项目位于上海市, 由宾馆改建成主楼办公、裙房商业的综合体。改建后主楼地上21层、地下1层 (原主楼底板保留) , 裙房地上4层、地下4层 (原为地下1层) 。项目周边环境复杂, 采用38m深、1m宽的地下连续墙作为深基坑围护。地下连续墙距北侧轨道交通2号线隧道外边线7～9m、距西侧上海会展中心能源楼4.5m、距南侧沧州大楼和文化保护建筑华业公寓最近处分别为6, 11m、距东侧建筑物7～9m。项目总平面如图1所示。

软弱土层中, 地下连续墙施工及深、大基坑开挖会使周边土体产生水平位移和沉降, 从而对周围建 (构) 筑物、市政设施和地下管线等产生不利影响。周边环境的安全不但取决于合理的设计、施工, 而且取决于贯穿在施工全过程的安全监测及当安全监测数据异常时采取及时、有效的措施^[1,2]。

文献[3]按照环境保护等级和基坑工程监测等级并综合考虑项目特点, 确定原主楼结构监测、周边环境监测和基坑及支护监测3种监测类型, 并介绍监测点布置、监测频度等。本文对周边环境监测中的邻房安全监测———沧州大楼安全监测方案和监测结果进行重点介绍和详细分析。同时, 为防止后续施工时沧州大楼不均匀沉降过大, 根据监测结果和计算分析, 确定合理的地基基础加固方案^[4]。

项目西、南和东侧共14幢房屋纳入邻房安全监测范围, 共设置100个监测点。其中, 上海展览中心能源楼、沧州大楼和华业公寓离基坑最近, 其监测点采用每日监测制度, 其他监测点每周监测1次。

沧州大楼共布置9个沉降监测点, 监测点F23～F30平面布置如图2所示。

9个监测点F23～F30累计沉降监测如图3所示。其中, F24+为2017年07月11日增加的监测点, 其他监测点均从2017年02月19日开始监测。由图3可看出, F23, F24, F25, F26 4个监测点累计沉降超过预警值-20mm。

邻房累计沉降监测记录显示, 沧州大楼北侧沉降大于南侧, 存在不均匀沉降。为分析由不均匀沉降引起的局部倾斜, 绘制监测点F23与F30, F24与F24+和F26与F27的沉降差记录如图4所示。

F23与F30, F24与F24+和F26与F27间的基础局部倾斜监测记录如图5所示。

F23与F30, F24与F24+和F26与F27间的最大沉降差及相应基础最大局部倾斜数据如表1所示。由表1可知, F23与F30间的沉降差最大, 为-17.7mm, 相应基础局部倾斜也最大, 为-0.001 8, 局部倾斜满足规范要求^[5]。

沧州大楼为7层砖混结构住宅建筑, 采用条形基础, 建于1998年。建筑平面外轮廓尺寸为41.040m×20.840m, 1层层高3.3m, 2～7层层高2.8m, 建筑总高20.1m。

为确定沧州大楼北侧墙体设置的4个沉降监测点监测值超过预警值的原因, 需对既有建筑地基承载力进行分析。首先按照既有建筑墙体布置、基础形式及尺寸建立计算模型。计算模型如图6所示。

按照地质勘察报告, 修正后^[6]的地基承载力特征值f_a=110kPa。根据条形基础地基承载力验算结果可知, 正常情况下既有建筑地基承载力满足要求, 且南侧地基反力大于北侧, 与本项目开工前的邻房检测报告结论“沧州大楼向南倾斜”一致。

在此期间, 沧州大楼未进行施工作业, 周边也只有北侧的地下连续墙施工。地下连续墙施工使既有建筑土体侧向约束变弱。从而, 在上部荷载不变的情况下, 地基土竖向压缩变形变大, 继而上部建筑沉降也相应变大。因此, 既有建筑北侧沉降大于南侧的主要原因为地下连续墙施工。

