赵永强

上海市基础工程集团有限公司 上海 200002

如今，国内一线城市的土地资源日益稀缺，新建工程的成本极为昂贵。然而受技术水平及经济条件的影响，国内20世纪80年代以前的老旧建筑对地下空间的开发和利用较少，将其全部整体拆除重建不但在经济上不合理，也影响城市风貌的传承。因此，如何合理改造老旧建筑，关系人民福祉，是在工程建设领域落实绿色发展理念的具体体现，是促进生态文明建设的必然选择[1]。本文将以某工程地下室扩建的案例为背景，介绍旧建筑地下结构改造技术，主要内容包括为提高既有结构的承载力进行的旧建筑加固和地下障碍物清除。

1 工程概况

1.1 工程背景

上海某大楼建成于1987年，是上海中心城区当时著名的五星级酒店，原结构主楼30层，裙房5层，设1层地 下室。

1.2 地质水文

本次勘探结果及原勘察报告揭露，拟建场地在 120.30 m深度范围内的地基土属第四系中更新统Q2至全新统Q4沉积物，主要由饱和黏性土、粉性土及砂土组成，一般具有成层分布特点。在工程深度影响范围内的土层从上至下依次为②粉质黏土、③淤泥质粉质黏土、④淤泥质黏土、⑤1-1粉质黏土、⑤1-2粉质黏土、⑦1粉砂、⑦2细粉砂、⑧1粉质黏土、⑧2粉质黏土（图1）。

图1 地质条件剖面

1.3 周边环境

北侧为主干路，下方分布有多条管线，且有运营中的地铁区间隧道通过，本次改建地下室外墙边线与隧道结构外边线最近距离8 m；场地西侧为正在使用中的上海展览中心停车场，其配电房距基坑仅1.9 m；场地南侧为2栋4～7层居民楼，拟建地下室外墙边线与居民楼最近距离7 m；场地东侧为华业小区道路，道路西侧为1～4层混凝土建筑物，拟建地下室外墙边线与建筑物距离约9.5 m。综上所述，拟建场地周围环境条件极其复杂。

2 改建方案

2.1 设计方案

本工程拟对原建筑进行改建，将原裙房区域1层地下室扩建为地下4层，主楼区域地下室仍为1层不变。改建后建筑面积约7万 m2。

总体方案在原有场地内部重新施工地下连续墙围护，在完成新地下连续墙围护后重新开挖，清除原地下室部分结构，重新施工新的地下室（图2）。

图2 改造方案围护平面示意

利用原有基础，不仅可以节约投资、节约时间，同时还避免了拆除原有结构对周边环境产生的危害，使得原建工程的投资部分得以利用，降低了其在社会上造成的不良影响[2]。

2.2 地下工程改造难点

本工程由原地下1层扩建为地下4层，场地条件特殊，因此围护结构、桩基及地基加固的工艺及方案等都需要考虑既有结构的影响，由于主体建筑保留，施工场地极为狭小，特别是地下连续墙施工需要使用250 t以上的履带吊，但无重型道路供其使用，而原地下室结构不具备让其行驶的条件。

此外，本工程必须清除部分原结构顶板、侧墙及底板才能施工，清障作业量极大。因原有建筑年代久远，还存在大量未知障碍物，部分地下资料缺失，造成施工过程中突发变量较多，如：原资料显示钢管桩埋深35 m，实际却深达43.5 m；原有地下结构围护钢板桩资料均未显示，造成施工期间反复清障（图3）。

3 既有地下结构改造方案

3.1 既有地下结构加固方案

图3 部分原围护形成地下障碍物

本工程受外部条件制约，围护施工阶段，所有重型设备需立于结构顶板上施工。原地下室结构形式：最大柱距为7.8 m×8.4 m，顶板厚度为175 mm，采用单向板布置，主梁为450 mm×800 mm，次梁为400 mm×600 mm。底板厚度500 mm、桩基为φ609 mm钢管桩，深度43.5 m。考虑地下连续墙施工期间重型设备的行走安全性以及对周边环境的保护，根据对原结构顶板进行的复核计算，厚175 mm顶板无法满足道路承载力要求，因此需要通过对地下室顶板进行支撑加固，使地下室上方能够承受大型施工设备的荷载。

本工程在顶板及底板之间安装钢管形成钢立柱，间距约4 m且避开新工程桩，设于原有主梁及次梁跨中，东侧局部跨度较大处，增加临时钢梁。采用φ609 mm钢管柱，壁厚16 mm，长度约4 m。此外沿地下连续墙两侧浇筑隔墙和深导墙，并与新浇筑的厚350 mm加强顶板相连。

通过Ansys有限元软件整体建模，验算原有梁板体系在施作厚350 mm顶板和厚400 mm导墙后在施工荷载作用下的受力，具体模拟情况如图4所示。

图4 Ansys有限元建模

有限元软件计算后得到在拟定荷载条线下本方案加固后的顶板的最大应力为4.72 MPa，小于允许应力14.3 MPa，顶板的最大位移1.97 mm也满足设计要求。因此数值模拟计算证明该加固方案可行。

