保護(hù)性綜合開發(fā)地下空間的關(guān)鍵技術(shù)研究

張 弛

(上海建工二建集團(tuán)，上海 200080)

0 引 言

文物保護(hù)建筑和優(yōu)秀歷史建筑的地下空間開發(fā)，是多項(xiàng)工程技術(shù)的集成，包括保護(hù)性加固、結(jié)構(gòu)托換、基坑支護(hù)和逆作法等[1]。在上海張園的城市更新項(xiàng)目上，施工情況更復(fù)雜：周邊緊鄰地鐵和超高層等高度敏感結(jié)構(gòu)和建筑[2]，逆作法基坑對周邊環(huán)境有沉降等影響[3]；場地過于狹小，需要通過平移和旋轉(zhuǎn)平移建筑借地；多棟里弄式建筑聯(lián)合體整體平移[4]，中間牌坊連接處為結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)；下穿大截面管幕；地質(zhì)條件和地下已有管線復(fù)雜；原有建筑需要在預(yù)加固基礎(chǔ)上頂升和調(diào)平，以滿足凈空高度提升的建筑設(shè)計(jì)要求；修繕和加固工序繁多[5]；建筑風(fēng)貌保留同時(shí)兼顧結(jié)構(gòu)功能的提升[6]等。

本文研究了如何同時(shí)運(yùn)用基坑內(nèi)、外的建筑整體平移技術(shù)[7]、建筑旋轉(zhuǎn)平移技術(shù)[8]、基坑內(nèi)的建筑物原位托換加固技術(shù)[9,10]、小截面頂管開挖保護(hù)地坪工藝；此外，為了項(xiàng)目需要，還并專門研發(fā)了定制的室內(nèi)狹小空間的打樁設(shè)備，設(shè)計(jì)并試驗(yàn)了新型逆作法中的三種環(huán)梁節(jié)點(diǎn)形式，以及研發(fā)了長距離土方暗挖的新式爬挖機(jī)。

1 工程概述

張園，被譽(yù)為“上海第一園”，緊鄰上海核心路段——南京西路，位于地鐵線2、12和13號線的南京西路站的中間位置，周邊高樓林立，如圖1所示。張園石庫門里弄建筑群具有稀缺性、典型性，是“石庫門藝術(shù)博物館”，共有43棟文物保護(hù)建筑和優(yōu)秀歷史建筑。

張園是國人百年前睜眼看世界的一扇窗口。第一盞電燈、自行車、照相、電影、第一個(gè)熱氣球、電灶、電扇、電鈴，以及各類體育賽事、花會、展銷會，和話劇表演等許多新鮮事物都是在這里第一次展現(xiàn)在國人面前。電影《夜上海》《團(tuán)圓》《股瘋》以及電視劇《孽債》等在此取景。

張園同時(shí)見證了中國近代史上許多重大事件：“裙釵大會”“禁煙運(yùn)動”“剪辮大會”,以及兩次“拒俄集會”、反對“中日二十一條”的“國民大會”等。孫中山先生曾兩次在此演講。此處也留下過“秋瑾、宋教仁、蔡元培”等歷史名人的故事，以及“霍元甲威震外國武師”的傳奇。

圖1 張園項(xiàng)目

張園保護(hù)性綜合開發(fā)地下空間項(xiàng)目，因其復(fù)雜程度，設(shè)計(jì)采用國內(nèi)外招標(biāo)。張園地區(qū)按平面位置分為東區(qū)、南區(qū)、中區(qū)、西區(qū)和北區(qū)。北區(qū)需要進(jìn)行老舊房屋和違建的拆遷，以及建筑平移。此外，大型人行和水電管幕需要下穿此區(qū)到西區(qū)北部。中區(qū)施工場地狹小，含有數(shù)量龐大的保護(hù)建筑，全部地上房屋托換，并需要采用逆作增設(shè)地下室；西南角1、2號兩棟建筑需要整體在基坑外，旋轉(zhuǎn)移動至南區(qū)場地內(nèi)。中區(qū)地下室的基坑開挖需待東、北二區(qū)基坑完成。中區(qū)是整個(gè)場地的核心區(qū)域和施工的關(guān)鍵線路區(qū)域。南區(qū)先拆除原有建筑，成為整個(gè)場地的進(jìn)出口，以及機(jī)械和材料堆放場地。西區(qū)全體建筑需要加固和原味裝修。全場都需要采用小管幕開挖和切割技術(shù)，保護(hù)地坪。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基坑內(nèi)、外平移

目前平移的方式大致分為三類：SPMT拖車式平移(圖2a)、頂推式平移(圖2b)、步履式平移(圖2c)。中區(qū)施工范圍狹小平移路徑復(fù)雜，故選擇無須設(shè)置反力后背、人工少的步履式平移。北區(qū)三棟建筑平移距離較近(38.5 m)，且為場地內(nèi)直線平移，故選擇工藝較成熟、安全性高的頂推式平移。

