既有建筑增加地下室半地下室）關(guān)鍵技術(shù)研究

王崢嶸

摘 要：隨著城市化的不斷發(fā)展，城市土地資源與空間發(fā)展的矛盾日益突出。既有建筑物增加地下室或半地下室，對(duì)提高土地利用率、緩解中心城市密度起到不容忽視的作用。

關(guān)鍵詞：逆作法;豎向支承體系;基坑支護(hù);土方工程施工

文章編號(hào)：2095-4085（2020）04-0070-02

在現(xiàn)代城市發(fā)展中，可利用的土地資源越來(lái)越少，從節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境等方面綜合考慮，在保留既有建筑的前提下，采用增加地下室的改造方式對(duì)我國(guó)新型城市化進(jìn)程具有重要意義。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 逆作法原理

逆作法技術(shù)，是利用地下室中的基坑的圍墻和坑內(nèi)的豎向立柱用作“逆作”階段的豎向承重體系，利用地下室自身的結(jié)構(gòu)層的梁板作為基坑圍護(hù)的內(nèi)支撐，以±0.000層（或地下一層）為起始表面，由上而下進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)的“逆作”施工，同時(shí)由下而上進(jìn)行上部主體結(jié)構(gòu)的施工，組成上下平行的立體作業(yè)。

既有建筑增建地下室的工藝原理與上述逆作法技術(shù)相似，其總體作業(yè)流程也是先施工周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)和豎向支承體系（即基礎(chǔ)托換系統(tǒng)），再逆作開挖下部土方，邊開挖邊施工地下結(jié)構(gòu)，開挖至基底標(biāo)高時(shí)澆筑基礎(chǔ)底板，最后施工地下室外墻及豎向承重構(gòu)件（框架柱、剪力墻等）。

對(duì)既有建筑地下逆作開挖增建地下室來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面。

（1）豎向支承體系（托換技術(shù)）是既有建筑地下逆作增層能否成功實(shí)施的最核心、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。既有建筑地下增層時(shí)，既有建筑物荷重一開始就要全部由豎向支承體系（即托換系統(tǒng)）來(lái)承擔(dān)。另外，由于受施工條件限制，大型施工設(shè)備無(wú)法進(jìn)入既有建筑內(nèi)部進(jìn)行施工，因此既有建筑地下增層工程大多采用錨桿靜壓樁等小型樁來(lái)進(jìn)行托換，其承載力和穩(wěn)定性相對(duì)較小，一般僅用于上部層數(shù)較少的既有建筑。

（2） 某些項(xiàng)目要求在地下逆作增層階段上部建筑處于不停業(yè)狀態(tài)，此時(shí)豎向支承體系不僅要求在承載力方面能絕對(duì)保證上部結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)還要嚴(yán)格控制立柱之間的差異變形（沉降），使上部結(jié)構(gòu)不至于產(chǎn)生過(guò)大的附加變形而引起結(jié)構(gòu)開裂或影響其正常使用功能。

（3）地下土方開挖難度比常規(guī)逆作法工程更大。常規(guī)逆作法工程在利用地下結(jié)構(gòu)樓板作為基坑水平支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，往往結(jié)合建筑平面布置設(shè)置多個(gè)尺寸較大的預(yù)留洞口，作為地下逆作施工階段土方運(yùn)輸、材料和機(jī)械設(shè)備進(jìn)出的施工臨時(shí)洞口。而對(duì)于既有建筑地下增層工程來(lái)說(shuō)，往往難以按需要留設(shè)臨時(shí)施工洞口，一般情況下需采用小型挖機(jī)配合人工挖土，有時(shí)甚至以人工開挖方式為主，因而下部土方逆作開挖難度更大。

（4）基礎(chǔ)底板結(jié)構(gòu)和豎向承重構(gòu)件與臨時(shí)托換構(gòu)件和上部既有結(jié)構(gòu)之間的連接構(gòu)造十分復(fù)雜，如何確保新增地下室墻、柱等豎向承重構(gòu)件頂部與既有建筑基礎(chǔ)之間的連接和傳力可靠，如何保證新澆筑混凝土承臺(tái)、地梁或底板與托換系統(tǒng)的立柱樁之間的抗剪連接和防水可靠，是既有建筑增建地下空間的核心技術(shù)。

（5）另外，新增地下室墻、柱等豎向承重構(gòu)件施工前，上部結(jié)構(gòu)即地下結(jié)構(gòu)的所有荷重均由錨桿靜壓樁等豎向支承體系承擔(dān)。

1.2 豎向支承體系（基礎(chǔ)托換系統(tǒng)）選型與布置

新增地下室框架、剪力墻等豎向承重構(gòu)件施工前，既有建筑物的全部荷重均由豎向支承體系（即既有建筑基礎(chǔ)托換系統(tǒng)）承擔(dān)，見圖1。因此，豎向支承體系必須具有足夠的剛度和承載力，確保上部既有建筑在豎向荷重即側(cè)向荷載（如風(fēng)荷載等）作業(yè)下的承載力和穩(wěn)定性要求，豎向支承體系大多只能采用錨桿靜壓樁等小型樁，作為既有建筑基礎(chǔ)以下逆作開挖增層施工階豎向支承體系。

