臨近流塑狀軟土深基坑的古建筑綜合加固技術(shù)實(shí)踐

1、臨近流塑狀軟土深基坑的古建筑綜合加固技術(shù)實(shí)踐中建一局華中公司：朱燕【摘 要】 該項(xiàng)目場地周圍兩側(cè)為古老住宅建筑、另兩側(cè)臨近馬路。基坑周圍鄰接的建筑物為磚木結(jié)構(gòu)、現(xiàn)已瀕臨或已開裂，基坑臨近馬路下又埋設(shè)有各種管線。因地下土質(zhì)情況為極軟的流塑狀黏性土，而當(dāng)?shù)匾延械氖┕そ?jīng)驗(yàn)表明，在基礎(chǔ)樁施工時(shí)，就會對臨近建筑物產(chǎn)生不利影響。為避免這種不利影響，基礎(chǔ)樁施工前對臨近建筑上部結(jié)構(gòu)采用鋼帶加固、基礎(chǔ)進(jìn)行微型鋼管樁加固，本文介紹了此綜合加固的方法，施工過程，對同類項(xiàng)目有參考作用。【關(guān)鍵詞】 古建筑、基礎(chǔ)加固、鋼帶加固、流塑狀軟土【Abstract】 Land lot of the Stockmann Nevsk

2、y Centre is adjacent to old residential buildings at two sides, and streets at the other two. Brick-timber structure adjacent buildings are either cracked or about to crack. Beneath the streets there are various public utilities. With plastic fluid silt clay under the ground, foundation piling opera

3、tions may bring adverse impacts to adjacent buildings. To counter those adverse impacts, prior to foundation piling operations the adjacent buildings are reinforced with steel bands surrounding the superstructure and micro piles through the foundations. Presented in this paper are the reinforcing te

4、chnologies, and work procedure descriptions, which are of referential values to similar projects.【Key words】 old buildings, reinforcing of foundations, reinforcing with steel bands, plastic fluid soil一、前言隨著城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，開發(fā)利用城市地下空間是提高城市功能的必經(jīng)之路?；庸こ淌堑叵驴臻g開發(fā)建設(shè)過程中的一種必不可少的工程技術(shù)。隨著基坑工程占地面積越來越大，基坑開挖深度越來越深，對基坑工程

5、的技術(shù)要求也就越來越高。尤其是在舊城改造中，基坑鄰近甚至緊挨周邊原有建筑，增大了基坑施工的難度。隨著近幾年圣彼得堡老城區(qū)的改造的同時(shí)，仍需要進(jìn)一步保護(hù)城區(qū)內(nèi)大量的古老建筑；由此必須進(jìn)一步研究如何在開發(fā)地下新建筑的空間的同時(shí)，保護(hù)這些古老建筑不繼續(xù)沉降，防止這些古老建筑不被破壞。已有建筑的加固和改造技術(shù)作為一門新的學(xué)科正在應(yīng)用發(fā)展和擴(kuò)大。本文介紹了圣彼得堡斯托克曼項(xiàng)目周邊古建筑的加固實(shí)例，對于國內(nèi)流塑性軟土區(qū)域的相似項(xiàng)目有借鑒意義。二、技術(shù)背景在高人口密度城市為新建筑進(jìn)行地下施工會對周圍建筑造成潛在風(fēng)險(xiǎn)。建筑地下部分施工的逆作工藝是最安全的，但在彼得堡未有先例。彼得堡市的地質(zhì)條件較差，現(xiàn)場場地地

