鄰近歷史保護建筑的基坑施工應對措施

孫清楊

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

隨著城市的發展，城市中心的建設用地面積日趨局促，同時具有悠久歷史的城市中心保留著大量的保護建筑，甚至是文物保護單位建筑。在城市建設過程中很難避免鄰近保護建筑進行施工，如軌道交通施工、新建地下室施工等，這就給保護建筑安全、基坑本身安全控制等帶來了很大的挑戰[1]。本文將結合實例，探討對保護建筑加固、基坑圍護設計、施工方案優化等方面的技術，通過預應力靜壓樁加固、MJS（Metro Jet System，全方位高壓噴射工法）及自伺服鋼支撐、合理分區開挖、加強監測等技術措施，確保在基坑施工過程中基坑本身安全與保護建筑的安全。

1 概述

某歷史保護建筑改造項目，因功能需求，需在保護建筑鄰近新建一處地下室。2棟保護建筑為優秀歷史保護建筑，建造于20世紀30年代，上部結構為現澆鋼筋混凝土結構，基礎為雙向鋼筋混凝土條形基礎。其中基坑東側一棟保護建筑（以下稱主樓）層數為4層，局部地下1層，基礎底標高為－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，房屋整體無嚴重傾斜現象，各測點傾斜率均小于0.4%，主樓的內部柱及樓面傾斜無明顯規律，且內部柱與樓面的傾斜率均小于0.7%；基坑西側1棟保護建筑（以下稱副樓）層數3層，局部地下1層，基礎采用條形天然基礎，基礎埋深為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；副樓房屋整體無嚴重傾斜跡象，各測點的傾斜率約0.7%，副樓內部柱及樓面傾斜無明顯規律，且內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挖深度約7.4 m，局部開挖深度3.6～5.1 m，落深坑開挖深度8.6～8.9 m。基坑圍護外邊緣離保護建筑基礎邊最近為0.439 m（圖1）。

圖1 基坑圍護與保護建筑關系示意

2 基坑圍護方案

因基坑離保護建筑非常近，且施工場地狹小，不滿足施工地下連續墻的條件，選擇合適的圍護體系對基坑及保護建筑的安全至關重要，在經過多次論證和充分考慮后，確定主要圍護方案如下：

1）豎向圍護結構采用MJS水泥土攪拌樁套打鉆孔灌注樁的圍護形式，首先MJS保證圍護結構的止水效果，其次，在MJS工法樁施工結束后，應預留足夠的時間確保沉降穩定，且MJS達到設計強度后方可進行后續灌注樁的施工。MJS撓動土體和水泥土強度的發揮均需要一定的時間，2種圍護體系之間應預留足夠的時間。后續灌注樁施工必須滿足強度條件，避免前一階段施工進度過快，導致不能達到設計強度的要求，從而盡量減小鉆孔灌注樁施工對周邊土體的擾動。

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。首道支撐的設計標高位于地下室頂板之上，以減小首道支撐的開挖深度，控制開挖引起的圍護結構變形；第2道鋼支撐采用軸力自動補償系統控制。

3）坑底采用高壓旋噴樁滿堂加固。

3 保護建筑保護措施

2棟保護建筑均建造于20世紀30年代，年代非常久遠，基礎形式比較薄弱，對保護建筑的保護難度較大。根據房屋檢測結果及合理分析，主樓基礎布置有松木樁，建筑整體的質量情況也比較好，采取監測措施進行保護；副樓基礎采用條形天然基礎，基礎埋深為1.30 m左右，基坑施工對天然地基的沉降影響敏感[2]，且房屋整體傾斜率達到0.7%左右，在基坑開挖段，主要是向基坑方向傾斜，有必要進行基礎托換加固。

根據副樓與基坑的關系，對基礎進行托換設計的方式有整體托換和局部托換2種。據分析，由于新增基坑對副樓原基礎的影響限于相對較小的范圍內，主要為靠近基坑一側的范圍內，其他絕大部分區域經過多年的使用，已達到基礎的相對穩定和結構內力分布的相對平衡。考慮到整體托換會引起基礎下土體的大面積擾動，從而引發原結構沉降和內力的再平衡問題，對保證原結構的穩定性有不利影響[3]。綜合考慮上述原因，選擇局部托換的方式進行基礎加固。

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

4 施工及監測

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

圖2 鋼管樁與基礎連接及封樁示意

2）副樓基礎托換錨桿靜壓樁采用跳樁法施工，每一階段內的托換樁按照由中間向兩側施工，采用慢速施工、分散施工的方法，以控制后續沉降為原則。正式施工前應對封樁工藝進行測試，由監理單位和設計單位確認后方可進行正式施工。

3）MJS套打鉆孔灌注樁同樣采用跳樁法施工，鉆孔前確認MJS強度達到設計強度。

4）基坑開挖前對圍護和副樓基礎加固措施進行驗收，通過坑內預降水和坑外水位觀測分析驗證止水效果。

5）基坑分區開挖，分為3個區，分區澆筑底板，分區界面土體采用高壓旋噴樁加固。

6）加強對2棟保護建筑的監測，特別是對于副樓，分別采用人工監測及自動化監測（沉降、傾斜等）手段，實時掌握建筑變形的各項參數，并且對建筑墻面及節點裂縫、屋頂等進行定時巡檢，用于指導施工。

7）在底板完成達到設計強度后拆除第2道支撐，在頂板完成并達到設計強度后方拆除首道支撐。

5 結語

通過采取合理的圍護體系，在對薄弱基礎建筑進行有目的性的托換加固的前提下，嚴密論證施工方案，采用有效的施工保護措施及監測手段，使本項目基坑及保護建筑在施工階段確保了安全。對副樓基礎托換加固及基坑施工導致增加的沉降值為12 mm，傾斜率增加0.072%，未發現明顯的裂縫擴大情況。本項目的實踐經驗，給城市中心既有建筑甚至是保護建筑周邊的基坑施工提供了參考。