保留基礎(chǔ)條件下某工程重建方案的探索和應(yīng)用

江岳春

（上?？辈煸O(shè)計研究院（集團）有限公司，上海 200093）

0 引 言

近年來，隨著城市開發(fā)的深入，開發(fā)的項目越來越多，個別項目由于各方面綜合原因造成工程質(zhì)量問題，尤其地基基礎(chǔ)的問題，對建筑結(jié)構(gòu)造成的損傷不可逆轉(zhuǎn)，甚至迫于各方壓力到了拆除重建的地步，但地下室拆除重建[1]對周邊建筑的影響大，實施困難。本文以某項目地下室基礎(chǔ)保留加固，上部拆除重建處理為實例，重點介紹保留地下室基礎(chǔ)加固處理方案[2-5]及實施效果。

1 工程概況

該項目為建于 2018年的新建住宅項目，分為別墅區(qū)和洋房區(qū)，別墅部分為14幢3層聯(lián)排住宅，洋房部分為11幢9～12層小高層，整體設(shè)置1層地下室。主樓與地庫的平面布置見圖1所示。

圖1 本工程平面圖（陰影部分為地下室范圍）Fig. 1 Plan of this project (the shaded area is the basement area)

建成后發(fā)現(xiàn)別墅區(qū)出現(xiàn)不均勻沉降造成上部結(jié)構(gòu)傾斜且無收斂趨勢，同時出現(xiàn)梁柱節(jié)點及填充墻開裂。見圖2～3所示。

圖2 梁柱節(jié)點開裂Fig. 2 Cracking of beam-column joints

圖3 填充墻開裂Fig. 3 Cracking of filler wall

1.1 建筑概況

聯(lián)排別墅建筑外包尺寸長51 m（3單元）或33.8 m（2單元），寬為10.7 m，高度均為11.6 m，別墅與洋房交界處外墻間距約為12.5 m，室內(nèi)外高差0.3 m。

1.2 結(jié)構(gòu)概況

別墅結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，框架結(jié)構(gòu)，1層地下室。結(jié)構(gòu)安全等級二級，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級，建筑抗震設(shè)防類別為標(biāo)準設(shè)防類[6]，抗震設(shè)防烈度為6度（0.05 g），設(shè)計地震分組第二組，場地類別Ⅳ類，場地特征周期0.75 s。

本工程基礎(chǔ)形式如下：采用天然地基筏板基礎(chǔ)，板厚400 mm，柱墩厚度600 mm，混凝土強度C30，經(jīng)過深度修正后地基承載力85 kPa。別墅與別墅間純地庫區(qū)域設(shè)置抗拔樁，采用300 mm×300 mm方樁，樁長9 m（單節(jié)），樁端位于②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，單樁豎向抗拔極限承載力標(biāo)準值180 kN。

1.3 現(xiàn)狀概況

主體結(jié)構(gòu)封頂后進行地下室頂板和周邊綠化覆土，在此期間，由于主樓兩側(cè)土壓力不均衡回填及大面積覆土引起的附加應(yīng)力，造成主樓均向臨土側(cè)傾斜[7]。根據(jù)2019年6月19日的房屋檢測報告，各樓棟最大傾斜率為2.0‰～14.6‰，其中7棟主樓最大傾斜率超出限值4‰（根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007—2011）中[8]的第5.3.4條及表5.3.4，對于多層建筑的整體傾斜，當(dāng)Hg＜24 m，整體傾斜率限值為4.0‰，其中Hg為自室外地面起算的建筑物高度）。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)本工程勘察報告，場地地貌單元為長江三角洲沖積平原，地貌單一。各層土及主要物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 土層及其主要物理力學(xué)性質(zhì)Table 1 Soil layer and its main physical and mechanical properties

3 傾斜原因分析

根據(jù)本工程地層、建筑及結(jié)構(gòu)設(shè)計資料、施工資料及檢測報告，別墅區(qū)出現(xiàn)不均勻沉降和傾斜的原因分析如下：

（1）場地地質(zhì)條件較差，表層有10～12 m淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。底板基底位于第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，該層土呈流塑狀，具有低強度、壓縮性高、埋深淺的特點，在荷載作用下容易產(chǎn)生壓縮變形。

（2）場地內(nèi)回填土層較厚，覆土回填時造成建筑物兩側(cè)土壓力不平衡。綠化覆土厚度平均為2.0～2.5 m，相當(dāng)于36～45 kPa大面積堆載，基底以下的軟弱黏性土在該堆載作用下出現(xiàn)了明顯的壓縮變形，由于主樓非四周均臨土，導(dǎo)致臨土側(cè)沉降加劇?；赝梁穸仁疽鈭D見圖4所示。

