保护建筑顶升工程技术要求与投资分析

郑皆斐，姚 蓁，毛章伟

（1.上海申康卫生基建管理有限公司，上海 200080；2.上海建工五建集团有限公司，上海 200063）

0 引言

随着城市化进程的推进，城市中大规模的规划调整，以及旧城改造城市更新等工程建设活动的开展，不可避免遇到许多具有悠久历史文化保护建筑的阻碍。如果一旦采取原建筑拆除的措施，则会造成巨大的资源浪费，对环境保护及历史文化将产生极大的破坏作用。如果能采取合理科学的工程措施，将历史保护建筑完整的保留下来，则将能有效地解决社会经济发展、城市建设与环境保护，以及文化传承之间的矛盾。

近年来，随着施工建造技术以及建筑结构设计理论的发展[1]，一大批工程实践已经证明[2-4]，建筑整体移位技术可以在采取基础托换、上部结构临时加固的工程措施保证建筑整体性的基础上，借助平移顶升设备，对原建筑物进行整体平移、转动或顶升，经过移位并适当修复改造后，不仅可以完整地保留原建筑物的结构和功能，同时还可通过移位后的改造，如增加地下室、设置隔震层等，进而达到提高建筑的抗震安全性能，提升建筑功能的目的。

因此，本文以上海某历史保护建筑顶升改造项目为例，具体分析了改造过程中基坑支护与整体同步顶升移位施工技术，并对改造工程的投资进行分析，以供类似项目参考借鉴。

1 工程概况

1.1 建筑概况

该建筑建成于1926 年，近百年历史，于1989 年被列为上海市文物保护单位。整栋建筑平面呈工字形，由南侧的主楼、北侧的副楼和连接其间的中部连廊组成。建筑房屋总高六层，西北侧局部区域有一层地下室（面积约200m2），总面积约1.07 万m2；其东西向长度为80.56m，南北向宽度为45.40m。

1.2 结构概况

上部结构方面，该建筑为现浇钢筋混凝土框架结构；楼面、屋面均采用现浇板，楼板厚度为102mm 和114mm；柱截面多为矩形，少数为圆形和异形；主楼柱距一般在4~9m 左右，副楼为三跨结构，柱位不规则。

基础方面，大部分采用福建筒木桩加固的条形基础，普遍区域基础梁高1.42m，条形基础宽度3.35m；局部为独立放大脚基础，埋深约为1.42m；大楼西北角局部有地下室，地下室底板埋深约4m。

1.3 水文地质条件

改造项目位于上海市静安区延安西路，属滨海平原地貌类型。据原地质勘察资料披露，工程影响范围内的土层分布如表1 所示。场地内浅层填土厚度较大，室内地坪下有一层钢筋混凝土面层，对基坑开挖及桩基施工会带来一定的影响；③层淤泥质粉质黏土力学性质较差，对基坑的稳定性与变形控制不利。

表1 土层分布

地下水方面，主要考虑浅层潜水和⑦承压水。上海地区潜水水位埋深一般在0.3～1.5m 左右，基坑开挖前应进行预降水；由于基坑开挖深度较浅，承压水对本工程基本无影响。

2 顶升改造总体方案关键技术要求

2.1 改造总体方案

由于地下有深厚软土层，经历长期使用后该保护建筑出现了较大的不均匀沉降，造成建筑整体倾斜，最大倾斜率达到5.41‰，同时过大的沉降造成局部室内地坪地域室外地坪，常导致排水困难问题；另外，由于建设年代久远以致结构老化，其抗震性能亟待提高。因此，在考虑文物修缮的前提下，有关部门和业主方综合以上及其他因素，最终提出了以下方案，整栋建筑整体托换后再整体顶升，顶高度升1.2m，顶升后地下新增隔震层，以解决诸多问题。

