利用既有地下室实施空间改造技术研究与实践

李一星

上海市基础工程集团有限公司

1 前言

由于城市用地紧张、空间有限，80 年代的老建筑较多，存在改建和重建的发展要求。由于老建筑对地下空间的规划不足，存在老建筑的地下结构的合理利用和闹市区老建筑改造过程中对周边环境的保护等方面的施工难题。旧建筑改造在经济方面也有着特殊的价值，主要表现在两方面。

第一，建设周期短，节省成本。旧建筑的改造比拆除重建所花费的建筑周期短得多，省去了部分或全部的主体结构和建筑基础的施工时间，这样可以使建设资金大大减少，降低成本，提升经济价值。

第二，减少环境治理成本。由于旧建筑改造避免了建筑垃圾的产生，所以大量建筑垃圾的减少可以对城市环境的污染起到一定的积极作用，从这方面而言，旧建筑改造可以减少政府在治理环境污染方面的支出。

2 工程概况

上海某核心城区楼宇建成于1987年，是上海中心城区著名的五星级酒店，原结构主楼30 层，裙房5 层，设1 层地下室。为改善原建筑使用功能，工程对楼宇功能进行改建，一方面原主楼通过“四改三”以增加层高，主楼改建为22层（高度不变）；另一方面原裙房区域1层地下室扩建为地下4层，主楼区域地下室仍为1 层不变。改建后建筑面积约7 万平米，建筑功能为为商业及办公。

3 既有环境对施工的制约因素

3.1 周边环境复杂

该项目地理位置特殊，周边环境及其复杂：北侧为城市主干路，下方分布有多条管线，且有运营中的道交通地铁2号线区间隧道通过，与隧道结构外边线最近距离约8m；场地西侧为正在使用中的某停车场，其配电房距基坑仅3.6m；场地南侧为2栋4～7 层居民楼，与居民楼最近距离约7m；场地东侧为小区道路，道路西侧为1～4 层混凝土建筑物，与建筑物距离约9.5m。且地下基础施工过程中，主楼仍在同步进行拆除施工。所以无法在既有地下室外侧布置施工场地，必须对既有地下室进行改建满足后续施工顺利进行。

3.2 后续工艺施工所需条件要求高

因后续施工期间重型设备的行走安全性以及对周边环境的保护（采用QU250 型履带吊，自重250t，钢筋笼及锁具自重为30t，履带间距6.4m，锁口管顶升反力最大约600t），根据对原结构顶板进行的复核计算，175mm顶板无法满足道路承载力要求，因此需要通过对地下室顶板进行支撑加固，使地下室上方能够承受大型施工设备的荷载，然后在地墙成槽施工范围两侧采用深导墙进行隔离，避免地墙循环泥浆流入地下室。

4 利用既有地下室改建技术研究

4.1 加强顶板设计方案选择

既有建筑为90年代初建成，地下室结构形式：最大柱距为：7.8m×8.4m，顶板厚度为175mm，采用单向板布置，主梁为450×800，次梁为400×600。底板厚度500mm。根据现场结构情况，计算分析了三种方案，具体如表1。

方案一中，梁板结构的变形及受力均满足规范要求，变形最大3.2mm，板的最大压应力11.7MPa；方案二中，梁板结构的变形满足规范要求，但是300mm 厚现浇板的最大压应力达到14.6MPa，超出了规范的允许值；方案三中，梁板结构的变形及受力均满足规范要求，变形最大3.5mm，板的最大压应力11.7MPa。结合计算和施工便捷综合考虑，采用方案一进行顶板加固施工。

表1

4.2 深导墙设计方案分析

根据新建围护地连墙的位置，沿地墙两侧布置深导墙，并与新浇筑350mm 厚加强顶板相连。经计算导墙最大应力3.34MPa，导墙最大位移5.4mm，导墙上最大弯矩82.3kN·m，导墙底部节点处的剪力最大值为100kN/m。

图1 深导墙配筋图及计算分析图

5 既有地下结构改造施工实践

根据“先撑后拆”的总体原则，保证对周边环境影响最小，对地下室先进行钢支撑、深导墙加固施工，再进行350mm加强顶板浇筑。

5.1 钢管立柱安装

钢管立柱由活络头，中间管，固定端组成，配置长度比净空略短10cm，在地面拼装完成后，用汽车吊从外部垂直吊起，然后用叉车托住立柱进行水平运输与安装位置；把拼装好的立柱用叉车运至到位；安装时活络头端朝下，用叉车吊着固定端把立柱竖起，放在楼板下，临时固定。用叉车把千斤顶放置在活络头上，通过液压装置加压，油表读数0.6MPa。加压后，用钢锲把活络头固定好，然后松开液压，取走千斤顶。

钢管柱上下底座采用700×700×20 钢锚板，上底座开孔，并植入钢筋于梁中，钢筋穿入孔中，并与钢锚板焊接连接。下底座需设500×500×10 三角形缀板，与钢管柱桩身焊接连接，并于底板植筋8根，用于固定下底座钢锚板。

5.2 深导墙作业

先对地墙区沿线的所影响地下结构进行凿除或链锯切割，比如原汽车坡道和楼梯等。再根据地墙和既有结构的墙的位置关系，通过与设计单位的协商，局部微调地墙的位置，利用原结构外墙做一侧深导墙，仅施工单侧深导墙。

图2 单侧深导墙

图3 双侧深导墙

后续地墙的工艺，槽壁加固分为两种类型：三轴搅拌桩和MJS旋喷桩。MJS工艺在槽段中心点进行360度旋转喷浆，对深导墙宽度无影响。三轴搅拌桩需在地墙两侧进行槽壁加固，槽段宽度需满足3m，该位置需增设一道混凝土挡墙，在槽壁加固施工完成后，施工常规导墙即可。

5.3 水平传力带实施

既有建筑地下室改造过程中涉及原地下一层结构分割为四个独立的封闭地下结构，这就导致原地下结构改造后四个单元之间无水平力传导。施工时在顶板和底板同时每隔10m设置传力带（后期地墙施工前分段凿除），减小对周边环境影响。待后续在槽段内回填土方后，分段进行水平传力带的拆除。

5.4 监测数据分析

顶板支撑加固施工自2016年7月进场进行施工，至2017年7月基本完成，中间穿插进行了部分清障工程和主楼拆除，在共同影响作用下，对地铁2 号线区间段所造成沉降最大值仅2.7mm，符合设计10mm变化量，达到预期控制目标。

图4 沉降变化数据

6 结语

既有建筑地下结构改建技术对原有结构体系进行改造，从地下室内部施工深导墙，即利用原建筑地下室结构外墙作为导墙，导墙深度达8m，从而保证后续紧贴原地下室的地下连续墙施工。同时在原地下室内部进行加固，以提高地下室顶板的承载能力，使普通的地下室结构顶板能够满足数百吨重型车辆行驶的要求。既有建筑地下工程改建提供一种技术先进、经济可行、绿色环保的施工方法，帮助城市在保留老建筑风貌的同时改善其功能、拓展其空间，为城市的持续发展作出贡献。