浅析历史建筑地下室扩建的结构稳定性保证措施——以中国大戏院修缮项目为例

沈林保

（上海住总集团建设发展有限公司 上海 200011）

1 项目概况

为了进一步满足修缮后的大戏院的舞台功能需求，即满足设备间及舞台乐池升降的空间需要，设计要求将原有地下室进行扩建（加大、加深）。改造开挖深度为3.0m 和3.70m（3.0m 深度为临近原有戏院基础位置，3.7m 深度为临近戏院内侧场地位置）；新建舞台区基坑面积约346m2，基坑周长约76m。由于建筑历经百年沧桑，墙体、结构较多存在开裂、变形、缺损等隐患，在对舞台区域的原地下室扩建的过程中采用科学、合理的技术措施以保证历史建筑的整体结构稳定性是本工程的重点和难点。

2 方案的提出

经过现场详细勘察，提出了如下技术措施以保证地下室扩建施工期间的结构稳定性：

（1）施工前对薄弱的老墙体进行临时支撑；

（2）对毗邻地下室的老墙体基础增加静压锚杆桩+混凝土地冠梁进行加固；

（3）选用合理的围护桩形式以保证施工期间对土体的最小扰动和对建筑的最小影响；

（4）对基坑以下土体采用真空井点降水结合压密注浆以确保土方开挖时基坑稳定性；

（5）为了确保全过程的建筑结构稳定性，对地下室扩建范围的原结构柱进行临时扛抬架空。

上述主要涉及的施工流程：

3 方案的实施

3.1 针对“施工前对薄弱的老墙体进行临时支撑”的实施

由于与地下室毗邻的北墙体高度达26m 且为单片墙，已有一定的变形、开裂现象，故在地下室扩建施工前对其进行临时支撑以增强其侧向强度，防止其倾斜、倒塌。

具体做法如下：增设的斜向支撑采用φ219×8mm 的无缝钢管，在三层结构部位。同时在增加钢管斜向支撑的北墙沿圈梁侧面水平安装20#槽钢，槽钢与圈梁、立柱采用M14 化学螺栓连接，间距1m，钢管支撑端部与槽钢圈梁焊接。由于舞台台口大梁（高2.5m）施工前根据现场勘察发现有竖向裂缝，故斜向支撑采取了穿过台口梁与室内原四层结构平面钢桁架焊接成一体（图1、图2），以增强其整体安全性。

3.2 针对“对毗邻地下室的老墙体基础增加静压锚杆桩+混凝土地冠梁工艺”的实施

图1 临时支撑

图2 现场临时支撑

为了保证与地下室基坑毗邻的墙体的稳定性，在基坑开挖前，对北外墙采用锚杆静压桩进行基础加固，施工时为降低对原基础的扰动，桩位开孔采用机械静力钻孔。为了增强基础的整体稳定性（图3），在锚杆静压桩顶部封桩后采取通长混凝土地冠梁进行施工，地冠梁与原筏板基础的连接采用@200，二级φ12mm 钢筋双向植筋连接。其中：锚杆静压桩采用了φ219×8mm 的无缝钢管，桩长25m，间距850mm 布设，见图4。

3.3 针对“选用合理的围护桩形式以保证施工时对土体的最小扰动和对建筑的最小影响”的实施

在施工前，对现场及基坑特点进行了全面的分析和勘查，主要归纳如下：

（1）本项目基坑挖深较浅，规模也较小，且位于建筑物内部，施工器械选择受限，同时要求对原建筑物要加强保护，防变形要求较高。

（2）基坑围护结构平面形状不规则，对围护结构平面布置较为不利。

（3）考虑对原建筑的加固，施工周期长，对控制基坑变形不利。

（4）本工程地处闹市区，施工场地受限，水位较高需设置止水帷幕。

图3 锚杆桩及地梁剖面

图4 锚杆桩的分布

（5）上海属软土地区，本工程基坑开挖深度内均以软弱的粘性土为主，变形控制难度大，基坑围护成本较高。

基于上述特点，进一步拟定三种围护桩方案，见表1。

经过上述优劣分析，从对建筑、土体的影响；施工工期、对周边环境的影响、造价等综合考虑，最终选择方案一：Ⅳ号小齿口拉森钢板桩（采用Ⅳ型9.0m 长密扣拉森钢板桩）。由于其缺点是施工时会产生一定程度的振动，因此在施工前对墙体做好合理的临时支撑、加强对墙体的监控、在压桩过程中旁站监护人员密切注意垂直度控制等技术措施以确保振动锤绝对不能触碰到外墙等原结构件，完全可以保证将不利因素降低到最小，见图5、图6。

3.4 针对“对基坑以下土体采用真空井点降水结合压密注浆以确保土方开挖时基坑稳定性”的实施

为了基坑施工安全，并防止基坑开挖过程中发生流砂、管涌现象，并有效防止坑底土出现“橡皮土”现象，因此在开挖前对基坑进行地基压密注浆加固以及真空井点降水处理。待基坑围护桩完成后在既有筏板基础上机械开孔，孔距1.00m，线距8m，排列方式“梅花”展布套管，注入深度为3.1m（-3.4～-6.5m），见图7。降水和开挖配合进行，采取随挖随降，并确保降水深度始终在开挖面以下500mm 左右且每天二次进行沉降观察。

图5 钢板桩施工剖面

图6 钢板桩施工

图7 真空井点降水布设以及地基压密注浆区域（阴影部位）

3.5 针对“为了确保全过程的建筑结构稳定性，对地下室扩建范围的原结构柱进行临时扛抬架空”的实施

为了保证施工期间老建筑的整体稳定性，对基坑开挖时施工区域内的两根混凝土立柱必须先保留。但由于基坑开挖标高为-4.400，而现有柱子基础底标高为-2.870，现有柱子基础下部需掏空1.6m，故基坑开挖之前对现有柱子基础采取了扛抬架空的办法，见图8～图10：柱子基础扛抬架空采用4 根φ219×8mm 静压锚杆桩，打桩深度32m，并在原有的混凝土柱四侧增加牛腿横梁支撑，来承担原有柱的轴力。

4 结论和展望

通过采用了前期临时钢支撑保护老墙体、静压锚杆桩加混凝土地冠梁增强老墙体基础稳定性、因地制宜选择合理的围护桩形式、重视对开挖部位的土体加固和降水、采取抬杠法确保施工期间原结构体系和老建筑受力的完整性等技术措施，解决了在历史保护建筑中扩建地下室的同时不破坏其结构稳定性的技术难点。这种贯穿全过程、全方位、多角度的综合性保护措施经实践证明是行之有效且科学合理的。随着国家对历史保护建筑修缮的日益重视，许多历经百年的老建筑将面临修缮后的再利用，对其后改结构的复原或是因功能提升而做的局部结构调整等工作将会非常普遍，本文论述的这种在施工过程中不影响老建筑整体结构稳定性的技术保征措施可对这些类型的施工给予抛砖引玉或参考指导的作用。

表1 围护桩方案优劣比选

图8 老混凝土柱平面位置

图9 抬杠法临时支撑立柱

图10 施工