总体改造方案如下：首先需要在建筑周边设置临时基坑围护结构，后进行坑内降水；同时进行上部结构临时加固；然后，进行第一次土方开挖，先开挖到上托盘底标高，施工上托盘体系，预留压桩孔；再施工锚杆静压钢管桩，进行基础托换；接着，土方二次开挖到下托盘底标高（上托盘下方的土方挖除及木桩割除），施工下托盘（底板）；设置千斤顶，并试顶与切断钢管桩；采用PLC 同步顶升系统，千斤顶交替顶升至设计标高；设置新的竖向结构和隔震支座；最后，撤走千斤顶，进行地下室外墙及内部结构施工。

2.2 基坑支护技术要求

由于本工程需要新建地下室，作为顶升工况下的反力底座，以及后期改造成隔震层，因此需要进行基坑支护及开挖。根据设计要求与周边环境情况，本基坑开挖深度4.3m，基坑安全等级三级，环境保护等级三级。本着“安全、合理、经济、可行”的原则，采取了拉森Ⅳ钢板桩（400×170）加一道临时钢支撑的支护方案。

支撑体系竖向设置一道水平型钢支撑，型钢支撑围檩与主撑均采用H400×400×13×21 型钢，钢材型号Q235。大楼整体顶升前，在基础梁两侧增加1000×800的夹墙梁，形成刚度较大的上托盘结构体系，可作为型钢支撑的支撑端，通过预埋钢锚板与型钢支撑连接。钢支撑待下托盘结构底板和反牛腿施工完成，方可拆除。

降水方面，本基坑采用轻型井点与真空深井降水相结合的方式，疏干坑内地下水，使地下水位降至开挖面以下0.5~1.0m。根据上海市基坑工程经验，一般根据基坑面积按单井有效抽水面积（井的经验值一般为200m2～250m2）来确定。根据经验并结合基坑的形状，本工程单井有效抽水面积取200m2，采用多级滤水管加真空的措施，以确保每口井的出水量。

2.3 基础托换技术要求

基础托换结构是实现上部结构荷载和顶升千斤顶之间荷载转移的关键，主要包括上托盘梁、锚杆静压桩、下托盘的施工。

上托盘梁结构包括：夹墙梁、联系梁（穿墙钢筋抬梁）组成。夹墙梁沿现有基础墙体两侧通过的型钢联系梁、穿墙钢筋和抬梁与原基础联系起来形成整体。托盘梁施工顺序按照土方开挖进度进行分区浇筑，托盘梁施工工序：测量放样→基础墙体凿毛→联系梁→钢筋绑扎、支模、混凝土浇筑→预应力张拉。

锚杆静压桩采用φ406×10 和φ273×10 的钢管桩，桩长分别为36m 和29m，每节桩段长约2m。上托盘混凝土达到强度后按以下流程进行：安装压桩架→吊桩入孔→检查桩的垂直度→压桩→半自动焊接桩→重复压桩焊接工序→当压桩力或桩长达到设计要求后，可以停止压桩（以压桩力作为停压标准为主）→焊接锚固筋→送桩或内切割→压桩施工记录→管内抽水→钢管内灌注C30 混凝土→预加反力封桩→桩帽施工。

下托盘作为顶升阶段的反力基础，同时是正常使用阶段结构底板。作为永久结构，下托盘梁采用800mm厚的筏板式结构。根据最后一层土方开挖区域，先后顺序进行下托盘施工，先浇筑区域应设置施工缝且表面应进行凿毛处理。下托盘结构浇筑前，应按图纸要求进行预埋件安装（隔震层下支墩预埋件、围墙预留插筋、钢支撑螺栓预埋）。

2.4 上部结构加固技术要求

顶升过程之前，为防止房屋发生水平向位移，控制整体建筑的变形，保持结构的稳定性，应对上部结构进行临时加固和设置限位装置。

上部结构竖向加固采用标准节方钢管螺栓连接，形成高18m 钢立柱桁架。轴向对应钢柱通过水平钢索拉结，每层设置一道，钢索对拉采用螺母连接，与钢柱侧边的加劲板螺栓连接。型钢与房屋墙面接触部位使用橡胶+方木支撑进行隔离。钢柱底部与上托盘梁预埋件通过锚栓连接，对称拉结钢柱同时搭设。