6、下水位高且地基土為流塑狀的各類土層。本工程位于市區(qū)中心地段，總建筑面積近10萬，地上9層，地下4層?；由?315m，是當(dāng)?shù)厥袇^(qū)最深的基坑，基坑南北長150多m，東西長5080m，基坑面積1萬多?，F(xiàn)場地質(zhì)條件屬軟質(zhì)粘土。周邊建筑結(jié)構(gòu)年代久遠(yuǎn),多為有上百年歷史的磚木結(jié)構(gòu)建筑，結(jié)構(gòu)牢度較差。該基坑西、南二邊距周邊建筑最近距離約40cm，距地鐵站29m左右。緊挨基坑的建筑均是具有100年以上歷史的古老建筑，34層結(jié)構(gòu)，平面布局復(fù)雜，條形毛石基礎(chǔ)，磚木結(jié)構(gòu)，外墻厚7582cm。樓層頂板為木梁結(jié)構(gòu)，金屬屋面，屋頂承重結(jié)構(gòu)為木質(zhì)桁架。按照當(dāng)?shù)爻鞘薪ㄔO(shè)要求規(guī)定，新建工程施工對鄰近建筑產(chǎn)生的附加沉降量不得大于

7、50mm。為此采取對周邊建筑進(jìn)行加固的技術(shù)措施，相應(yīng)減小了對基坑設(shè)計(jì)施工的嚴(yán)苛要求。所有加固施工只允許在建筑外部進(jìn)行，并且加固施工不得影響建筑功能的正常使用。這些條件增加了加固施工的難度。三、施工設(shè)計(jì)本工程基坑深1315m，基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)為重型鋼板樁HZ775B，深度24m。鋼板樁墻與古建筑物外墻之間采用直徑380mm，長度18m的地下咬合樁墻以降低鋼板樁施工期間對現(xiàn)有建筑物的震動作用。 針對被加固建筑的現(xiàn)狀，從技術(shù)角度分析建筑上部結(jié)構(gòu)可以采取的加固方案有三個可供選擇。一是框架加固方案，二是墻面加固方案，三是鋼帶加固方案?？蚣芗庸碳夹g(shù)在加固施工時(shí)具有較大的噪聲，并需進(jìn)戶操作，工期較長，嚴(yán)重影響住

8、戶生活質(zhì)量并破壞建筑外立面效果；墻面加固技術(shù)造價(jià)高，并破壞建筑外立面效果；鋼帶加固技術(shù)施工噪聲小，不需入戶操作，工期短，建筑外立面可以恢復(fù)，且造價(jià)較低。對古建筑地下部分的加固方法有：基礎(chǔ)灌漿，并采用微型樁（titan樁）加固基礎(chǔ)。通過基礎(chǔ)砼圈梁將微型樁和鋼帶連接成整體，地上墻體鋼帶經(jīng)預(yù)熱加固，磚墻灌縫。拱門采用金屬圈梁加固，加固施工分區(qū)段實(shí)施，伴隨沉降監(jiān)測。四、施工技術(shù)（一）工藝原理地下加固：TITAN樁是利用肋狀的空心鉆桿桿體作為TITAN成孔時(shí)的鉆桿，在桿體端部聯(lián)接一次性鉆頭，利用鉆機(jī)將桿體打入地層，施打過程中通過桿體的中孔向地層注漿，使錨桿桿體外裹水泥砂漿或水泥凈漿體，沿桿體與周圍土體接

9、觸，并形成一個結(jié)合體，通過端部鋼梁與楔形錨具施加一定的預(yù)應(yīng)力；再通過混凝土圈梁與古舊建筑物連接在一起，承擔(dān)古舊建筑的一定荷載。TITAN樁采用邊鉆孔邊注漿，施工完畢后，形成比鉆桿大一倍的樁體；以摩擦和端承為主承擔(dān)建筑物荷載。周邊土體發(fā)生沉降時(shí)，建筑物的荷載轉(zhuǎn)移到TITAN上，從而阻止了建筑物的沉降。地上加固：通過錨桿將鋼帶與建筑外墻連接成整體，并用鋼帶將建筑外圍進(jìn)行捆綁，從而增強(qiáng)了建筑物的整體剛度，并且鋼帶和基礎(chǔ)加固的圈梁進(jìn)行連接，增強(qiáng)整體性。建筑物抵御外力的能力有了較大的加強(qiáng)，達(dá)到了加固建筑的目的。連接鋼帶在加熱后再進(jìn)行最終的焊接，冷卻后收縮起到捆綁作用。（二）工藝流程舊基礎(chǔ)鉆孔注漿基礎(chǔ)下結(jié)