圖2 建筑平移方式

兩棟建筑位于中區(qū)地塊內(nèi)，將兩棟建筑平移至南區(qū)臨時(shí)地址存放，待原址地下室頂板完成后回移至原址位置(圖3a)。北區(qū)平移三棟建筑至北區(qū)西側(cè)中間地址位置，待東區(qū)圍護(hù)樁以及原址地下室頂板施工完成后回遷至原址(圖3b)。

圖3 建筑平移工作安排

2.2 基坑內(nèi)托換

基坑內(nèi)托換工藝(中、北區(qū))的基本流程：室內(nèi)土方開挖、托換梁施工(在扎鋼筋時(shí)在梁中預(yù)埋方孔，為后續(xù)的靜壓樁留位置)、在室內(nèi)低凈空條件下打靜壓樁，調(diào)平(根據(jù)設(shè)計(jì)要求決定是否在頂升后調(diào)平)，運(yùn)用低凈空長距離暗挖設(shè)備進(jìn)行土方開挖，最后封裝及連接(圖4)。

圖4 基坑內(nèi)托換工藝

2.3 小截面頂管

小截面管幕的開挖，貫穿整個(gè)張園地面瓷磚和馬賽克等地坪的保護(hù)。可使用的小截面頂管開挖機(jī)械有螺旋出土頂管和地箭式頂管。地箭式頂管包括：液壓頂推系統(tǒng)、前導(dǎo)向鉆頭、前導(dǎo)向管和擴(kuò)孔切削頭(圖5)。

圖5 小截面頂管工藝

2.4 室內(nèi)工程打樁

文物保護(hù)建筑的地下逆作開挖地下室。需要在原味保護(hù)的基礎(chǔ)上，全建筑加固和托換。需要在室內(nèi)開展低凈空的打樁。為此，研發(fā)了全新的低凈空打樁設(shè)備。張園中區(qū)狹小的房間(打樁時(shí)候面臨的現(xiàn)場條件)。建筑長、寬、高的尺寸都較小，傳統(tǒng)的打樁設(shè)備都較大，無法在室內(nèi)打樁，為此，本工程研發(fā)了室內(nèi)低凈空打樁機(jī)。

錨桿樁和托換梁做完，在上部加固好后，才可以在房間里打鉆孔灌注樁，是在做好錨桿樁和夾壁梁的狀態(tài)下。目前為張園專門研發(fā)的全新設(shè)備已在加工階段，將在2022年春節(jié)后進(jìn)行全仿真狀態(tài)試打。設(shè)備可在4m凈空下，從0.7m×1.9 m門進(jìn)入室內(nèi)，室內(nèi)空間最小尺寸為2.6m×3.9 m。

圖6 低靜空打樁設(shè)備

2.5 長距離土方暗挖

在張園中區(qū)，大底板澆筑完后開挖地下一層。最長蓋挖距離可達(dá)到71.35 m(圖7a)，因此研發(fā)了適應(yīng)于逆作法區(qū)域的超長運(yùn)距的低凈空土方暗挖機(jī)械。

圖7 土主暗挖機(jī)械

2.6 樁柱一體

在逆作法中，用澆筑大地板托起上部的加固后的歷史建筑。而地板下部的荷載通過地梁和樁傳給地基。采用了全新的樁柱一體技術(shù)，可認(rèn)為板上的為柱，板下的為樁。板與梁柱的連接形式需要特別的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。為此，專門設(shè)計(jì)了三種環(huán)梁節(jié)點(diǎn)形式。無鋼骨，用這種素樁的節(jié)點(diǎn)形式來代替原來的鋼管柱/鋼格構(gòu)柱。

圖8 樁柱一體的環(huán)梁節(jié)點(diǎn)形式

3 其他技術(shù)

臨近地鐵基坑施工措施還包含基坑槽壁加固施工；地下連續(xù)墻施工，和挖土、支撐、墊層施工。工藝搭接上應(yīng)減小各個(gè)施工對地鐵隧道的疊加影響?？觾?nèi)滿堂加固須在地下連續(xù)墻封閉后實(shí)施。槽壁加固和坑內(nèi)滿堂加固用三軸水泥土攪拌樁，分兩次進(jìn)場施工，地下連續(xù)墻封閉后進(jìn)行坑內(nèi)滿堂加固，減小大面積土體加固對周邊環(huán)境的影響。地下連通道開挖在上部結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成改建工作后，剪力墻、鋼梁、鋼筋混凝土板已經(jīng)形成整體，提高保護(hù)建筑的整體剛度。

臨近保護(hù)建筑的深基坑施工技術(shù)還包含控制變形的坑外隔離、地基加固施工，地墻在保護(hù)建筑側(cè)的施工，基坑降水施工，以及低凈空止水帷幕的封閉施工技術(shù)等。

4 結(jié)束語

作為臨近地鐵、超高層的市中心的文保與優(yōu)秀歷史建筑的保護(hù)性增設(shè)地下三層的綜合開發(fā)項(xiàng)目，張園項(xiàng)目技術(shù)集成度高，項(xiàng)目難度大，機(jī)械化程度高，工期緊，場布巧妙，施工組織管理精細(xì)。其施工做法可為此類文保類城市更新項(xiàng)目提供參考。