錨桿靜壓樁應(yīng)按“對(duì)稱布置、受力均衡”的原則，以一根框架柱為一組，采用“一柱兩樁”、“一柱四樁”等形式進(jìn)行布置。當(dāng)利用原柱下獨(dú)立基礎(chǔ)作為每組錨桿樁共同工作的轉(zhuǎn)換承臺(tái)時(shí)，可在原獨(dú)立柱基的上方另行澆筑混凝土轉(zhuǎn)換承臺(tái)的方式。

由于錨桿靜壓鋼管樁施工前，上部既有建筑物及其基礎(chǔ)的全部荷重均已作用在原工程樁上，可通過(guò)在鋼管靜壓樁到位后，通過(guò)設(shè)置臨時(shí)反力架使鋼管樁樁頂封孔前保留一定的預(yù)壓力，并在原地下一層基礎(chǔ)底板的上方澆筑厚500mm的“反向柱帽”，使新增錨桿樁與原工程樁之間能整體受力，共同承擔(dān)上部既有結(jié)構(gòu)的豎向荷載。

1.3 新增基礎(chǔ)底板及地下室墻、柱設(shè)計(jì)

新增地下室底板宜采用平板式筏形基礎(chǔ)或防水底板結(jié)合柱下獨(dú)立基礎(chǔ)（或獨(dú)立承臺(tái)）的布置形式，避免設(shè)置基礎(chǔ)梁。

基礎(chǔ)底板（或承臺(tái)）與支承樁（如錨桿靜壓樁或原工程樁）之間的抗剪連接及防水構(gòu)造也是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。當(dāng)支承樁為混凝土灌注樁時(shí)，可在灌注樁表面拋圓后通過(guò)螺栓將鋼樁套與灌注樁連接，并在樁和樁套間進(jìn)行壓力灌漿。

對(duì)于“一柱一樁”式的豎向支承體系，宜將樁直接作為新增地下室的結(jié)構(gòu)柱使用?？蓪⒃こ虡朵摻罨\外側(cè)的保護(hù)層鑿除并鑿毛，再在其外側(cè)外包混凝土，形成地下二層的永久結(jié)構(gòu)柱。

對(duì)于“一柱多樁”的情況，由于支承樁均不在結(jié)構(gòu)柱的軸線位置，待新增柱施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，需要將施工階段由支承樁承擔(dān)的全部荷載二次轉(zhuǎn)移至新增柱上。在荷載轉(zhuǎn)移過(guò)程中，新增柱在重力荷載作用下將產(chǎn)生一定的壓縮變形，柱混凝土本身的收縮徐變效應(yīng)也將進(jìn)一步增大其變形量，這將導(dǎo)致現(xiàn)有上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不同程度的附加內(nèi)力和變形，這會(huì)對(duì)上部結(jié)構(gòu)力產(chǎn)生不利影響。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以將新的地下結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)成鋼混凝土柱，首先將鋼柱安裝在柱中，并在鋼柱的底部設(shè)置頂緊裝置，使鋼柱先受力，然后澆筑柱子的混凝土部分?？梢酝ㄟ^(guò)“分段澆筑，分批拆除并再次填充分段”的方式進(jìn)行新增加的地下室中的剪力墻的（核心筒）支撐施工。

1.4 基坑支護(hù)和土方開挖

周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)條件、基坑開挖深度和支護(hù)變形因素的控制要求等綜合考慮后確定，當(dāng)開挖深度較淺、土質(zhì)條件較好、周邊環(huán)境情況簡(jiǎn)單時(shí)，可采取放坡開挖或采用重力式擋墻、復(fù)合土釘墻等支護(hù)形式，當(dāng)開挖深度較深或周邊環(huán)境條件復(fù)雜時(shí)，可采用圍護(hù)墻結(jié)合內(nèi)支撐的支護(hù)形式。

土方開挖分為大面土體開挖和細(xì)部土體清除兩部分。大面積土體開挖保留樁側(cè)土體，將地下室底板底標(biāo)高深度土體開挖完畢后，再進(jìn)行細(xì)部樁周土體清除。

在實(shí)際施工過(guò)程中，因特殊原因暫停施工時(shí)，基坑內(nèi)支護(hù)體系變形卻并未隨之停止。因此，當(dāng)土方工程施工完成后，應(yīng)立即進(jìn)行地下室底板混凝土澆筑施工，以減少坑底暴露時(shí)間，必要時(shí)，可以對(duì)坑底土體進(jìn)行加固。

2 結(jié) 語(yǔ)

增加建筑物的地下室這一節(jié)地措施，是在城市發(fā)展中缺乏對(duì)城市地下空間資源的有效利用而提出的，在改造過(guò)程中，還能與抗震加固和改造技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可在增建建筑使用面積、提升建筑使用功能的同時(shí)，改善既有建筑的受力性能，增強(qiáng)房屋的抗震能力。因此，從節(jié)約資源，提升功能、保護(hù)環(huán)境等方面綜合考慮，采用增加地下室的改造方式對(duì)我國(guó)新型城市化進(jìn)程具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50009-2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2]范世平，孔廣亞.建筑物加固改造技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2007，（32）.