10、合層注漿鉆機(jī)就位TITAN樁施工注漿安裝鋼腰梁楔形錨具鎖定綁圈梁鋼筋一支模板圈梁混凝土澆注墻面開槽，鉆孔 安裝節(jié)點(diǎn)鋼板鋼帶一側(cè)焊接鋼帶加熱鋼帶另一側(cè)焊接鋼帶冷卻門洞加固墻面清掃抹灰恢復(fù)。（三）施工順序1.原有基礎(chǔ)進(jìn)行灌漿加固(1) 采用風(fēng)動鉆孔機(jī)在舊基礎(chǔ)上鉆孔，鉆頭采用金剛石鉆頭，孔為傾斜式，角度為8度；直徑為40-50mm，間距為750-1000mm的鉆孔網(wǎng)格 。(2) 鉆孔灌漿施工應(yīng)采取間隔式施工方法。(3) 第一步鉆孔到古舊基礎(chǔ)1m深位置。以0.2-0.4MPa壓力進(jìn)行注漿，考慮基礎(chǔ)裂縫較多，空洞較多。以注滿為止。(4) 第二步鉆孔到2.6m深位置。進(jìn)行注漿，注漿方式同上。兩次注漿后即完

11、成對基礎(chǔ)裂縫的注漿。(5) 最后鉆孔到位于基礎(chǔ)底部以下500mm，然后通過導(dǎo)向器和填料對地基和基礎(chǔ)灌漿。壓力不大于0.4-0.5MPa，灌漿速度10-20L/min，并形成接觸區(qū)域?qū)印?6) 灌漿加固2天后，開始TITAN樁施工。2. TITAN樁施工TITAN 樁施工主要由鉆進(jìn)、鉆桿接長和注漿三部分組成，鉆進(jìn)時(shí)根據(jù)土質(zhì)情況不同，選擇不同的注漿壓力。操作要點(diǎn)如下：(1) 按照設(shè)計(jì)的TITAN樁橫向間距、角度；進(jìn)行鉆機(jī)鉆桿定位。(2) 采用HUTTE HBR-202系列鉆機(jī)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)時(shí)直接利用TITAN樁作為鉆桿。成孔深度按照設(shè)計(jì)要求，第一節(jié)鉆桿前安裝帶注漿孔的十字鉆頭，鉆桿連接采用專用鉆桿套筒

12、連接。每根鉆桿中部安裝專門定位片。 圖1 TITAN 樁施工過程(3) TITAN樁采用72mm、53mm兩種類型樁，注漿完成后形成110MM、150MM的樁體。(4) 邊鉆（見圖2）邊進(jìn)行注漿（見圖3），注漿采用Maipump-800注漿機(jī)或其他注漿機(jī)進(jìn)行注漿，注漿時(shí)采用不低于5Mpa的壓力進(jìn)行注漿；漿液采用的配合比為：M400硅酸鹽水泥120kg、增塑劑0.6kg、硅化鈉1.2kg、水60L。圖2 TITAN樁鉆孔 圖3 注漿設(shè)備(5) 注漿時(shí)必須控制漿液的輸出量與鉆孔形成的空間匹配，注漿運(yùn)送速度低于0.3-1m/min并漿液輸出量到100L/m。如遇到沙層液面出現(xiàn)下降后，增加壓漿速度以保

13、證液面與孔口平齊。(6) TITAN樁鉆至設(shè)計(jì)深度后，根據(jù)TITAN樁的長度、標(biāo)高以及按0.4-0.5MPa壓力的壓送量來確定樁體的密實(shí)度。(7) 為了避免施工TITAN樁過程造成建筑物沉降，施工時(shí)，間隔進(jìn)行施工且相鄰間隔必須大于2-4m，同時(shí)TITAN施工結(jié)束2天后相鄰TITAN樁方可開始施工；如建筑物基礎(chǔ)沉降超過1MM/晝夜，則馬上停止施工。3.鋼腰梁及楔形錨具安裝(1) 開挖2m寬溝槽，開挖后土方堆放位置離開挖部位不少于0.5m。然后在槽鋼壁鉆25cm孔，以便連接TITAN?；A(chǔ)開槽，放入槽鋼（見圖4）。 圖4 TITAN樁端部處理節(jié)點(diǎn)圖(2) 在毛石基礎(chǔ)砌體上鉆25mm孔，安裝錨桿，采