3.2 既有地下结构加固施工流程

原地下结构的加固主要是通过安装钢管立柱和加厚顶板实现的，钢管立柱的施工流程为：原材料进场及复试→顶板开孔→材料吊装→上下底座固定→钢管柱直立运输及固定→环箍焊接→验收→下一根钢管柱施工。

1）立柱运输：钢管立柱由活络头、中间管、固定端组成，配置长度比净空略短10 cm（最终靠活络头调节长度），最终在地面拼装好后，用汽车吊从外部垂直吊起，然后用叉车托住立柱水平运输至安装位置。

2）立柱安装：活络头端朝下，用叉车吊着固定端把立柱竖起，放在楼板下，临时固定。

3）预应力施加：用叉车把千斤顶放置在活络头上，通过液压装置加压，油表读数0.6 MPa。加压后，用钢楔把活络头固定好，然后松开液压装置，取走千斤顶。

4）上下底座固定：钢管柱上下底座采用钢锚板，根据设计方案，上底座开孔，并植入钢筋于梁中，钢筋穿入孔中，并与钢锚板焊接连接，焊接要求需满足相关规范要求。下底座需设三角形缀板，与钢管柱桩身焊接连接，并于底板植筋，用于固定下底座钢锚板（图5）。

图5 既有结构加固效果

3.3 地下障碍物处理

本工程的围护体系必须清除部分原结构顶板、侧墙及底板才能施工，清障作业量极大。初步统计钢筋混凝土清障面积约730 m2，深度5～7 m。

同时，因施工过程中突发变量较多，如采用传统的全回转钻机清障，则预计需要引孔717次，深度5～7 m，具体工作量如表1所示。

表1 清障工作量统计

为减小未知障碍物造成的影响，项目调整施工顺序，先凿底板并凿除至土层后，探查实际障碍物情况，并与相关方一同调整清障方案。

大部分区域障碍物在采取措施后可采用人工清除的方案。调整后需190孔，减少工作量73%，大大降低了工程成本并加快工程进度的推进。

此外由于上部结构荷载增加，设计要求增加工程桩基础，但新增工程桩的施工受多种地下障碍物的影响。本工程为提高施工效率，采用了先进的地下旧基础清障结合灌注桩作业的一体化施工技术，在采用全回转钻机在指定位置引孔清障过程中同步完成钻孔灌注桩施工[3]。

除了混凝土障碍物以外，场地内部还存在大量钢管桩，深度达43.5 m。采用全回转挖机拔桩时，套管在进入贯入度较大的土层后，易因为摩阻力变大导致套管和钢管桩摩擦后断裂。为避免上述现象发生，拔桩前使用旋喷桩机对套筒内土体进行“水切”，于钢管桩周边设4～6个水切孔。

4 施工效果及监测数据分析

4.1 监测数据分析

顶板支撑加固施工自2016年7月进场进行施工，至2017年7月基本完成，中间穿插进行了部分清障工程和主楼拆除，在相关因素共同影响作用下，对运营地铁隧道区间段所造成的沉降最大值仅2.7 mm，符合设计限值10 mm的要求。由此证明本项目对于旧建筑的结构加固是相当成功的，在整个施工过程中未对周边环境造成明显影响。

4.2 效益分析

本改造工程在社会效益方面的体现主要在于对既有建筑最大化地利用，契合了环保的要求，经济效益主要表现在以下2个方面：

第一，建设周期短，节省成本。旧建筑的改造比拆除重建所花费的建筑周期短得多，省去了部分或全部的主体结构和建筑基础的施工时间，这样可以使建设资金大大减少，降低成本，提升经济价值。

第二，减少环境治理成本。由于旧建筑改造避免了建筑垃圾的产生，所以大量建筑垃圾的减少可以对城市环境的保护起到一定的积极作用。从这方面而言，旧建筑改造可以减少政府在治理环境污染方面的支出。

5 结语

本工程为既有建筑地下工程改建，文中所介绍的施工方法技术先进、经济可行、绿色环保，帮助城市在保留老建筑风貌的同时改善其功能，拓展其空间，为城市的持续发展作出贡献。

此外，该施工方法还减少了老旧建筑改造成本，特别是地下障碍物清理的成本，降低闹市区实施大规模地下工程改造的负面影响，希望能为今后同类工程的施工树立典型并提供借鉴。

[1] 何春霞,孙洪磊,吕行,等.老旧小区更新改造国内外现状及改造技 术分析[J].生态城市与绿色建筑,2017(增刊1):22-25.

[2] 冯远丽.某高层建筑已建基础及地下室的改造利用[J].四川建筑科 学研究,2012,38(4):87-89.

[3] 吴洁妹,赵永强,袁俊相.地下旧基础清障结合灌注桩作业的一体化 施工关键技术[J].建筑施工,2018,40(12):2026-2028.