邻近深基坑工程的历史文物建筑保护措施研究

边成洋

【摘 要】以地处上海中心城区且邻近深基坑工程的历史文物建筑——董家渡天主堂保护性施工为例,通过采取对相邻深基坑工程的围护设计优化、天主堂基础进行主动托换、深基坑工程的实时监控等措施,确保了天主堂建筑在深基坑施工全过程中的安全,可为类似工程提供参考. 【期刊名称】《建筑施工》 【年(卷),期】2019(041)007 【总页数】3页(P1206-1208)

【关键词】深基坑工程;历史文物建筑;基础托换;保护措施 【作 者】边成洋

【作者单位】上海建工集团股份有限公司 上海 200080 【正文语种】中 文 【中图分类】TU753

1 工程背景

1.1 董家渡天主堂概况

董家渡天主堂是上海目前尚存较老的天主教堂之一，位于董家渡路和万裕街的交会处，始建于1847年，外观造型属西班牙风格，建筑风格则归于文艺复兴时期的巴洛克式，是当时中国首座可容纳2 000余人的大型天主堂，现被列为上海市文物

保护单位（图1）。 图1 董家渡天主堂

天主堂平面总体呈矩形，南北向基本对称。房屋南北向长51.8 m，东西向宽39.35 m，建筑面积1 600 m2。房屋采用砖木结构，基础类型为砖砌大放脚条形基础、柱下独立基础。天主教堂大堂于1985年、2000年和2009年进行过修缮整治。

在天主堂开展保护之前，专业单位对天主堂进行了检测，检测结果显示天主堂局部屋面木构件有发暗和变色等痕迹，少数墙体和个别砖拱出现裂缝，南墙和西墙有贯穿性裂缝；局部位置吊顶有水渍和开裂。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，房屋对不均匀变形影响较为敏感。房屋南北向外棱线倾斜测点倾斜方向不一致，总体上多数向南倾斜，范围在0.038%～0.503%之间，平均向南倾斜率为0.174%。从检测结果可以看出，天主堂的现状情况不容乐观，其对于地层变形较为敏感，给天主堂的保护带来极大困难。 1.2 天主堂与深基坑工程关系

董家渡金融城项目三面环绕天主堂，在天主堂周边设置了4个基坑（图2），东侧为F2基坑，其面积约1 700 m2，开挖深度为18.5 m；西侧为G2基坑，其面积约1 200 m2，开挖深度为15.6 m；北侧为J2、A2基坑，面积分别为980 m2与760 m2，开挖深度均为19.5 m。天主堂距A2块、G2块和F2块基坑最近距离分别为9.42、13.05、6.29 m，天主堂位于A2块、G2块和F2块3倍基坑深度范围内。深基坑工程施工势必给天主堂结构安全带来难以估量的影响。 图2 天主堂与深基坑位置关系 2 保护措施

天主堂的保护措施主要分为主动保护和辅助保护两大类。主动保护措施有天主堂上部结构临时加固和基础托换，辅助保护措施有深基坑围护设计施工和深基坑施工组

织优化。保护措施的流程为：深基坑围护设计施工→天主堂上部结构临时加固→天主堂基础托换→深基坑施工组织优化。 2.1 深基坑围护设计优化

为了保护天主堂结构在施工期间的稳定，在深基坑围护设计方案中实施了多道保护防线（图3），即在天主堂东西侧和北侧采用5道保护措施，分别是深30 m隔离桩，深17 m桩间土体加固，深55 m、厚0.8 m的TRD工法，深42 m、厚1.2 m地下连续墙，以及深26 m、厚0.85 m三轴搅拌桩。此外，在施工时采用MJS（全方位高压喷射工法）加深地下连续墙，用于减小清除地下障碍物时对天主教堂造成的不利影响。 图3 多道被动保护防线

在基坑开挖支撑设计上，采用自适应液压伺服钢支撑体系。该系统可以根据基坑变形自适应调整支撑轴力，以达到减小基坑开挖对周边环境影响的目的。 2.2 天主堂上部结构临时加固

考虑到天主堂上部结构横向连接较弱，而且前期建筑沉降、地砖开裂等情况，可能已经发生了相对的横向移动，考虑到开挖后墙体及墙柱在失去侧限及周边扰动时可能会加剧建筑物的横向移动，所以在天主堂土方开挖前对建筑物进行临时的型钢支撑、钢拉杆拉结的加固（图4）。 图4 上部结构临时加固 2.3 天主堂基础托换

天主堂年代久远，历史悠久，其基础整体性较差，对环境扰动敏感；独柱浅基础，自重大，约10 000 t，外围深基坑采用围护设计施工保护措施后，如直接进行深基坑开挖，天主堂仍存在安全隐患，因此对天主堂进行基础加固保护仍有必要。 对基础进行托换的方式有被动托换和主动托换2种。被动托换技术将上部结构荷载被动地转移到新桩上，对上部结构的变形无法进行调控。当建筑物荷载小、变形

