利用既有地下室實(shí)施空間改造技術(shù)研究與實(shí)踐

李一星

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司

1 前言

由于城市用地緊張、空間有限，80 年代的老建筑較多，存在改建和重建的發(fā)展要求。由于老建筑對(duì)地下空間的規(guī)劃不足，存在老建筑的地下結(jié)構(gòu)的合理利用和鬧市區(qū)老建筑改造過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)等方面的施工難題。舊建筑改造在經(jīng)濟(jì)方面也有著特殊的價(jià)值，主要表現(xiàn)在兩方面。

第一，建設(shè)周期短，節(jié)省成本。舊建筑的改造比拆除重建所花費(fèi)的建筑周期短得多，省去了部分或全部的主體結(jié)構(gòu)和建筑基礎(chǔ)的施工時(shí)間，這樣可以使建設(shè)資金大大減少，降低成本，提升經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

第二，減少環(huán)境治理成本。由于舊建筑改造避免了建筑垃圾的產(chǎn)生，所以大量建筑垃圾的減少可以對(duì)城市環(huán)境的污染起到一定的積極作用，從這方面而言，舊建筑改造可以減少政府在治理環(huán)境污染方面的支出。

2 工程概況

上海某核心城區(qū)樓宇建成于1987年，是上海中心城區(qū)著名的五星級(jí)酒店，原結(jié)構(gòu)主樓30 層，裙房5 層，設(shè)1 層地下室。為改善原建筑使用功能，工程對(duì)樓宇功能進(jìn)行改建，一方面原主樓通過(guò)“四改三”以增加層高，主樓改建為22層（高度不變）；另一方面原裙房區(qū)域1層地下室擴(kuò)建為地下4層，主樓區(qū)域地下室仍為1 層不變。改建后建筑面積約7 萬(wàn)平米，建筑功能為為商業(yè)及辦公。

3 既有環(huán)境對(duì)施工的制約因素

3.1 周邊環(huán)境復(fù)雜

該項(xiàng)目地理位置特殊，周邊環(huán)境及其復(fù)雜：北側(cè)為城市主干路，下方分布有多條管線，且有運(yùn)營(yíng)中的道交通地鐵2號(hào)線區(qū)間隧道通過(guò)，與隧道結(jié)構(gòu)外邊線最近距離約8m；場(chǎng)地西側(cè)為正在使用中的某停車(chē)場(chǎng)，其配電房距基坑僅3.6m；場(chǎng)地南側(cè)為2棟4～7 層居民樓，與居民樓最近距離約7m；場(chǎng)地東側(cè)為小區(qū)道路，道路西側(cè)為1～4 層混凝土建筑物，與建筑物距離約9.5m。且地下基礎(chǔ)施工過(guò)程中，主樓仍在同步進(jìn)行拆除施工。所以無(wú)法在既有地下室外側(cè)布置施工場(chǎng)地，必須對(duì)既有地下室進(jìn)行改建滿(mǎn)足后續(xù)施工順利進(jìn)行。

3.2 后續(xù)工藝施工所需條件要求高

因后續(xù)施工期間重型設(shè)備的行走安全性以及對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)（采用QU250 型履帶吊，自重250t，鋼筋籠及鎖具自重為30t，履帶間距6.4m，鎖口管頂升反力最大約600t），根據(jù)對(duì)原結(jié)構(gòu)頂板進(jìn)行的復(fù)核計(jì)算，175mm頂板無(wú)法滿(mǎn)足道路承載力要求，因此需要通過(guò)對(duì)地下室頂板進(jìn)行支撐加固，使地下室上方能夠承受大型施工設(shè)備的荷載，然后在地墻成槽施工范圍兩側(cè)采用深導(dǎo)墻進(jìn)行隔離，避免地墻循環(huán)泥漿流入地下室。

4 利用既有地下室改建技術(shù)研究

4.1 加強(qiáng)頂板設(shè)計(jì)方案選擇

既有建筑為90年代初建成，地下室結(jié)構(gòu)形式：最大柱距為：7.8m×8.4m，頂板厚度為175mm，采用單向板布置，主梁為450×800，次梁為400×600。底板厚度500mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)情況，計(jì)算分析了三種方案，具體如表1。

方案一中，梁板結(jié)構(gòu)的變形及受力均滿(mǎn)足規(guī)范要求，變形最大3.2mm，板的最大壓應(yīng)力11.7MPa；方案二中，梁板結(jié)構(gòu)的變形滿(mǎn)足規(guī)范要求，但是300mm 厚現(xiàn)澆板的最大壓應(yīng)力達(dá)到14.6MPa，超出了規(guī)范的允許值；方案三中，梁板結(jié)構(gòu)的變形及受力均滿(mǎn)足規(guī)范要求，變形最大3.5mm，板的最大壓應(yīng)力11.7MPa。結(jié)合計(jì)算和施工便捷綜合考慮，采用方案一進(jìn)行頂板加固施工。