1) 地基土构成与特征根据改建项目详细勘察报告, 拟建场地在120.30m深度范围内的地基土属第四纪中更新世Q₂至全新世Q₄沉积物, 主要由饱和黏性土、粉性土及砂土组成, 一般具有成层分布特点。各土层的组成及分布如表2所示。

2) 方案选择受地下连续墙施工影响, 邻房沧州大楼产生了不均匀沉降变形和规范限值范围内的基础局部倾斜, 决定对其进行地基基础加固。既有建筑地基基础加固可采用基础加固、基础托换、地基加固和组合加固。基础托换方法主要有锚杆静压桩法、树根桩法和抬墙梁法等^[5]。

锚杆静压桩是各种地基加固处理方法中较有效的方法之一^[1]。具有施工机具轻便灵活、作业面小、施工方便、托换施工时车间不停产或居民不搬迁, 能耗低、无振动、无噪声、无污染以及荷载传递路径清晰、受力性能明确、能迅速制止沉降和倾斜等优点^[7]。为限制后续施工使邻房沧州大楼产生更大的不均匀沉降和局部倾斜, 且北侧沉降大于南侧, 决定采用锚杆静压桩对其进行局部基础托换加固。

3) 锚杆静压桩布置及承载力验算锚杆静压桩布置在沧州大楼东、西和北侧。桩中心距离外墙外侧250mm, 桩间最小中心距为600mm, 桩位需避开单元入口、给排水、燃气、电力管道等设施。锚杆静压桩采用219×8钢管桩, 桩端开口, 桩长分为31, 33.5m 2种, 共布置46根。桩端持力层为 (5) _1-2粉质黏土层, 该土层位于基坑开挖面以下, 土层较好, 对既有建筑物下土体起到“遮帘”效应。锚杆静压桩平面布置如图7所示。

根据锚杆静压桩平面布置, 建立桩基、条形基础和上部结构整体计算模型。由锚杆静压桩桩基竖向承载力计算结果可知 (单桩竖向承载力特征值为380kN) , 所采用的锚杆静压钢管桩竖向承载力满足要求。

4) 竖向荷载传递路径采用锚杆静压桩进行基础托换后, 上部结构荷载及基础和覆土重由原来的条形基础底部土体承担转换成由桩基础传递给更深层土体。上部结构荷载及基础和覆土重的一部分直接通过封桩灌浆料和条形基础上压桩孔壁间的黏结咬合力传递给锚杆静压钢管桩;另一部分通过锚杆传递给新增基础梁, 然后传递给封桩灌浆料, 再到钢管桩。传递到钢管桩上的竖向荷载通过桩侧摩擦力和桩端压力传递给周围土体。竖向荷载传递路径如图9所示。

5) 施工流程锚杆静压桩是锚杆和静压桩结合成的桩基施工工艺。通过在基础上埋设锚杆固定压桩架, 以既有建筑的自重荷载作为压桩反力, 用千斤顶将桩段从基础中预留或开凿的压桩孔内逐段压入土中, 再将桩与基础连接在一起, 从而达到提高基础承载力和控制沉降的目的^[8,9]。

沧州大楼锚杆静压桩基础托换施工流程:确定桩位、放样、编号→钻压桩孔、钻锚杆孔→拌制灌浆→埋设锚杆→安装压桩机→压桩→封桩→焊交叉筋→绑扎基础梁钢筋, 支模板→浇筑混凝土。

锚杆静压桩基础托换施工过程:完成压桩孔→压桩→接桩→封桩→基础梁钢筋绑扎→基础梁浇筑。

本高层改建项目基坑周边环境复杂, 为保证周边环境安全, 需对周边环境进行安全监测。本文对邻房安全监测中的沧州大楼监测方案和监测结果进行详细分析。根据安全监测结果, 对既有建筑地基承载力、地基基础加固方案、锚杆静压桩桩基竖向承载力、竖向荷载传递路径及锚杆静压桩基础托换施工流程进行分析。