邻近建筑物保护技术在地下工程施工中的研究与实践

为了避免基坑工程施工对周边保护建筑造成破坏，在项目实施之前分析地下工程施工对周边保护建筑的影响，并相应采取一定的保护措施，将地下工程施工对保护建筑的影响降低至最小。

本工程基坑周边的6幢市级历史保护建筑距离基坑较近，其中根据分区施工情况：3区基坑开挖阶段，6#、7#、10#建筑分别邻近地下二层开挖边线，为主要保护区域。1区基坑开挖阶段，7#、10#建筑分别邻近地下二层开挖边线，8#、9#邻近地下一层开挖边线，为主要保护区域。2区基坑开挖阶段，6#、11#建筑邻近地下二层开挖边线，为主要保护区域。

根据上述情况，在基坑施工之前对保护建筑进行预加固处理方案设计作为应急预案，以10#建筑为例，采用基础托换及加固的方式对10#建筑进行保护。

1.加固方法比选

基础加固托换的方法目前有很多，其中比较成熟和常用的有锚杆静压桩与树根桩。

树根桩是一种小直径的钻孔灌注桩，其直径通常为100～300 mm，在托换工程中使用时，往往要钻穿既有建筑物的基础进入地基土中直至设计标高，清孔后下放钢筋，同时放入注浆管，再用压力注入水泥浆，边灌、边拔管而成桩。

锚杆静压桩是在既有建筑物基础上按设计要求开凿压桩孔和锚杆孔，用黏结剂埋好锚杆，然后安装压桩架与建筑物基础连成一体，并利用既有建筑自重作反力，用千斤顶将预制桩段逐段压入土中，桩段间用硫磺胶泥或焊接连接。当压桩力或压入深度达到设计要求后，再将桩头与原基础用微膨胀混凝土浇筑在一起，桩即可迅速受力，从而达到控制沉降的目的。

根据本工程的特点，从施工难易程度和实施效果对树根桩法与锚杆静压桩法进行比选。

锚杆静压桩基础托换方案要先对原基础进行基础托换，再进行压桩，该方案需要到房屋内施工，因此施工难度相对较大，施工工期也相对较长；而树根桩加固仅需在建筑物外侧施工，施工相对简单。该两种方案施工前均需摸清建筑物管线情况，但锚杆静压桩基础托换方案对建筑物正常使用影响相对较大。

保护建筑自身基础由于是大放脚基础，整体性差，刚度弱。树根桩隔离加固方案是在建筑物外侧施工，仅对土体起到隔离作用，保护建筑自身刚度未得到加强；而锚杆静压桩基础托换方案是将建筑外墙基础进行整体加固，同时施工锚杆静压桩又能对土体起到隔离作用，进而减小围护桩桩基施工以及土体开挖对建筑物的影响。因此，锚杆静压桩实施效果要比树根桩隔离加固好。

综上所述，本方案拟采用锚杆静压桩基础托换加固。

2.受力分析及计算

（1）大放脚基础托换

原结构砖墙两侧增设基础梁JCL-1，同时通过设置穿墙连梁JCL-2连接两侧基础梁与结构砖墙为一整体，从而达到基础托换的目的。

条形基础梁宽度应满足锚杆静压桩基础承台的构造要求：①承台周边至边桩的净距不宜小于200 mm；②承台厚度不宜小于350 mm；③桩顶嵌入承台内长度应为50～100 mm。

（2）托梁设计

托梁承受由墙体传递过来的集中荷载，再将荷载传递给条梁，最后传递给托换桩。由图8-53可以看出，其受力与深受弯构件比较相近。因此，在设计过程中按照深受弯构件的要求进行设计。托梁截面尺寸取h×b=340 mm×350 mm，托梁长度l0=950 mm。

图8-53　基础托换加固示意图（单位：mm）

l0/h=950/340=2.794，2＜2.794＜5，属于一般深受弯构件。

根据《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）（2015年版）附录G，正截面受弯构件符合以下公式：

墙体传递给托梁的弯矩为26 kN/m；纵向受拉钢筋As=345 mm2。

受剪截面验算：

墙体传递给托梁的剪力为110 kN，经验算，斜截面受剪满足要求。

斜截面受剪承载力设计：(www.xing528.com)

图8-54　锚杆静压桩平面布桩大样图（单位：mm）

经验算，仅需按构造要求配箍筋，Ash=70 mm2。

（3）锚杆静压桩

在新增基础梁上预留压桩孔，布设锚杆静压桩进行基础加固（图8-54）。

①按桩身结构强度确定的单桩承载力设计值

根据上海市工程建设规范《地基基础设计规范》（DGJ 08-11—2010）第7.2.8条，预制方桩的承载力设计值为：0.25=783 kN。

②按地基土确定的单桩承载力设计值

采用的计算孔号为G4，孔口标高为3.45 m，桩长22 m，桩顶标高为2.15 m。

表8-8　土层参数

根据上海市工程建设规范《地基基础设计规范》（DGJ 08-11—2010）第7.2.4条，根据土层条件（表8-8）估算：。

综合以上，预制方桩单桩竖向承载力标准值为538 kN，单桩竖向承载力设计值取269 kN。

③整体承载力验算

上部结构荷载基本组合值：Fd=3 200 kN

基础自重：Gd=A×h×r=200×0.34×20=1 360 kN

Fd+Gd=3 200+1 360=4 560 kN

桩基提供支承力n×Rd=49×269=13 181 kN，由于基坑开挖会引起周边建筑物桩基侧向位移，导致基坑外侧一定范围内桩基承载力减小，按50%折减后，桩基支承力为13 181×50%=6 591 kN，50%×n×Rd＞（Fd+Gd）。本次布桩为常规桩基全托换加固方式，建筑物沉降将主要由桩侧土提供，可有效控制建筑物沉降。

3.设计

（1）基础托换

由于原基础为砖砌大放脚条形基础，不能满足锚杆静压桩施工条件，所以在压桩前需对原基础进行托换，在原结构砖墙两侧增设基础梁JCL-1，同时通过设置穿墙连梁JCL-2连接两侧基础梁与结构砖墙为一整体。新增基础梁截面尺寸为700 mm×500 mm，采用C30混凝土，梁底设置150 mm厚C15素混凝土垫层，梁底混凝土保护层厚35 mm。梁内主筋设置应避开预留压桩孔位。托梁截面尺寸为340 mm×350 mm，采用C30混凝土，梁底混凝土保护层厚35 mm。

（2）锚杆静压桩加固

锚杆静压桩是锚杆和静力压桩结合形成的一种桩基础工艺。它是通过在基础上设置锚杆固定压桩架，用建筑物自重作为压桩反力，用千斤顶将桩段逐段压入土中，然后将桩与基础连接在一起，从而达到提高地基承载力和控制沉降的目的。

锚杆静压桩桩型选用MGZa25-211，桩长总长为22 m，单节长度为2 m，共11节，采用焊接接头接桩，桩端进入第⑤2层粉质黏土层约3 m，桩身混凝土强度为C35。

压桩力不得大于该加固部分的结构自重，压桩力为300 kN。锚杆静压桩施工前需进行压桩力测试，如结构自重不满足压桩力要求，可适当增加配重，防止墙体开裂。

4.加固时间安排

考虑到6幢历史建筑使用功能未定，并通过加强基坑支护体设计与基坑施工管理，基坑工程对6幢历史建筑不会产生严重破坏，所以地基加固时间放在国际舞蹈中心建成后，在对6幢历史建筑加固改造时一起进行。