圖4 回土厚度示意圖Fig. 4 Schematic diagram of returning soil thickness

（3）主體建筑物為多層結(jié)構(gòu)，未設(shè)樁基，且體型呈長條形，對差異沉降敏感。主樓寬度為10.7 m，每產(chǎn)生1 cm的差異沉降，將產(chǎn)生近1‰的傾斜。

4 加固方案

4.1 建筑物特點

根據(jù)本項目勘察、設(shè)計、施工、檢測及監(jiān)測資料，并結(jié)合現(xiàn)場踏勘，本項目具有如下特點：

（1）在地面大面積堆載作用下，淺層的淤泥質(zhì)土的壓縮固結(jié)是一個長期的過程，由此不均勻沉降將持續(xù)發(fā)展，基礎(chǔ)加固應(yīng)考慮大面積堆載的不利影響。

（2）主體結(jié)構(gòu)體型和布置形式對差異沉降非常敏感，因此加固方案既要考慮工后永久沉降控制，還應(yīng)著重考慮施工過程中的拖帶沉降控制。

（3）由于基礎(chǔ)底板埋深約5 m，水位一般在地面以下0.5 m，因此底板下有一定水壓，施工過程中如底板開洞應(yīng)充分考慮排水措施。

（4）主樓地下室區(qū)域凈高4.3 m，相對充裕，但純地庫區(qū)域凈高僅有 2.8 m，且現(xiàn)場部分區(qū)域頂板處已鋪設(shè)好風(fēng)管和消防管線，凈空在2 m左右，施工凈空狹小，需要選擇合理的施工設(shè)備。

（5）本工程計劃在完成基礎(chǔ)加固后原位重建上部主體部分，由于拆除主樓相當(dāng)于卸載，需考慮該工況下的基礎(chǔ)穩(wěn)定性。

4.2 加固方案分析

（1）抗壓設(shè)計

原設(shè)計地基基礎(chǔ)基本能完全承擔(dān)上部荷載，但由于基底位于淤泥質(zhì)土層且地庫體型較不規(guī)則，純地庫區(qū)域間又設(shè)有抗浮樁，當(dāng)土方回填時造成基底下方附加應(yīng)力分布不均，從而產(chǎn)生差異沉降。

因此，基礎(chǔ)加固應(yīng)針對整個地庫基礎(chǔ)，將原天然基礎(chǔ)調(diào)整為以減沉為目的的復(fù)合樁基方式，將建筑物正常使用工況下的荷載通過樁基傳至較好的沉降壓縮層上，形成新老基礎(chǔ)協(xié)同作用，同時通過不同樁型和樁距的布置方式，調(diào)整基底受力分布，從而減少差異沉降。

（2）抗浮設(shè)計

由于前期地庫抗浮設(shè)計采用了較低的水位，原抗拔樁樁長偏短，為避免后期雨季出現(xiàn)地下室上浮問題，本次加固考慮對地庫抗浮進行補強。

（3）樁基選型

主樓區(qū)域采用變截面鋼管樁[9]，底部設(shè)置小直徑段，一方面可以增加樁基入土深度，另一方面減少對土體的擾動。

地庫區(qū)域荷載較小，且有抗浮需要，采用等截面鋼管樁，樁長相對減短。

（4）底板加固

樁基完成后對原底板增加疊合板，一方面補強樁基開孔對原底板的削弱，同時增強底板剛度，協(xié)調(diào)樁基變形，減緩不均勻沉降。

4.3 基礎(chǔ)加固措施

（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)荷載分布，進行基礎(chǔ)補強布樁，按照荷載的30%～50%控制樁數(shù)，兼顧建筑物沉降傾斜規(guī)律，在沉降較大的堆土側(cè)適當(dāng)增加補樁密度，補樁樁位盡量貼近結(jié)構(gòu)柱，保證荷載的有效傳遞。

（2）基礎(chǔ)加固施工前，在純地庫區(qū)域（沉降較小側(cè)）設(shè)置泄水孔，減小不均勻沉降速率。

（3）主樓一般區(qū)域鋼管樁采用Ф219×8 mm，長度26 m（單節(jié)1.5～2.5 m），變截面段采用鋼管Ф95× 8 mm，長度0.5 m，樁端閉口，以第⑥層粉質(zhì)黏土為樁基持力層。樁內(nèi)C20混凝土填芯。單樁豎向抗壓承載力特征值取380 kN。

（4）地下車庫區(qū)域鋼管樁采用Ф219×8 mm，長度為18 m（單節(jié)1.5～2.5 m），以第⑤層粉質(zhì)黏土為樁基持力層，抗壓兼抗拔，樁端閉口，樁內(nèi)C20混凝土填芯。單樁豎向抗壓承載力特征值取200 kN，單樁豎向抗拔承載力特征值取110 kN。

