既有建筑地下增层基础施工工艺

徐 文 周 凯

(上海长凯岩土工程有限公司，上海 200093)

目前我国的建筑行业由大规模新建逐步转向新建与加固、改造并举的阶段。 为了提升或改变既有建筑的使用功能，经常涉及到地下空间增层工程。既有建筑的地下空间增层包含了桩基加固工程、基坑工程、降水工程和土方工程等多个分部分项工程，与新建地下结构工况相近，不同的是各项工程的施工都受建筑物内部有限空间的限制，施工效率低下。本文针对地下增层施工的特点，从施工设备及施工工艺入手，分析现有设备工艺的不足并做出一定的改进，满足低净空、小型化的要求[1]。

1 既有建筑内的桩基施工

目前工程常用的压桩或者成桩设备均因为体积大，移动效率低等特点无法在既有建筑加固和改造工程中使用。低净空条件下目前常用的压桩设备一般采用小型挖机+迷你振动锤、小型液压设备以及锚杆静压桩压桩架。涉及到的工艺包括CHV工艺、树根桩、室内静压桩、锚杆静压桩等。4种工艺优缺点的分析见表1。

地下室结构中的既有墙、柱、基础的存在对于增层施工有着明显的影响。对于CHV工艺，施工设备为小型一体化设备。虽然这些设备与常规基坑工程施工设备相比已经做出了小型化的改进，但是在地下增层施工中设备的移动还是受到限制，影响了施工的效率，CHV工法施工见图1。室内静压桩机净高在6 m～7 m左右，一般层高地下室无法进行施工。综合考虑，低净空条件下往往优先采用锚杆静压桩、树根桩工艺。锚杆静压桩考虑到桩基施工时工程桩较长，压桩阻力较大，可通过增加配重等方式保证沉桩顺利完成。树根桩直径较小，施工不产生扰动，但是单桩承载力偏小。

表1 地下增层桩基施工工艺优缺点对比表

2 既有建筑内的基坑围护施工

与桩基施工相比，基坑围护施工有以下几个特点：

1)围护桩成排布置，桩间距较小。2)围护桩通常临近地下结构外墙，围护施工时扰动较大。3)基坑开挖后围护结构的变形可能会引起既有桩基承载力降低，进而影响到上部结构的安全。

根据现有资料和工程经验，目前应用于基坑围护的微扰动技术主要有4类：1)钢板桩、钢管桩和组合钢板桩；2)MJS与RJP工法；3)IBG工法；4)锚杆静压桩。4种工艺优缺点的分析见表2。

表2 微扰动围护施工工艺优缺点对比表

综上所述，MJS和RJP工法受既有建筑室内净高的限制，施工设备移机困难较大，施工效率较低。IBG工法插入型钢长度受到室内净高的限制，型钢间缺少可靠连接，IBG工法示意见图2。锚杆静压桩在施工围护桩时，因为桩间距较小、数量较密集，底板上需要施工的锚杆数量较多，增加了工作量的同时也削弱了基础、底板的强度。因此，现有的微扰动围护桩施工工艺在低净空条件下依然存在不足。目前已有利用钢管咬合桩作为基坑围护结构的工程案例，并取得了不错的效果，结构形式见图3。

3 既有建筑内的降水施工

地下室降水施工主要涉及到的两个问题为低净空条件下的成孔以及有限场地内的降水运行。常规的降水工艺为明排水、轻型井点降水、疏干井降水。三种工艺的工艺原理及优缺点见表3。

地下增层降水施工，首先应根据开挖深度、地层情况和地下水位选择合适的施工工艺。明排降水施工简单，截水沟及集水井开挖需注意避开墙柱、基础。轻型井点的井点管分布需注意避让墙柱、基础，井点管的长度需要控制。管井降水时成孔设备和运行设备都受到低净空、场地狭窄等条件的制约。目前在成孔设备小型化和运行设备节能高效方面已经有一定的研究，可以较好地运用在地下增层降水施工中。

表3 降水施工工艺优缺点对比表

4 既有建筑内的土方开挖

室内土方施工采用小型挖机，配备挖斗和破碎锤，先安装破碎锤破除基础或底板，后安装挖斗进行土方开挖工作。按照上述流程进行土方开挖存在如下问题：1)作业环境复杂。需要采用小型机械将开挖土方转运至出土位置，土方开挖及转运过程需避开墙柱结构，且需尽量减少对既有结构的影响，且既有建筑下多布置有桩基础，土方开挖作业还会受到既有桩基的影响。2)室内封闭环境。对既有建筑进行地下增层施工，土方开挖作业大都位于室内封闭环境，目前的土方开挖设备均为燃油机械，在室内环境下进行长时间的施工会对室内空气质量造成严重污染。机械运输土方引起的扬尘也会对空气质量造成严重影响。机械尾气长时间的排放还可能会引起人员中毒等安全事故[13]。

因此，针对上述问题，室内土方可采取如下技术措施：1)挖掘机采用坑内挖土的方式，挖土净高增加，作业空间较坑外挖土大，挖土效率也会有所提高。2)室内土方开挖后采用翻斗车运至室外，而后统一外运。3)室内配备必要的通风装置，确保空气的流通。

5 结论

本文概括汇总了既有建筑地下增层特殊工况的重点难点，对现有施工工艺优缺点进行分析对比。同时提出了现有施工工艺的改进方向：1)现有施工设备受到场地净高，环境复杂的限制，需要对设备的小型化做更深入的研究。2)现有围护结构因材料高度限制不方便施工，应进一步探讨组合式基坑围护结构的可行性。3)应针对低净空条件下土方开挖的特点，改进土方开挖设备，提高施工效率的同时减少安全隐患。