14、用vergussmotel漿安裝錨桿。(3) 將titan樁絲扣端用墊圈緊固，焊接在槽鋼壁上（見圖5和6），螺帽尺寸現(xiàn)場確定。圖5 TITAN樁端部處理節(jié)點(diǎn)圖 圖6 端部處理節(jié)點(diǎn)(4) 安裝槽鋼以及楔形錨具過程中，不得沖擊TITAN樁，防止造成樁體受破壞。4.鋼筋網(wǎng)片綁扎及圈梁混凝土施工 (1) 現(xiàn)場場地內(nèi)，綁扎鋼筋網(wǎng)片，成片安裝 (2) 將直徑12A-，200×200mm鋼網(wǎng)固定在錨桿上（見圖7） (3) 鋼筋網(wǎng)片安裝完畢后，支設(shè)單側(cè)模板；加灌混凝土厚度為280mm，混凝土不低于B20，W6，F(xiàn)100。（見圖8） (4) 混凝土倒入模板內(nèi)，養(yǎng)護(hù)（7-8天強(qiáng)度達(dá)70%），拆模后對圈梁

15、做雙層瀝青防水處理。圖7 圈梁鋼筋 圖8 圈梁5. 鋼帶安裝(1) 設(shè)計(jì)思路：水平向鋼帶基本位于樓板處，豎向鋼帶躲開門窗洞口，間距約為4-6米。豎向鋼帶底部與圈梁內(nèi)的槽鋼焊接，當(dāng)基礎(chǔ)與墻體外皮不在同一平面時(shí)，可以用加焊角鋼過渡。豎向鋼帶固定后再固定橫向鋼帶。2者相交的位置采用矩形鋼板連接，建筑的陰陽角采用角鋼固定，鋼帶寬80mm，厚10mm，節(jié)點(diǎn)鋼板用錨桿M16/24與墻體結(jié)構(gòu)固定。(2) 搭設(shè)外立面腳手架，進(jìn)行結(jié)構(gòu)外墻面清理，測量放線，按照設(shè)計(jì)的鋼帶位置將外墻裝飾層剔除，開槽。錨桿位置鉆25mm直徑圓孔，孔深450mm。先安裝建筑陰陽角的垂直角鋼，與墻面通過錨桿固定。接下來安裝節(jié)點(diǎn)鋼板，節(jié)點(diǎn)

16、鋼板一般用4根錨桿固定，錨桿孔內(nèi)填充一種類似植筋膠的Vergussmortel漿液。最后安裝橫向和豎向的鋼帶。(3) 鋼帶一端與節(jié)點(diǎn)板焊接，加熱后再將另一端焊接固定在節(jié)點(diǎn)板上。冷卻后即有捆綁作用。圖9 節(jié)點(diǎn)板圖10 陰陽角節(jié)點(diǎn)板6. 門洞加固拱形門洞剔除裝飾層，采用150×10角鋼和錨桿固定在門剁上，弧形部位間斷地切出小口，加熱煨成弧形安裝在弧形門梁上。圖11 拱形門洞加固圖圖12 拱形門洞節(jié)點(diǎn)圖7.立面恢復(fù)所有開槽位置，鋼帶與墻面的空隙先填充M100號水泥砂漿，開槽位置釘上鋼筋網(wǎng)片，抹灰修復(fù)，整個外墻粉刷涂料，完全覆蓋所有鐵件，修飾一新，看不出改造的痕跡。（四）施工中其他注意事項(xiàng)基

