关键词：深基坑，加固，历史建筑 ，临时保护
Deep Foundation Construction Historic buildings temporary reinforcement analysis
Abstract: In order to ensure the construction process of deep foundation pit structural safety of these historic buildings, to take temporary reinforcement measures are necessary, but at present the same type of study is less, mostly deep pit design side and construction side of the adjacent areas the importance of the lack of historical buildings. This article select Private economy in city reconstruction project in Shanghaias a case of historic buildings within the scope of the temporary construction of deep foundation pit reinforcement analysis, indicating the reason to take temporary reinforcement measures, temporary safeguard measures in two parts: the ground and underground parts. Aboveground safeguard the overall stability and local stability of the entire building of the wall, the program uses a local temporary support for the new building structure reinforcement design; underground part of Anchor Pile foundation reinforcement.
Keywords: excavation, reinforcement, historic buildings, temporary protection
1.引言
深基坑的设计有专业的设计领域，会对周围的管线、建筑进行考虑，但对于历史建筑的保护，或者对于历史建筑对于深基坑施工的承受能力由于专业性不同的原因可能考虑欠缺，可能忽略了对深基坑施工区域内的历史建筑的保护，比如在基坑开挖过程中，或者支护施工过程中，或者施工中意外的出现对历史建筑的影响。这些都可能对历史建筑造成无法挽回的损失。本文通过数据分析和实际工程的实施，研究总结，以供参考。
2. 项目概况
本工程位于长宁区天山西路以南、协和路以东、2号地铁隧道从本基坑北侧平行穿过，距离约5米。本工程基坑规模较大，深约15.0m，根据上海市标准《基坑工程技术规范》（DG/TJ08-61-2010）第3.0.1 条，本基坑为一级基坑；而场地东南角的下沉式广场，埋深约1.0-3.0m，为三级基坑。因此还必须考虑到拟建建筑对周边地铁的影响，因此本工程基坑方案的采取必须兼顾上述各种因素，特别是须严格控制基坑与地下室施工过程中产生的变形量，把对拟建地铁、周边邻近建筑和周边道路管线的影响降低到最低程度。
根据甲方提供的相邻基坑围护设计方案可知，本基坑采用明挖顺筑法施工。根据基坑抗倾覆、抗隆起稳定性、抗管涌稳定性、基坑变形以及现场抽水试验，确定本基坑采用地下墙作为基坑围护结构，采用三道钢筋混凝土支撑
地下连续墙方案：分临时性围护结构地下连续墙和“两墙合一”地下连续墙。根据上海地区的工程实践经验和技术水平，开挖达到15.0 米深的基坑工程采用地下连续墙围护，可采用“两墙合一”形式，即地下连续墙既作为基坑围护结构，同时也作为永久性地下车库外墙，技术已经较为成熟。