（5）封樁以后，鑿除地下室底板原有建筑面層，增設(shè) 200 mm厚的鋼筋混凝土疊合板，內(nèi)配Ф16@150雙向鋼筋網(wǎng)，新增板通過錨筋與原底板進行可靠連接。

（6）由于本項目樓棟較多，補樁方案各樓棟基本一致，故以15號樓為例進行樁位布置，共計補樁66根錨桿靜壓鋼管樁，詳見圖5。

圖5 15號樓補樁樁位布置圖Fig. 5 Pile location layout of pile supplement of building 15

5 有限元分析

采用數(shù)值分析的方法對基礎(chǔ)加固及后續(xù)拆除重建過程中沉降變化進行模擬分析。綜合考慮分析問題的合理性、計算速度和模型規(guī)模，采取二維有限元平面應(yīng)變模型進行分析。

分析過程中，針對不同分析對象采用不同的單元類型和本構(gòu)關(guān)系，具體詳見表 2，分析模型的豎向底部采用全自由度約束，側(cè)面采用側(cè)向約束。計算模型、結(jié)果見圖6～11及表3所示。

表2 分析單元類型與本構(gòu)模型Table 2 Analysis unit types and constitutive models

圖6 綠化覆土后房屋沉降Fig. 6 Settlement of houses after greening and covering soil

圖7 綠化覆土后房屋傾斜示意Fig. 7 Schematic diagram of houses inclination after greening and covering soil

（2）工況2：完成基礎(chǔ)加固后拆除上部結(jié)構(gòu)

圖8 基礎(chǔ)加固并拆除上部結(jié)構(gòu)后的地下室沉降Fig. 8 Settlement of basement after foundation reinforcement and removal of superstructure

圖9 基礎(chǔ)加固并拆除上部結(jié)構(gòu)后的地下室傾斜示意Fig. 9 Schematic diagram of inclination of basement after foundation reinforcement and removal of superstructure

（3）工況3：原址重建上部結(jié)構(gòu)

圖10 原址重建后房屋沉降Fig. 10 Settlement of houses after reconstruction on the original site

圖11 原址重建后房屋傾斜示意Fig. 11 Schematic diagram of houses inclination after reconstruction on the original site

表3 有限元分析結(jié)果匯總Table 3 Summary of finite element analysis results

模型計算的邊界約束條件假設(shè)為左右兩側(cè)邊界不發(fā)生水平位移，下部邊界不發(fā)生垂直位移，上部邊界為自由邊界。

主要對以下3個工況進行模擬

工況1：加固前覆土堆載引起差異沉降

工況2：完成基礎(chǔ)加固后拆除上部結(jié)構(gòu)

工況3：原址重建上部結(jié)構(gòu)

（1）工況1：加固前覆土堆載引起差異沉降

6 監(jiān)測結(jié)果

拆除重建施工中監(jiān)測點位均遭到一定程度的破壞，于2020年11月17日進行了重新布點監(jiān)測。主要針對重新布點后的數(shù)據(jù)進行分析。加固重建施工于2020年12月31日基本結(jié)束，最近100 d左右的沉降速率小于0.04 mm/d，符合規(guī)范《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ 8—2016）中[10]的第7.1.5條第4款的規(guī)定：當(dāng)最后100 d的最大沉降速率小于0.01～0.04 mm/d時，可認為已達到穩(wěn)定狀態(tài)。

由于本項目樓棟較多，沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)各樓棟基本一致，故以15號樓為例進行詳細闡述。15號共布置8個監(jiān)測點位，其點位布置圖見圖12，其沉降發(fā)展趨勢見圖13。

圖12 15號樓沉降監(jiān)測點布置圖Fig. 12 Layout of settlement monitoring points of building 15

圖13 沉降發(fā)展趨勢（2020年11月17日至2021年5月7日）Fig. 13 Development trend of settlement(November 17, 2020 to May 7, 2021)

由圖13可看出，從2021年1月8日開始沉降趨勢趨于平緩，加固重建工作于2020年12月31日基本結(jié)束，與施工工況一致，經(jīng)過一段時間休止，最近100 d沉降發(fā)展曲線平緩，基本無新增沉降，達到沉降穩(wěn)定狀態(tài)，基礎(chǔ)加固效果明顯。

7 結(jié) 論

對于質(zhì)量問題的新建項目處理，本項目采用地下室基礎(chǔ)保留加固，上部拆除重建的方案。既達到了拆除重建的目的，又避免了地下室拆除重建對周邊建筑的影響。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，沉降已達到穩(wěn)定狀態(tài)，基礎(chǔ)加固效果明顯。

該項目順利實施對后續(xù)類似項目及城市更新既有建筑升級改造中類似情況的處理都有著重要的參考意義。