钢结构限位装置采用方钢管组成的两榀桁架。限位装置方钢管连接位置应满焊焊接，焊缝高度不小于10mm。限位装置在下托盘（底板）结构形成后施工，施工中应加强对建筑重点保护部位的保护。顶升过程中限位装置水平变形不超过5mm。

2.5 顶升施工技术要求

大楼总重约25000t，后续增加结构托盘梁1900t、钢结构加固340t，累计顶升重量约27240t。采用AB 两组交替顶升技术进行整体顶升1.2m。A 组顶升一个行程（100mm）后，将B 组支撑支垫密实后，交替顶升泵站控制切换至B 组千斤顶，对B 组千斤顶进行冲压，逐步主动托换上部荷载。在主动托换过程中，B 组千斤顶的伸长量会补偿各支撑的压缩变形，同时由位移传感器控制，能精确保证上部梁体的同步性。B 组顶升下一个行程，重复上述步骤直至到达顶升设计高度。

顶升过程中采用压力+位移双控的方法进行控制，当千斤顶因为布置间距较近互相干扰到位移传感器工作时，将一组切换至以压力控制。若在顶升施工中标高出现差异变化≥±2mm，应停止同步顶升。根据监测数据进行本次纠偏顶升，继续监测，直至标高变化再次同步后停止纠偏，并继续同步顶升。当顶升高度超过80cm 时，频率调整至10cm/次进行监测。

2.6 监测量控技术要求

建筑顶升过程本身是个动态过程，随着上部结构的顶升，顶升点位处顶升力的细微差异将会造成上托盘结构，以及上部结构内力变化，甚至裂缝出现。因此，通过监测量控结构的应力、水平及垂直位移、倾斜等参数，可以获得结构变形趋势，并结合巡视等情况进行工程安全性分析，将其成果及时提供给工程相关单位，做到信息化施工，保证工程结构本身及周边环境的安全，从而有效地将施工控制在安全范围之内。顶升过程中主要监测内容包括：顶升建筑的沉降和水平位移、建筑倾斜、顶升加速度、上托盘梁体系应力、钢管桩轴力等。

3 改造投资分析

显然，一个科学合理的建筑改造方案，不仅要考虑技术上的可行性，还要考虑方案的经济性和工期，往往项目的投资决定着方案的可实施性。因此，本文对该建筑改造顶升工程进行全面的投资分析，研究其经济方面的优势。

本项目改造工程涉及的主要工程量包括基坑支护、土方开挖、上托盘体系、锚杆静压桩、下托盘体系、上部结构临时加固、顶升设备使用、监测及其人工等，相应的投资估算应包含以上分项工程的费用，以及措施费、规费和税金。投资估算主要依据相关计价规范和行业标准，如《建设工程工程量清单计价规范》（GB 50500—2013）[5]、《上海市建筑与装饰工程预算定额》[6]等，最终投资见表2。

由表2 可以看出，该改造工程的总投资为7377.2万元。其中，基础托换费用为4220.6 万元，占整个顶升改造投资的57.21%，占比最大；其次为顶升设备及使用费，费用为1769.5 万元，占比为23.99%；而基坑支护、土方开挖，以及临时加固和限位装置的工程费用分别为510.0 万元、342.7 万元、534.4 万元，占比较小。该保护建筑的面积为1.07 万m2，总重量为25000t，分别按面积或顶升重量进行造价指标计算，其折合后的造价指标分别约为7200 元/m2或2950 元/t。

表2 顶升工程改造投资估算

4 结语

当然，顶升改造工程的投资影响因素众多，如建筑样式风格、上部结构类型、基础托换方式，以及顶升高度及安全度等因素。还有，当前人工费与材料费的单价变化，对整个项目的造价影响也较为敏感。本文是依托上海某历史保护建筑顶升改造项目，阐述了保护建筑整体顶升改造方案，以及具体分部分项工程的技术要求，同时对改造工程的投资进行全面分析，以供类似项目参考借鉴。