3.为何采用临时维护措施
3.1本工程深基坑及降水施工中可能对附近建筑会造成的影响
1.地下连续墙施工可能造成的影响
地下连续墙的施工工艺过程可分为筑导墙、槽段开挖、灌注护壁泥浆、钢筋笼制作与安装、混凝土浇筑和接头施工等几个阶段。任何一个施工方法都会对周围的环境产生影响，比如造成周围土体应力状态发生改变从而产生位移。在密集施工条件下，大深度地下连续墙施工的变形效应易对相邻建筑物及市政管线等设施产生不良影响，甚至使其发生破坏，成为基坑失稳的关键诱发因素，这在国内外一些初步研究中已得到证实。
2.降水可能造成的影响
建筑物基坑开挖深度在水位线以下，为了便于基础施工，需要在基坑周围进行降水，将局部水位降至基坑底线以下。由于大面积降水，对周围的环境影响也大。首先，由于大面积的基坑开挖，卸去坑内土的自重造成坑底及周边土的回弹，回弹量最大能达到2～3cm，其次，坑内大面积的抽水，影响了土体内应力的变化，当降水幅度较大时，在基坑周围即形成降水漏斗曲线，在此范围内建筑物就产生了附加变形。
3.2为何不一次加固到位
考虑到基坑施工区间对总商会是否会造成破坏的不确定因素，暂时不对上部结构进行加固，先对地基基础部分进行加固，以确保临近基坑施工期间，总商会安全的度过施工周期。同时由于临时的基坑施工，上部结构的变形还未彻底结束，在工程过程中是否还会有其他的变形或者破坏不能确定。如果上部结构加固完成，基坑开挖过程中出现破坏，进行二次加固势必效果不好，所以为了避免二次施工，上部结构的加固待到基坑施工完成，周围的建筑物基本荷载稳定，沉降稳定后再进行加固。而在目前这个阶段，基础部分的加固采用永久性加固，并要求加固方式可与后期的上部结构加固可衔接，上部结构采取临时性的加固措施，以确保总商会在周围建筑施工期间的安全。
4.临时保护及加固思路
临时维护措施分两部分：地上部分和地下部分。
地上部分维护整栋建筑的整体稳定性和局部墙体的稳定，本方案采用局部新增临时支撑对大楼结构进行加固设计，以确保大楼结构在毗邻建筑基坑开挖施工过程中处于安全稳定的状态。具体加固设计思路为：考虑沉降计算房屋结构受力情况；根据房屋受力计算结果选择临时加固支撑体系；根据房屋受力计算结果及现场房屋损伤情况布置临时加固支撑；房屋结构及临时支撑体系实时监测；若监测结果超出警戒值采取应急措施；继续监测，确保大楼结构安全。
地下部分根据地质报告的建议，采用锚杆静压桩对基础进行加固，施工时无振动、无噪音、无污染，桩端持力层选第⑤1-2 层土。桩的数量根据单桩承载力设计值，结合上部荷载情况通过计算确定，并充分考虑与桩间土共同分担荷载的作用。
4.1地上部分
根据业主方提供的关于本房屋在毗邻基坑施工完成后可能出现的最大沉降量值，本方案分别对房屋结构沉降前后的受力情况进行分析，并通过计算分析结果选取相应的临时加固支撑体系。
具体计算条件为：
1、基坑围护地下连续墙厚1.0m，深35.0m；与总商会相邻施工区域的开挖深度分别为西侧16.4m、北侧14.7m。基坑开挖顺序为先西侧后北侧。
2、相邻施工区域基坑围护结构距总商会大楼最小距离均为5.0m。
3、相邻基坑施工完成后，上海总商会基础结构累计最大沉降量为27.4mm，倾斜率为0.333‰。
选取上海总商会大楼毗邻基坑一侧的墙体对其抗剪承载力进行复核验算。通过大楼各层剪力设计图可知，在大楼底层毗邻基坑一侧墙体的最大值为656.7kN。根据现行国家标准《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）第5.5.1条对该处墙体的受剪承载力验算如下：
kN＞ 656.7 kN毗邻基坑一侧的墙体在受到基坑开挖影响而基础产生沉降后，其受剪承载力是满足要求的。
通过上述对上海总商会大楼上部结构内力的计算分析，在考虑基坑分区2、3施工完成后，上海总商会基础结构存在27.4mm沉降量的情况下，上海总商会大楼整体结构是处于安全的。考虑到在基坑开挖过程中存在着一些不可控因素，为了确保上海总商会大楼结构安全可靠，故考虑采用临时性支撑加固方案对大楼进行临时支护，并在基坑开挖过程中对基坑围护结构及上海总商会大楼基础和上部结构做好实时监测工作。