控制要求不甚严格时，依靠托换结构自身的截面刚度，可以在托换结构完成后，直接将上部荷载通过托换梁传递到新桩，而不采取其他调节变形的措施。主动托换技术是在原桩基础切除之前，通过千斤顶对托换桩和托换结构施加荷载，消除托换桩和托换结构的部分变形，分级分步实施荷载转移，使得托换后，桩和结构的变形控制在较小的范围内。主动托换的变形控制具有主动性。

针对教堂的基础承载力低、整体性差、工程托换周期长等特点，本项目采用主动托换方式进行基础托换以确保天主堂的结构安全。主动托换方案设置3道防范措施：钢筋混凝土托换底盘加固原有地基基础，增加其整体性；锚植静压桩，增加其地基整体承载力，降低对沉降的敏感程度；整体托换顶升设备，预防不可预见情况下的不均匀沉降[1-2]。主动托换的具体工艺流程为：进场准备→地坪破除→上部结构加固→土方开挖→钻孔→穿入管棚→压浆→托盘梁施工→压入钢管桩→钢管桩临时锚固→托换完成→恢复原地坪。 2.4 深基坑工程施工组织优化

待天主堂主动托换完成后，为了进一步确保深基坑开挖阶段天主堂结构的安全，须对深基坑工程施工组织进行优化。

基坑变形具有“时空效应”，土方开挖、支撑施工严格实行“分层、分段、分块、留土护壁、限时对称平衡开挖、支撑”的总原则，将基坑开挖对周围设施的变形影响控制在允许的范围内，挖土作业连续不间断，最大限度缩短基坑开挖时间，及时形成地下室结构，减小基坑暴露时间，从而有效减小基坑开挖对教堂的变形影响。同时天主堂周边基坑采取“跳坑”施工法。

在进行上述施工组织策划后，应急处理仍必不可少。针对土层特性，一旦教堂出现急剧沉降或者倾斜，则立即对教堂东、西两侧各进行双液注浆土体加固，缓解教堂的沉降趋势。注浆可改善土的工程水文地质条件，从而破坏潜在滑移面的形成，稳定基坑外部土层，减小土体的侧压力，控制地面及建筑物沉降。还有一项措施是，

一旦发生不均匀沉降，可以通过对装于锚杆桩上的千斤顶进行调节，以保障天主堂上部结构的安全[3-4]。 3 天主堂基础托换关键施工工艺 3.1 管棚施工

利用全液压钻孔机连接驱动岩心管，带动人造金刚石薄壁钻头转动，尅取混凝土，产生的粉屑通过循环冷却水带出孔外，最终形成不同口径的水平偏斜率不超过0.2%的混凝土钻孔（图5）。砖柱钻孔间距为250～300 mm，孔径为220 mm，考虑到上部结构荷载较大，为保证上部结构安全，施工顺序为：钻孔→顶推钢管→压浆→达到强度→钻下一下孔。同时注浆材料为高强灌浆料，以确保强度达到施工要求。 图5 管棚施工 3.2 托盘梁施工

托盘梁以纵横向平面框架方式进行布置，由纵横向的钢筋混凝土梁构成，主要受力与传力构件截面尺寸为600 mm×800 mm，在其截面上预留压桩孔，截面尺寸为250 mm×250 mm。托盘梁受现场环境限制，浇筑形式为人工手推车浇筑（图6）。

图6 托盘梁施工 3.3 锚杆静压桩施工

锚杆静压桩是锚杆和静力压桩2项技术相结合而形成的一种桩基施工工艺，是一项加固软弱地基的托换技术，具体施工流程分为压装、接桩和封桩3个部分（图7）。

图7 锚杆静压桩施工 3.4 托换结构和设备安装

托换结构连接包含几个步骤：精轧螺纹钢连接器连接；分配钢梁一安装，螺母垫片安装；千斤顶安装；分配钢梁二安装，螺母垫片安装（图8）。

图8 分配梁和顶升设备安装 4 现场监控与效果

对天主堂的监测同时采用人工检测和自动化检测的手段，结合施工现场工况，着重监测天主堂周边的沉降、倾斜等，根据分析情况适时调整施工节奏。一旦发现异常，及时启动应急预案，避免事态往不利方向发展。

目前天主堂主动托换施工完成一年多，且G2和F2两个深基坑已出正负板，在各项保护措施的合力作用下，天主堂的监测数据稳定无异常。 5 结语

采用对历史文物建筑进行主动托换为主，深基坑围护设计施工加强保护措施为辅的保护方案，成功地对靠近深基坑的逾百年老建筑进行了有效保护。所总结的技术思路可供类似工程参考。 参考文献

【相关文献】

[1]李攀登,丁帅,汪洪,等.紧邻历史保护建筑的深基坑设计施工技术探讨[J].勘察科学技术,2017(增刊1):97-100.

[2]段朝静.紧邻历史保护建筑的深基坑工程设计与施工[J].建筑施工,2017,39(8):1137-1140. [3]尹晓洁.紧邻历史保护建筑的深基坑施工技术[J].建筑施工,2017,39(7):940-942. [4]金文其.紧邻历史保护建筑和轨道交通的深基坑围护结构优化设计和施工技术[J].建筑施工,2015,37(2):172-174.