一栋保护性建筑被动抢修的启示

于向军 Yu Xiangjun

0 引言

上海中心城区开发，常需要紧邻历史保护性建筑建设施工。这些历史保护性建筑多建于20世纪20～30年代，至今已超过建筑设计使用年限。其建筑的结构形式、实体强度、基础现状等因素，决定了其对邻近土体的扰动十分敏感。因历史保护性建筑具有特殊价值，周边施工如何减少对其影响，是要考虑的首要因素。

本文的保护性建筑已有近170年历史，自身结构格外薄弱；并且该建筑被周边基坑包围，对基坑施工变形的敏感度更高。对这种周边环境复杂、保护难度更高的保护性建筑进行保护，类似的资料还比较少。本文通过保护方案、现场监测及数值分析，分析施工各个环节对保护性建筑产生的影响，为类似工程提供参考和借鉴。

1 工程概况

1.1 保护性建筑周边基坑情况

工程项目为大型商办综合体，分为南北两个区域，南北区域内又划分为若干地块。其中，北区域地块中有一座近170年历史的天主堂，天主堂被周边基坑包围（图1）。尽管在项目启动前期，建设方专门请房屋质量检测机构对天主堂进行了全方位体检，并且体检报告建议在基坑施工前，应先对天主堂进行主动加固，以将周边基坑施工对其影响降到最低。但由于教区坚持天主堂要不间断开放使用，项目以尽可能减少对天主堂正常运营影响为原则启动施工。

在没有对天主堂本体进行主动加固的情况下，为了确保天主堂的安全，建设方从设计、施工上，对围护结构采取了多种措施（图2）：

（1）天主堂周边地下室红线退界。天主堂与本项目周边地下室红线相距1.5～8m。为减少对天主堂的影响，地下室靠近天主堂一侧，采取从红线退界4.5～14.6m措施。

（2）天主堂周边设置小坑隔离。在天主堂周边设置若干小的分坑，在天主堂与周边大基坑之间形成隔离。设计和施工文件都明确规定周边基坑的先后施工顺序，减少对天主堂的影响。

（3）减小天主堂周边基坑深度。经过多方协商，教堂周边的基坑深度，分别从15.6m和19.5m的原开挖深度减少为14.9m和18.5m。各基坑施工时考虑设置轴力补偿系统。

（4）天主堂周边设置隔离桩。隔离桩采用刚度大、成桩深度可靠的Φ800@1 000的30 m长钻孔灌注桩，桩底标高位于周边基坑坑底以下10.9～14.8m。桩顶通过压顶梁连接，为减少桩缝间可能的水土流失，灌注桩空隙补充以压密注浆。

（5）天主堂周边止水帷幕增强。临天主堂三侧的止水帷幕采用TRD（即等厚度水泥土地下连续搅拌墙）工法搅拌墙，墙深50m，800mm宽TRD工法搅拌墙兼作地下连续墙的外侧槽壁加固。

（6）优化天主堂周边围护结构施工顺序。天主堂周边围护结构施工顺序由内而外先后为：隔离桩—桩间压密注浆—TRD止水帷幕—内侧加固三轴搅拌桩—地下连续墙—工程桩及立柱桩。

1.2 保护性建筑情况

该项目保护性建筑是一座建于1847年、建成于1853年的天主堂，分为大堂（2F）和副楼（3/4F）2栋建筑，是上海市文物保护建筑。附属建筑分为西侧1层厕所，东北角2层砖混结构仓库，与天主堂主体结构相互独立。西南角3～4层副楼亦为砖混结构，副楼加建走廊局部与大堂外墙相连。天主堂副楼拟在工程完成后拆除，主要保护对象为天主堂大堂。

经过专业单位对天主堂的房屋检测，主要结论为：房屋建造年代较早，采用浅基础，房屋整体抗变形能力相对较弱；使用中局部搭建和加建不规范且连接处也较薄弱，房屋目前部分位置外棱线和柱倾斜较大，上述因素均使得房屋对不均匀变形较为敏感。

图1 天主教堂周边基坑信息示意图

图2 教堂周边围护结构典型剖面图

2 监测

2.1 监测方案

围护结构施工期间的监测内容，主要是对天主堂的房屋沉降观测、房屋裂缝监测、地面开裂调查。房屋沉降观测点主要布置在房屋外墙面（图3）。监测参考的报警值为：保护建筑垂直位移变化速率大于2mm/日或累计值大于20mm；倾斜率累计变化量达2‰。

2.2 监测结果

以教堂东北角沉降监测点F1-09、F1-10、F1-11、F1-12为例，2016年6月～2016年7月26日沉降位移数据见图4。通过分析，自2016年6月开始，在教堂周边施工围护结构时，教堂的沉降单日沉降量在正常范围，但逐步达到累计报警值。2016年7月中旬开始，沉降幅度增加，教堂地面出现首条裂缝；到7月下旬，教堂地面出现6m长裂缝，裂缝宽度达到1cm多。

教堂上部结构也出现不同程度的裂缝，特别是南山墙出现内外贯通裂缝。同时，教堂东西两侧出现差异沉降。经过分析，原因在于此时在教堂东侧出现障碍物，振动拔桩清障引起教堂不均匀沉降。因为教堂出现裂缝，拔桩清障立即停止，并在原教堂与隔离桩及隔离桩间进行压密注浆；同时，调整清障拔桩工艺，改为振动较小的360°全回转钻机工艺。采取以上措施后，变形渐渐趋于稳定。

