降水運行14 d后，水位降低至設計開挖面以下0.5 m，可進行條形基礎表面下土方開挖。

3.5 土方開挖

本項目土方開挖屬于深基坑土方開挖，周邊南側有河道、北側有小區道路、東西兩側距現有房屋3.5 m，環境相當復雜，在土方開挖過程中，基坑四周的支護施工相當重要。由于場地狹小，不具備大型機械設備的作業面，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，分層、分段施工土釘，土釘端頭掛鋼筋網片，噴射C20混凝土。在底板以及混凝土外墻施工完成后，實現二次托換。

在整個施工過程中，需要委派專業的監測單位按照要求在現場布置監測點，監測頻率為每6小時1次。基坑圍護采用放坡形式+土釘墻護坡，坡度為1∶0.3。在距離基坑四周0.8 m處打設雙排φ48 mm×3.5 mm鋼管，鋼管長9 000 mm，排距為500 mm，呈梅花形布置，用以加強基坑邊緣土體的整體性。鋼管基坑開挖面以下長度內，每間隔1 m在對稱兩側各開1 個注漿孔（孔徑5～8 mm），與另外兩側錯開0.5 m，構成梅花形布置。在垂直鋼管內注入水泥漿，水灰比為0.5，把注漿導管插入鋼管內進行注漿，采用加壓注漿方式，直至達到0.3～0.4 MPa為止。注漿量根據現場實際情況進行相應調整，分1～2 次注漿。

分段、分層進行開挖，按照房屋四邊分為4 個開挖段，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護48 h，再進行相鄰區段的開挖施工。在土方施工階段注意建筑物的變形，原基礎沉降控制在5 mm內，發現沉降量過大，應立即停止施工，采取有效的處理方案。土方開挖時，條形基礎下方的混凝土墊層要及時處理，以免開挖時脫落，出現安全事故。

3.6 墊層底板混凝土澆筑

基坑開挖到設計深度后，進行墊層澆筑，然后進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鍵，混凝土澆筑要密實，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構的破壞，地下室外墻寬度增加到外墻內側200 mm，用以支撐地下室頂板的質量，原有墻體基礎部分用拉筋與新澆筑混凝土墻體連接。施工時，首先將條形基礎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，按照設計規范要求綁扎墻面和地下室頂板鋼筋、立模板、澆筑混凝土。待混凝土養護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），過程中密切關注建筑物的變形情況。最后，將條形基礎內側伸出墻面部分切除，澆筑上部混凝土以及頂板混凝土。

4 施工監測

為了隨時掌握房屋在托換過程中的變形情況，以便在變形超出預警值后及時采用防護措施，本工程在房屋的重要結構部位共布置21 個監測點，采用徠卡水準儀進行觀測，每天觀測3 次，每日沉降量不超過1.0 mm，最大報警值設為10 mm。在托換施工過程的90 d內，房屋的最大沉降量為5 mm，其中在房屋4 個角點的變形值最大，這4 個點的沉降-時間曲線如圖6所示。

圖6 沉降-時間曲線

5 結語

由于本工程是對原有房屋的改建項目，原有房屋質量情況有很大的不確定性，在改建施工過程中質量要求比較高，需完全按照規范要求施工，重要部位需要提高施工質量要求處理，造成施工工期較長。在本次施工過程中以及結構整體完成后，所有的變形監測數據均在控制范圍內[4-7]。經業主、設計等多方參與竣工驗收，原有房屋結構質量沒有受到影響，通過鑒定可知，本項目是一個十分成功的施工案例。