既有建筑增加地下室半地下室）关键技术研究

    王峥嵘

    

    摘 要：随着城市化的不断发展，城市土地资源与空间发展的矛盾日益突出。既有建筑物增加地下室或半地下室，对提高土地利用率、缓解中心城市密度起到不容忽视的作用。

    关键词：逆作法;竖向支承体系;基坑支护;土方工程施工

    文章编号：2095-4085（2020）04-0070-02

    在现代城市发展中，可利用的土地资源越来越少，从节约资源，保护环境等方面综合考虑，在保留既有建筑的前提下，采用增加地下室的改造方式对我国新型城市化进程具有重要意义。

    1 关键技术

    1.1 逆作法原理

    逆作法技术，是利用地下室中的基坑的围墙和坑内的竖向立柱用作“逆作”阶段的竖向承重体系，利用地下室自身的结构层的梁板作为基坑围护的内支撑，以±0.000层（或地下一层）为起始表面，由上而下进行地下结构的“逆作”施工，同时由下而上进行上部主体结构的施工，组成上下平行的立体作业。

    既有建筑增建地下室的工艺原理与上述逆作法技术相似，其总体作业流程也是先施工周边围护结构和竖向支承体系（即基础托换系统），再逆作开挖下部土方，边开挖边施工地下结构，开挖至基底标高时浇筑基础底板，最后施工地下室外墙及竖向承重构件（框架柱、剪力墙等）。

    对既有建筑地下逆作开挖增建地下室来说，关键技术问题主要有以下几个方面。

    （1）竖向支承体系（托换技术）是既有建筑地下逆作增层能否成功实施的最核心、最关键的环节之一。既有建筑地下增层时，既有建筑物荷重一开始就要全部由竖向支承体系（即托换系统）来承担。另外，由于受施工条件限制，大型施工设备无法进入既有建筑内部进行施工，因此既有建筑地下增层工程大多采用锚杆静压桩等小型桩来进行托换，其承载力和稳定性相对较小，一般仅用于上部层数较少的既有建筑。

    （2） 某些项目要求在地下逆作增层阶段上部建筑处于不停业状态，此时竖向支承体系不仅要求在承载力方面能绝对保证上部结构安全，同时还要严格控制立柱之间的差异变形（沉降），使上部结构不至于产生过大的附加变形而引起结构开裂或影响其正常使用功能。

    （3）地下土方开挖难度比常规逆作法工程更大。常规逆作法工程在利用地下结构楼板作为基坑水平支撑结构时，往往结合建筑平面布置设置多个尺寸较大的预留洞口，作为地下逆作施工阶段土方运输、材料和机械设备进出的施工临时洞口。而对于既有建筑地下增层工程来说，往往难以按需要留设临时施工洞口，一般情况下需采用小型挖机配合人工挖土，有时甚至以人工开挖方式为主，因而下部土方逆作开挖难度更大。

    （4）基础底板结构和竖向承重构件与临时托换构件和上部既有结构之间的连接构造十分复杂，如何确保新增地下室墙、柱等竖向承重构件顶部与既有建筑基础之间的连接和传力可靠，如何保证新浇筑混凝土承台、地梁或底板与托换系统的立柱桩之间的抗剪连接和防水可靠，是既有建筑增建地下空间的核心技术。

    （5）另外，新增地下室墙、柱等竖向承重构件施工前，上部结构即地下结构的所有荷重均由锚杆静压桩等竖向支承体系承担。

    1.2 竖向支承体系（基础托换系统）选型与布置

    新增地下室框架、剪力墙等竖向承重构件施工前，既有建筑物的全部荷重均由竖向支承体系（即既有建筑基础托换系统）承担，见图1。因此，竖向支承体系必须具有足够的刚度和承载力，确保上部既有建筑在竖向荷重即侧向荷载（如风荷载等）作业下的承载力和稳定性要求，竖向支承体系大多只能采用锚杆静压桩等小型桩，作为既有建筑基础以下逆作开挖增层施工阶竖向支承体系。