图3 教堂监测点布置图

图4 监测点沉降位移变化数据图

图5 F1-06监测点沉降数据图

3 各阶段沉降原因分析

3.1 三轴搅拌桩对沉降影响分析

搅拌桩施工时，水泥与土中水分发生反应生成水化硅酸钙和氢氧化钙。水泥的各种水化物生成后，析出的钙离子会与土中离子进行吸附交换，形成土团。随着水泥水化的深入，在水和空气中逐渐硬化为水泥土[1]。处理后的水泥土与软土相比，力学性能明显改善。

三轴搅拌桩施工对房屋沉降的影响，主要发生于搅拌桩机对土体的扰动及水泥与原土发生的理化反应。搅拌机工作时，会对土体产生扰动，降低土体强度。但搅拌机距离房屋增近到一定范围时，才会有明显影响。通过分析F1-06监测点沉降数据（图5）发现，施工过程中教堂垂直位移基本处于稳定波动状态。

3.2 地下连续墙对沉降影响分析

该项目在天主堂西侧，曾进行120m超深地下连续墙试验段的施工，选取试验段附近观测点F1-17沉降数据观察（图6），对比实际施工过程发现，导墙施工及施工机械对浅层土体变形，没有明显规律的影响；地下连续墙的成槽和混凝土浇筑过程，天主堂的沉降变形有明显加大趋势，地面开裂的增大趋势明显；在施工后，采取双液注浆，沉降逐渐趋于稳定。

3.3 TRD对沉降影响分析

TRD在该项目是作为止水帷幕兼地下连续墙槽壁加固使用。其施工工艺为：三循环方法，即先行挖掘—回撤挖掘—成墙搅拌。具体操作为：链锯式切割箱首先注入挖掘液先行挖掘10m，然后回撤挖掘至原处，再注入固化液，向前推进搅拌成墙。

首先停用华法林。①大多患者在停用华法林后，症状会逐渐缓解直至痊愈；②少数患者需要换用抗凝药物，例如治疗剂量的低分子肝素，继续治疗一段时间会好转。

通过观察TRD施工区域附近某监测点F1-10沉降变化（图7），自6月20日TRD施工开始，该监测点沉降显著增大，自7月12日TRD施工停止后，对监测点沉降仍具有持续影响，整个工序阶段累计沉降达6mm。TRD对土体的扰动过程，跟三轴搅拌桩相比，具有影响距离长，影响时间长的特点。由于三轴搅拌桩对土体的扰动是单桩施工形成的影响，而TRD的每个施工段长度达10m，所以对土体的扰动影响相对明显。在以往的文献中很少提及TRD施工对邻近建筑的影响，这可能与该项目被保护建筑对基坑围护施工更敏感有关。

该项目在隔离桩（钻孔灌注桩）之间200mm的空隙之间，采用压密注浆以增强隔离桩的整体作用，减少基坑侧地下连续墙施工对天主堂的影响。从压密注浆区域监测点F1-03监测数据看（图8），隔离桩间的压密注浆，对天主堂基本没有影响。

在天主堂出现沉降报警后，经专家分析议定：该沉降主要为基坑层地下连续墙施工引起。为补偿天主堂沉降，在隔离桩和地下连续墙之间，采用压密注浆进行有针对性的填充。从实施结果看，注浆后沉降速率明显减慢。

图6 F1-17监测点沉降数据图

图7 F1-10监测点沉降变化图

图8 F1-03监测点沉降数据图

图9 F1-01监测点沉降数据图

3.4 障碍物清除对沉降影响分析

天主堂东侧约10m处，有450mm×450mm，桩长24m的地下方桩障碍物，桩顶埋深4m左右。施工单位采取振动拔桩措施清除障碍物，该措施对天主堂的沉降影响非常明显，通过观察拔桩区域监测点F1-01沉降数据（图9），可以看出位移量马上反弹；清障停止后，监测数据也相应回落。

4 抢修

2016年8月，由于天主堂的监测数据出现多处报警，已经影响了正常的使用。在有关主管部门的协调下，教堂周边施工暂停，教区开始考虑接受关闭教堂，进行抢修加固。

随后经过大量工作，方案比选、设计细化、招标竞价，2016年12月，抢修单位进场。

此时，由第三方对天主堂又进行了一次全方位体检，数据显示：截至2016年12月23日，房屋裂缝4#、5#、7#、8#和23#裂缝监测点裂缝宽度分别增加4.5mm、3.5mm、0.5mm、12.5mm（超过裂缝报警值）。其中2层A/5-6中部墙面上方倾斜贯穿裂缝宽度达到10mm（危险点）；上部各沉降监测点均有下沉，沉降变化值在-27.5～11.3mm之间。其中F-13-14下沉达到报警值。

2017年7月，天主堂采用脱换顶升施工，实现了上部结构荷载通过新增管桩向地基传递，教堂的不均匀沉降得到控制，完成阶段性结构抢修。

5 结语

通过上述被动抢修案例，可以得到以下启示：①在上海软土地区，紧邻历史保护性建筑的围护结构施工中，地下连续墙、TRD对建筑物的沉降有明显影响。②TRD由于成墙整体性好，被更多地应用于围护结构。但需要注意其中施工过程中对邻近建筑物的变形影响。③紧邻既有历史保护建筑的施工中，常常遇到地下障碍物清除，不当的清障方式对建筑物的变形影响很大，要特别注意采用合适的施工措施，并针对清障采取加密监测频率等专项措施。④对历史久远，特别是自身强度不足、整体性差的保护性建筑，在围护结构施工前进行适当的主动整体性加固，是非常必要的。对建筑物的主动加固措施到位，可以相应降低基坑围护措施费用。看似前期耽搁些工期，实则有利于工程整体推进和工期的总体控制。