基于历史建筑保护的基坑开发方法研究

基于历史建筑保护的基坑开发方法研究

杨寅君

上海建工二建集团有限公司  上海  200080

摘要：在地下空间开发范围内实现历史建筑保护是城市更新目标下的热点和难点。以上海城区某含历史保留建筑的地下空间开发项目为实例，结合周边环境保护、历史建筑加固、基坑开挖方法等方面，提出了类似项目的重难点与技术方案。通过建筑加固措施、基坑施工方法和建筑监测分析等内容，进行了基于历史建筑保护的基坑开发方法的详细阐述与分析。研究结果表明，相关技术措施可有效保证城市更新过程中历史建筑、基坑施工及周边环境的安全。

关键词：历史建筑保护，地下空间开发，建筑加固，施工方法，现场监测

1 引言

随着城市发展逐渐由增量建设转为存量开发，在旧城区建筑群内增设地下空间成为城市更新的普遍方式[1]。然而对于上海、广州等近现代风貌集中的区域，其具有保留价值的历史建筑大多位于中心城区[2]，保护等级较高，工程用地紧张，周边环境复杂。如何在含有历史建筑的地下空间开发项目中，实现建筑安全保护与基坑施工效率的平衡，成为了城市更新的重点与难点。

本文以上海城区某含保留建筑的地下空间开发项目为实例，对其工程难点、施工方法、实施效果进行了详细介绍与分析，以期为同类案例的施工提供参考。

2 工程概况

2.1 项目简介

本工程属于城区旧改项目，在原建筑拆除后进行地下空间开发，且需在场地范围内异址保留一处近代历史建筑。施工场地平面呈不规则长方形，面积约13000m2。增设2层地下室，普遍开挖深度10.8m。

本项目为确保基坑开挖的安全，需将面积过大的基坑进行划分。整个基坑分为北、中、南三个区域，其中地下二层区域单独划分为南区，基坑面积为13800m2；地下三层区域分为北区和中区，基坑面积分别为13500m2和15700m2。综合考虑变形控制、经济成本与施工进度，在北区与中区采用逆作法施工，在南区采用顺作法施工。历史建筑主要位于基坑南坑和分隔墙上。

2.2 周边环境概况

本项目周边存在着复杂的道路、建筑与管线。项目四面为宽度7~30m的道路，其中西侧为城市主干道和高架桥，高架桥墩距基坑最近距离为25m，道路下离基坑边线最近的管线距离为2m，离基坑最近的周边居民住宅距离为21.5m。环保要求等级普遍为二级。

2.3 工程地质与水文地质概况

本场地属于滨海平原地貌类型，基坑影响深度内为典型的上海深厚软土层，其中埋深30m范围内分布第①层至第⑥层的黏土与淤泥质、砂质黏土，埋深30~45m范围内分布第⑦层砂质黏土与粉砂。根据抽水试验的结果，本基坑不涉及承压水。

2.4 历史建筑概况

场地内保留历史建筑为名人故居，建于1920-1930年，高约10.5m，属于折中主义风格两层砖木结构建筑。南北长约19m，东西宽约30m，总面积约820m2。由于长期作为群租房，内部改建较严重，且缺乏必要的维护。经鉴定，结构存在木柱腐蚀、砌筑砂浆劣化、墙体开裂、屋架歪闪、屋面倒塌等隐患，现状属于危房。

3 工程重难点与技术方案

本项目位于中心城区，周边存在复杂道路与管线，对基坑变形控制要求较高。现场施工用地紧张，且需要进行历史建筑的保留，因此施工方案必须同时满足地下空间开发可行性和环境/历史建筑保护性的需要。结合本项目的实际，工程重难点与技术方案为：

（1）为控制基坑施工的环境变形，采用地下连续墙结合内支撑的方法。根据基坑开挖深度与环境变形控制要求，设置多道内支撑，并控制合理的支撑作用位置。结合信息化手段监测环境变形，反馈施工进程。

（2）为实现历史建筑的异址保留，采用平移盖挖法。在规划保留区率先施工桩基础与地下室顶板，待建筑平移就位与基础连接后，对保留建筑以下部分采用局部盖挖逆作的方法进行地下空间开发。

（3）为保证施工过程中保留建筑的安全，对建筑结构与基坑开挖均采取相应措施。在历史建筑平移就位后，对结构薄弱部分进行临时加固；在基坑开挖过程中，进行合理分区，并控制卸载速率，同时对建筑下基础立柱采取抗隆起措施。施工过程实施全过程检测，需要预警报告，每个工况完成后和参与各方进行沟通确认，以确保安全施工。

