既有建筑地下增層基礎(chǔ)施工工藝

徐 文 周 凱

(上海長(zhǎng)凱巖土工程有限公司，上海 200093)

目前我國(guó)的建筑行業(yè)由大規(guī)模新建逐步轉(zhuǎn)向新建與加固、改造并舉的階段。 為了提升或改變既有建筑的使用功能，經(jīng)常涉及到地下空間增層工程。既有建筑的地下空間增層包含了樁基加固工程、基坑工程、降水工程和土方工程等多個(gè)分部分項(xiàng)工程，與新建地下結(jié)構(gòu)工況相近，不同的是各項(xiàng)工程的施工都受建筑物內(nèi)部有限空間的限制，施工效率低下。本文針對(duì)地下增層施工的特點(diǎn)，從施工設(shè)備及施工工藝入手，分析現(xiàn)有設(shè)備工藝的不足并做出一定的改進(jìn)，滿足低凈空、小型化的要求[1]。

1 既有建筑內(nèi)的樁基施工

目前工程常用的壓樁或者成樁設(shè)備均因?yàn)轶w積大，移動(dòng)效率低等特點(diǎn)無(wú)法在既有建筑加固和改造工程中使用。低凈空條件下目前常用的壓樁設(shè)備一般采用小型挖機(jī)+迷你振動(dòng)錘、小型液壓設(shè)備以及錨桿靜壓樁壓樁架。涉及到的工藝包括CHV工藝、樹根樁、室內(nèi)靜壓樁、錨桿靜壓樁等。4種工藝優(yōu)缺點(diǎn)的分析見表1。

地下室結(jié)構(gòu)中的既有墻、柱、基礎(chǔ)的存在對(duì)于增層施工有著明顯的影響。對(duì)于CHV工藝，施工設(shè)備為小型一體化設(shè)備。雖然這些設(shè)備與常規(guī)基坑工程施工設(shè)備相比已經(jīng)做出了小型化的改進(jìn)，但是在地下增層施工中設(shè)備的移動(dòng)還是受到限制，影響了施工的效率，CHV工法施工見圖1。室內(nèi)靜壓樁機(jī)凈高在6 m～7 m左右，一般層高地下室無(wú)法進(jìn)行施工。綜合考慮，低凈空條件下往往優(yōu)先采用錨桿靜壓樁、樹根樁工藝。錨桿靜壓樁考慮到樁基施工時(shí)工程樁較長(zhǎng)，壓樁阻力較大，可通過增加配重等方式保證沉樁順利完成。樹根樁直徑較小，施工不產(chǎn)生擾動(dòng)，但是單樁承載力偏小。

表1 地下增層樁基施工工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

2 既有建筑內(nèi)的基坑圍護(hù)施工

與樁基施工相比，基坑圍護(hù)施工有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1)圍護(hù)樁成排布置，樁間距較小。2)圍護(hù)樁通常臨近地下結(jié)構(gòu)外墻，圍護(hù)施工時(shí)擾動(dòng)較大。3)基坑開挖后圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形可能會(huì)引起既有樁基承載力降低，進(jìn)而影響到上部結(jié)構(gòu)的安全。

根據(jù)現(xiàn)有資料和工程經(jīng)驗(yàn)，目前應(yīng)用于基坑圍護(hù)的微擾動(dòng)技術(shù)主要有4類：1)鋼板樁、鋼管樁和組合鋼板樁；2)MJS與RJP工法；3)IBG工法；4)錨桿靜壓樁。4種工藝優(yōu)缺點(diǎn)的分析見表2。

表2 微擾動(dòng)圍護(hù)施工工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

綜上所述，MJS和RJP工法受既有建筑室內(nèi)凈高的限制，施工設(shè)備移機(jī)困難較大，施工效率較低。IBG工法插入型鋼長(zhǎng)度受到室內(nèi)凈高的限制，型鋼間缺少可靠連接，IBG工法示意見圖2。錨桿靜壓樁在施工圍護(hù)樁時(shí)，因?yàn)闃堕g距較小、數(shù)量較密集，底板上需要施工的錨桿數(shù)量較多，增加了工作量的同時(shí)也削弱了基礎(chǔ)、底板的強(qiáng)度。因此，現(xiàn)有的微擾動(dòng)圍護(hù)樁施工工藝在低凈空條件下依然存在不足。目前已有利用鋼管咬合樁作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的工程案例，并取得了不錯(cuò)的效果，結(jié)構(gòu)形式見圖3。