17、礎(chǔ)加固時(shí)分若干段施工，不允許上下混合施工。用信號帶隔離施工區(qū)，信號帶上要有警示文字。夜間必須有信號帶照明；在不同分段同時(shí)進(jìn)行基礎(chǔ)和鋼帶加固施工時(shí)，應(yīng)禁止通行，行人繞行。完全開挖溝槽和加固其墻體后，方可進(jìn)行與維修和基礎(chǔ)加固有關(guān)的混凝土施工，并在施工過程中應(yīng)保護(hù)現(xiàn)有的防水材料。如基礎(chǔ)和墻體之間的防水被破壞，則應(yīng)緊急修復(fù)。高度超過4m的腳手架經(jīng)生產(chǎn)安全負(fù)責(zé)小組驗(yàn)收，簽署后使用；腳手架驗(yàn)收須檢查：是否連接、緊固、緊固強(qiáng)度、單獨(dú)的緊固節(jié)點(diǎn)、腳手板圍欄、垂直支柱、支撐平臺及接地可靠性；在腳手架拆除中，所有出入口、陽臺等應(yīng)予關(guān)閉。如施工過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中沒有提到的管道、設(shè)備或爆炸物品時(shí)，必須停止地下施工，得到

18、相應(yīng)機(jī)關(guān)許可后方可施工。五、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析鋼帶加固技術(shù)的效益主要體現(xiàn)在社會效益上，以俄羅斯圣·彼得堡涅瓦大街綜合商貿(mào)中心工程為例，周邊需加固的建筑面積約5000m2，若加固施工期間要求用戶搬遷，且不說用戶搬遷的損失補(bǔ)助，光搬遷房的房租費(fèi)用，目前在俄羅斯半年租金將高達(dá)90萬美元。鋼帶加固技術(shù)與砼外框架加固技術(shù)比較，具有節(jié)省材料效果。鋼帶加固，每延米用鋼量為8kg，框架加固，每延米用材：鋼材-5kg、砼-0.08m3、模板-0.4m2。按國內(nèi)價(jià)格計(jì)算，每延米框架加固比鋼帶加固增加費(fèi)用約50元人民幣。以圣·彼得堡涅瓦大街商貿(mào)中心工程為例，加固工程量共計(jì)約3000m，鋼帶加固方案

19、較框架加固方案可以節(jié)省材料費(fèi)用15萬元人民幣。如果按俄羅斯價(jià)格計(jì)算,則可以節(jié)省材料費(fèi)用超過5萬美元。目前TITAN樁技術(shù)完全為國外技術(shù)，國內(nèi)尚沒有使用，在俄羅斯圣彼得堡也屬于首次使用，但該技術(shù)的機(jī)械化程度較高，施工速度較快。如果在國內(nèi)有加工廠家，費(fèi)用則會等同于國內(nèi)相關(guān)工藝。六、應(yīng)用實(shí)例俄羅斯圣彼得堡涅瓦大街商務(wù)辦公綜合樓工程，總建筑面積100850m2，地上59層，地下4層。樁基，框架結(jié)構(gòu)，施工場地位于彼得堡中央行政區(qū)，涅瓦大街114A，城市建筑保護(hù)區(qū)內(nèi)，占地面積9973。工地東段以起義街為界，南段以涅瓦街為界，距離起義廣場地鐵站25m，北部和西部與四層居民樓及院落接壤。起義街4號和涅瓦街112號建筑物結(jié)構(gòu)技術(shù)勘查由 - 公司于2004-2006年完成，根據(jù)勘察結(jié)果，彼得堡建筑鑒定委員會認(rèn)定該建筑物處于事故技術(shù)狀態(tài)（）場地地下存在已拆除建筑物的工程管線。被加固建筑上部結(jié)構(gòu)加固范圍見下圖。圖13 建筑加固范圍考慮到該加固施工并不影響整體施工進(jìn)度，在勞動力組織上采取了綜合性專業(yè)施工的組織模式，分土方（包括挖、運(yùn)、填）、鋼結(jié)構(gòu)（包括下料、鋼材和砌體打孔、焊接、錨固）、砼（包括腳手架、鋼筋、模板、支撐、砼）三大專業(yè)組，每個專業(yè)組1隊(duì)，土方隊(duì)4人，鋼結(jié)構(gòu)隊(duì)6人，砼隊(duì)6人，共計(jì)16人。整個加固工程施工連續(xù)而有序