    锚杆静压桩应按“对称布置、受力均衡”的原则，以一根框架柱为一组，采用“一柱两桩”、“一柱四桩”等形式进行布置。当利用原柱下独立基础作为每组锚杆桩共同工作的转换承台时，可在原独立柱基的上方另行浇筑混凝土转换承台的方式。

    由于锚杆静压钢管桩施工前，上部既有建筑物及其基础的全部荷重均已作用在原工程桩上，可通过在钢管静压桩到位后，通过设置临时反力架使钢管桩桩顶封孔前保留一定的预压力，并在原地下一层基础底板的上方浇筑厚500mm的“反向柱帽”，使新增锚杆桩与原工程桩之间能整体受力，共同承担上部既有结构的竖向荷载。

    1.3 新增基础底板及地下室墙、柱设计

    新增地下室底板宜采用平板式筏形基础或防水底板结合柱下独立基础（或独立承台）的布置形式，避免设置基础梁。

    基础底板（或承台）与支承桩（如锚杆静压桩或原工程桩）之间的抗剪连接及防水构造也是设计的重点。当支承桩为混凝土灌注桩时，可在灌注桩表面抛圆后通过螺栓将钢桩套与灌注桩连接，并在桩和桩套间进行压力灌浆。

    对于“一柱一桩”式的竖向支承体系，宜将桩直接作为新增地下室的结构柱使用。可将原工程桩钢筋笼外侧的保护层凿除并凿毛，再在其外侧外包混凝土，形成地下二层的永久结构柱。

    对于“一柱多桩”的情况，由于支承桩均不在结构柱的轴线位置，待新增柱施工完成并达到设计强度后，需要将施工阶段由支承桩承担的全部荷载二次转移至新增柱上。在荷载转移过程中，新增柱在重力荷载作用下将产生一定的压缩变形，柱混凝土本身的收缩徐变效应也将进一步增大其变形量，这将导致现有上部结构构件产生不同程度的附加内力和变形，这会对上部结构力产生不利影响。为了解决这个问题，可以将新的地下结构柱设计成钢混凝土柱，首先将钢柱安装在柱中，并在钢柱的底部设置顶紧装置，使钢柱先受力，然后浇筑柱子的混凝土部分。可以通过“分段浇筑，分批拆除并再次填充分段”的方式进行新增加的地下室中的剪力墙的（核心筒）支撑施工。

    1.4 基坑支护和土方开挖

    周边围护结构形式应根据水文地质条件、基坑开挖深度和支护变形因素的控制要求等综合考虑后确定，当开挖深度较浅、土质条件较好、周边环境情况简单时，可采取放坡开挖或采用重力式挡墙、复合土钉墙等支护形式，当开挖深度较深或周邊环境条件复杂时，可采用围护墙结合内支撑的支护形式。

    土方开挖分为大面土体开挖和细部土体清除两部分。大面积土体开挖保留桩侧土体，将地下室底板底标高深度土体开挖完毕后，再进行细部桩周土体清除。

    在实际施工过程中，因特殊原因暂停施工时，基坑内支护体系变形却并未随之停止。因此，当土方工程施工完成后，应立即进行地下室底板混凝土浇筑施工，以减少坑底暴露时间，必要时，可以对坑底土体进行加固。

    2 结 语

    增加建筑物的地下室这一节地措施，是在城市发展中缺乏对城市地下空间资源的有效利用而提出的，在改造过程中，还能与抗震加固和改造技术结合起来，可在增建建筑使用面积、提升建筑使用功能的同时，改善既有建筑的受力性能，增强房屋的抗震能力。因此，从节约资源，提升功能、保护环境等方面综合考虑，采用增加地下室的改造方式对我国新型城市化进程具有重要意义。

    参考文献：

    [1]GB50009-2012，建筑结构荷载规范[S].

    [2]范世平，孔广亚.建筑物加固改造技术的发展与应用[J].煤炭科学技术，2007，（32）.