3 既有建筑內(nèi)的降水施工

地下室降水施工主要涉及到的兩個(gè)問題為低凈空條件下的成孔以及有限場(chǎng)地內(nèi)的降水運(yùn)行。常規(guī)的降水工藝為明排水、輕型井點(diǎn)降水、疏干井降水。三種工藝的工藝原理及優(yōu)缺點(diǎn)見表3。

地下增層降水施工，首先應(yīng)根據(jù)開挖深度、地層情況和地下水位選擇合適的施工工藝。明排降水施工簡(jiǎn)單，截水溝及集水井開挖需注意避開墻柱、基礎(chǔ)。輕型井點(diǎn)的井點(diǎn)管分布需注意避讓墻柱、基礎(chǔ)，井點(diǎn)管的長(zhǎng)度需要控制。管井降水時(shí)成孔設(shè)備和運(yùn)行設(shè)備都受到低凈空、場(chǎng)地狹窄等條件的制約。目前在成孔設(shè)備小型化和運(yùn)行設(shè)備節(jié)能高效方面已經(jīng)有一定的研究，可以較好地運(yùn)用在地下增層降水施工中。

表3 降水施工工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

4 既有建筑內(nèi)的土方開挖

室內(nèi)土方施工采用小型挖機(jī)，配備挖斗和破碎錘，先安裝破碎錘破除基礎(chǔ)或底板，后安裝挖斗進(jìn)行土方開挖工作。按照上述流程進(jìn)行土方開挖存在如下問題：1)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜。需要采用小型機(jī)械將開挖土方轉(zhuǎn)運(yùn)至出土位置，土方開挖及轉(zhuǎn)運(yùn)過程需避開墻柱結(jié)構(gòu)，且需盡量減少對(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響，且既有建筑下多布置有樁基礎(chǔ)，土方開挖作業(yè)還會(huì)受到既有樁基的影響。2)室內(nèi)封閉環(huán)境。對(duì)既有建筑進(jìn)行地下增層施工，土方開挖作業(yè)大都位于室內(nèi)封閉環(huán)境，目前的土方開挖設(shè)備均為燃油機(jī)械，在室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的施工會(huì)對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重污染。機(jī)械運(yùn)輸土方引起的揚(yáng)塵也會(huì)對(duì)空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。機(jī)械尾氣長(zhǎng)時(shí)間的排放還可能會(huì)引起人員中毒等安全事故[13]。

因此，針對(duì)上述問題，室內(nèi)土方可采取如下技術(shù)措施：1)挖掘機(jī)采用坑內(nèi)挖土的方式，挖土凈高增加，作業(yè)空間較坑外挖土大，挖土效率也會(huì)有所提高。2)室內(nèi)土方開挖后采用翻斗車運(yùn)至室外，而后統(tǒng)一外運(yùn)。3)室內(nèi)配備必要的通風(fēng)裝置，確?？諝獾牧魍?。

5 結(jié)論

本文概括匯總了既有建筑地下增層特殊工況的重點(diǎn)難點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有施工工藝優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析對(duì)比。同時(shí)提出了現(xiàn)有施工工藝的改進(jìn)方向：1)現(xiàn)有施工設(shè)備受到場(chǎng)地凈高，環(huán)境復(fù)雜的限制，需要對(duì)設(shè)備的小型化做更深入的研究。2)現(xiàn)有圍護(hù)結(jié)構(gòu)因材料高度限制不方便施工，應(yīng)進(jìn)一步探討組合式基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的可行性。3)應(yīng)針對(duì)低凈空條件下土方開挖的特點(diǎn)，改進(jìn)土方開挖設(shè)備，提高施工效率的同時(shí)減少安全隱患。