表1

4.2 深導(dǎo)墻設(shè)計(jì)方案分析

根據(jù)新建圍護(hù)地連墻的位置，沿地墻兩側(cè)布置深導(dǎo)墻，并與新澆筑350mm 厚加強(qiáng)頂板相連。經(jīng)計(jì)算導(dǎo)墻最大應(yīng)力3.34MPa，導(dǎo)墻最大位移5.4mm，導(dǎo)墻上最大彎矩82.3kN·m，導(dǎo)墻底部節(jié)點(diǎn)處的剪力最大值為100kN/m。

圖1 深導(dǎo)墻配筋圖及計(jì)算分析圖

5 既有地下結(jié)構(gòu)改造施工實(shí)踐

根據(jù)“先撐后拆”的總體原則，保證對(duì)周邊環(huán)境影響最小，對(duì)地下室先進(jìn)行鋼支撐、深導(dǎo)墻加固施工，再進(jìn)行350mm加強(qiáng)頂板澆筑。

5.1 鋼管立柱安裝

鋼管立柱由活絡(luò)頭，中間管，固定端組成，配置長(zhǎng)度比凈空略短10cm，在地面拼裝完成后，用汽車(chē)吊從外部垂直吊起，然后用叉車(chē)托住立柱進(jìn)行水平運(yùn)輸與安裝位置；把拼裝好的立柱用叉車(chē)運(yùn)至到位；安裝時(shí)活絡(luò)頭端朝下，用叉車(chē)吊著固定端把立柱豎起，放在樓板下，臨時(shí)固定。用叉車(chē)把千斤頂放置在活絡(luò)頭上，通過(guò)液壓裝置加壓，油表讀數(shù)0.6MPa。加壓后，用鋼鍥把活絡(luò)頭固定好，然后松開(kāi)液壓，取走千斤頂。

鋼管柱上下底座采用700×700×20 鋼錨板，上底座開(kāi)孔，并植入鋼筋于梁中，鋼筋穿入孔中，并與鋼錨板焊接連接。下底座需設(shè)500×500×10 三角形綴板，與鋼管柱樁身焊接連接，并于底板植筋8根，用于固定下底座鋼錨板。

5.2 深導(dǎo)墻作業(yè)

先對(duì)地墻區(qū)沿線的所影響地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑿除或鏈鋸切割，比如原汽車(chē)坡道和樓梯等。再根據(jù)地墻和既有結(jié)構(gòu)的墻的位置關(guān)系，通過(guò)與設(shè)計(jì)單位的協(xié)商，局部微調(diào)地墻的位置，利用原結(jié)構(gòu)外墻做一側(cè)深導(dǎo)墻，僅施工單側(cè)深導(dǎo)墻。

圖2 單側(cè)深導(dǎo)墻

圖3 雙側(cè)深導(dǎo)墻

后續(xù)地墻的工藝，槽壁加固分為兩種類(lèi)型：三軸攪拌樁和MJS旋噴樁。MJS工藝在槽段中心點(diǎn)進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)噴漿，對(duì)深導(dǎo)墻寬度無(wú)影響。三軸攪拌樁需在地墻兩側(cè)進(jìn)行槽壁加固，槽段寬度需滿(mǎn)足3m，該位置需增設(shè)一道混凝土擋墻，在槽壁加固施工完成后，施工常規(guī)導(dǎo)墻即可。

5.3 水平傳力帶實(shí)施

既有建筑地下室改造過(guò)程中涉及原地下一層結(jié)構(gòu)分割為四個(gè)獨(dú)立的封閉地下結(jié)構(gòu)，這就導(dǎo)致原地下結(jié)構(gòu)改造后四個(gè)單元之間無(wú)水平力傳導(dǎo)。施工時(shí)在頂板和底板同時(shí)每隔10m設(shè)置傳力帶（后期地墻施工前分段鑿除），減小對(duì)周邊環(huán)境影響。待后續(xù)在槽段內(nèi)回填土方后，分段進(jìn)行水平傳力帶的拆除。

5.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

頂板支撐加固施工自2016年7月進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行施工，至2017年7月基本完成，中間穿插進(jìn)行了部分清障工程和主樓拆除，在共同影響作用下，對(duì)地鐵2 號(hào)線區(qū)間段所造成沉降最大值僅2.7mm，符合設(shè)計(jì)10mm變化量，達(dá)到預(yù)期控制目標(biāo)。

圖4 沉降變化數(shù)據(jù)

6 結(jié)語(yǔ)

既有建筑地下結(jié)構(gòu)改建技術(shù)對(duì)原有結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行改造，從地下室內(nèi)部施工深導(dǎo)墻，即利用原建筑地下室結(jié)構(gòu)外墻作為導(dǎo)墻，導(dǎo)墻深度達(dá)8m，從而保證后續(xù)緊貼原地下室的地下連續(xù)墻施工。同時(shí)在原地下室內(nèi)部進(jìn)行加固，以提高地下室頂板的承載能力，使普通的地下室結(jié)構(gòu)頂板能夠滿(mǎn)足數(shù)百?lài)嵵匦蛙?chē)輛行駛的要求。既有建筑地下工程改建提供一種技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)可行、綠色環(huán)保的施工方法，幫助城市在保留老建筑風(fēng)貌的同時(shí)改善其功能、拓展其空間，為城市的持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。