根据现场施工区域的相对关系及房屋现状的损伤情况，本工程选择轴向受压杆件作为房屋临时加固的支撑体系。采用圆钢管作为支撑的主要材料，钢管顶端采用槽钢或钢板作为横档与大楼外墙面或门窗洞口接触（图1、图2）。钢管支撑底部采用可转动铰支座与基础相连；钢管支撑中间位置采用可伸缩钢套管。通过底部铰支座和中部可伸缩钢套管，对临时支撑根据结构情况进行调整，使支撑与大楼结构完全受力以达到支撑的效果；并且在毗邻基坑开挖过程中房屋结构发生沉降变形后可重新可伸缩钢套管，使支撑与大楼结构再次完全受力。具体临时支撑如下图所示：
图1 外墙临时支撑加固（一） 图2 外墙临时支撑加固（二）
根据上述临时加固支撑示意图，本工程采用的支撑与大楼墙面连接方式为扶壁式。为了防止钢管支撑端部对大楼墙面造成损伤，本方案于钢管支撑端部设置支撑端板增加支撑对墙体的受力面积，并且于端板与墙体之间采用柔性材料（如旧地毯等）做垫层，从而避免了墙体因受局部压力而破损。
4.2地下部分
综合分析本工程现状、结构特点及周边环境，基础加固方案如下：
原结构砖墙采用两侧增设基础梁，同时通过设置穿墙连梁连接两侧基础梁与结构砖墙，从而达到基础托换的目的；在新增基础梁上布设锚杆静压钢管桩进行基础加固；锚杆静压钢管桩采用管径219、203，壁厚8mm，以第 5 1-2层为桩基持力层，桩长为32m、27m（单节桩按1～3m控制），单桩竖向极限承载力标准值分别取600kN、500kN，单桩竖向承载力设计值分别取300kN、250kN；
压桩孔采用新增基础梁预留棱台压桩孔（上口为250X250，下口为300X300)，同时在新增基础梁上预埋锚杆，并借助上部结构自重作为压桩反力系统；
基础梁底设置100厚C15素混凝土垫层，基础梁采用C30混凝土，梁底混凝土保护层厚度为40，其余侧为25，梁内主筋设置应避开预留压桩孔位；
锚杆静压钢管桩补桩原则：
根据结构荷载分布及保护建筑物与基坑相互关系，采用锚杆静压钢管桩进行桩基托换；布桩桩位应充分考虑北侧通道的结构特点，对其影响区域的墙体进行全托换；
压桩反力系统：在基础预埋设6根25二级钢作为压桩锚杆（埋植深度为35cm），借助上部结构自重作为压桩反力系统；
采用薄壁钻机开设JL2穿墙孔，采取套钻成孔方式；
钢管桩采用单桩竖向抗压承载力静载荷试验进行检测，每种桩型检测比例不小于1％，并不少于3根；
封桩措施：压桩完成后，采用C35混凝土（内掺8％HEA膨胀剂）进行压桩孔封桩。
考虑拖带沉降，本工程新增锚杆静压桩按照从变形较小的部位开始进行；整个项目的基础加固（包括开挖、新增基础等也按照此要求进行，以便形成流水作业）；考虑挤土效应：压桩采用用间隔跳打方式，也即2个压桩桩位中间间隔一个桩位，从而减小压桩的挤土效应。压桩完后及时进行封桩处理，封桩采用微膨胀砼进行浇注。
5.加固效果分析
整个结构的监测贯穿整个项目施工，包括本结构改造施工中，以及后续周边基坑开挖施工、基坑上部结构施工等。由业主单位请的专业的监测机构进行全程监测。
根据监测的数据对比，能看出通过基础托换进行基础部分加固，外部临时支撑对上部结构墙体进行保护，门窗洞口进行临时封堵以增加整体稳定性的方案可以对历史建筑进行有效的保护。方案能有效的控制不均匀沉降，经检测加固后房屋的不均匀沉降值为-1mm，并根据持续观测曲线图可得知沉降已趋于稳定，对房屋不均匀沉降有控制作用；房屋倾斜被有效的控制，经检测结果对比加固后房屋倾斜值增量为0.04‰，倾斜率已趋于稳定；在施工过程中上部结构未出现严重结构损伤，经观测在整个加固维护施工过程中对上部结构原有裂缝未造成影响，裂缝最大增量为1mm，裂缝未进一步开展。由以上数据可以知该加固维护方案能确保在邻近历史建筑的区域进行深基坑施工不会对历史建筑造成影响，方案可行，效果显著。
结束语
中国的历史建筑多为木机构及砖混结构，其中近代的历史建筑更是以砖混结构为主，由于年代久远，再加上本身结构体系的薄弱，较多的历史建筑都有抗震能力较弱的问题，如果在这类历史建筑的附件开挖深基坑更是有可能对其造成损害，而目前对此类型工程的研究较少，因此此类研究显得很有价值。
参考文献
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