4 建筑保护与基坑开发方法

4.1 基坑围护与坑内支撑

基于本基坑开挖面积（13000 m2）、开挖深度（10.8m），综合考虑变形控制、经济成本与施工进度，采用顺作法施工。为了兼顾围护效果与经济性，设置厚0.8m，深26m的地下连续墙；采用深20m三轴搅拌桩在地墙两侧进行槽壁预加固，防止地墙成槽中坍壁。为增强基坑开挖过程中，土体对围护结构的支撑作用，对坑内土体采用宽5m、深16m的墩式加固。加固形式为三轴搅拌桩，并以搭接的方式连接（见图1）。

在基坑深度范围内设置两道钢筋混凝土支撑，其中心深度分别为1.0m与7.0m，第一道支撑与保留建筑的地下室顶板进行连接。

（a）平面图

（b）剖面图

图1 基坑围护与坑内支撑示意图

4.2 建筑加固与整体支撑

由于地下结构施工对保留建筑的支撑立柱桩会产生不可避免的扰动，在基坑开挖前，需对保留建筑进行临时加固。为提高劣化墙体的完整性与承载能力，对门窗洞口采用型钢支撑或砖砌封堵处理，对显著开裂与歪斜墙体采用环氧树脂填缝和灌浆法处理。由于砌筑砂浆强度较低，对其余大面墙体采用高延性混凝土进行条带式抹面处理以增强整体性。为减少渗漏与垮塌风险，对开裂的屋顶进行临时防渗修补，并用满堂架进行顶部结构支撑。

同时，为防止基坑土体卸载期间基础不均匀变形造成的建筑物倾覆，在门窗洞口的内外两侧采用钢管与木方的组合进行墙体夹持，并拉结于满堂架中，使外墙与屋顶形成稳定的整体支撑体系。

建造过程控制是全过程安全控制，一方面设计上要保证受力和变形安全，另一方面在拆除、加固和节点连接的过程中要确保施工的安全。

4.3 盖挖施工与抗隆起措施

在基坑开挖过程中，对场地进行合理分区，保持对称均匀开挖，并最后开挖保留建筑下的土方。由于保留建筑下率先施工立柱桩作为承载基础，土方开挖需严格避开柱体，并保留距离立柱厚度30cm以内的土体进行人工钎土。对于立柱分布密集区域，土方驳运较困难，采用履带式水平传送带，将作业面较小处的土方转运至建筑范围外。

本项目卸土荷载较大，基坑底部的土体回弹变形显著，且保留建筑现状为危房，需重点关注建筑下立柱的隆起变形，防止产生过大的不均匀沉降。在基坑的水平支撑施工时，本项目将保留建筑地下室顶板与周边的支撑梁相连，增加建筑基础的整体性。同时，在建筑外侧6m范围内额外浇筑栈桥板并将钢筋、铁件等建材作为压重，既可作为临时材料堆场，又可利用杠杆原理减缓立柱的隆起速率。在开挖过程中，也需结合监测数据对挖土速率进行控制，在开挖完成后迅速浇筑垫层，进行结构施工。

5 现场监测与分析

本项目在基坑施工全过程中实施了信息化监测，对基坑支护结构、周边环境设施、历史建筑结构等进行跟踪监测，利用监测数据反馈指导施工，获得了较好的效果。

根据基坑地下连续墙侧向变形和历史建筑变形监测结果，地下连续墙侧向变形最大实测值为27.23mm，相对变形为1‰，符合变形控制要求。保留历史建筑的绝对隆起最大值为24.17mm，差异隆起为12.48mm，表明建筑形态保持稳定，符合历史建筑保护的要求。

根据周边环境设施的沉降现场监测结果，重要管线沉降为13.58mm，居民住宅沉降为9.66mm，高架桥墩沉降为1.85mm，符合周边环境控制要求。

6 总结

本文对上海城区某含历史保留建筑的地下空间开发项目进行了案例分析，工程实践表明，该项目的基坑支护设计、建筑加固方法和基坑施工方案使用效果良好，对周边管线、环境设施与历史建筑等重要结构的影响均控制在允许范围内，也可保证工程的经济合理性。本工程的设计及实施经验可为其他同类工程提供借鉴。

参考文献

[1]王卫东,姚激,岳建勇等.软土地基文物建筑地下空间开发的关键技术与应用[J].建筑结构学报,2023,44(12):92-99.

[2]洪小春,李锋,孙王虎等.城市更新背景下历史文化街区保护与地下空间开发策略[J].中国名城,2023,37(08):43-50.