建筑物地下空间的利用探索

    随着我国经济的不断发展，许多既有建筑物受到当时经济条件和建筑技术的制约，使用功能和结构形式已不能满足时代需要，如原建筑物层高较低，未设计无地下室、停车库等，若因此将整个建筑物拆除，重新建设，需消耗大量人力，物力，造成不必要的浪费，且建筑拆除后，产生大量无法重复利用的建筑垃圾，对环境造成严重破坏。

如果采用增层改造的方法，在既有建筑物下增层，在不增加建筑占地面积的情况下，增加了建筑物有效使用面积，而且增层改造实施和拆除后新建相比，建设周期短，投资小，这样即可以节省国家资源，保护生活环境，又可以满足其使用功能。

2、地下增层适用条件和设计要点  
　　既有建筑是否满足增层改造的条件，应根据结构已使用年限、结构体系、水文地址条件等情况综合考虑，地下增层还需仔细考虑下部开挖土体对周边建筑物的影响。  
　　增层改造设计时，首先要分析该建筑增层改造的经济效益、设计的可行性、施工的可操作性，在确定可以进行增层改造后，应明确改造后各构件的受力状况、对结构整体进行复核验算，确定基础及上部构件是否满足承载力要求、并对不满足要求构件进行加固处理，保证整个过程安全可靠。 
　 3、工程实例  
　　3．1工程概况  
　　某 3层花园别墅位于深圳市港中旅花园别墅区，建于2002年，设计使用年限50年，建筑面积 约360㎡，为现浇混凝土框架结构 ，抗震设防烈度7度，框架抗震等级为三级，当地基本风压为0.75KN/㎡，结构采用浅基础，其埋深为1.5m，有两根柱与相邻一侧建筑物公用基础，根据地质勘查报告，下部土层依次为：素填土（平均深度4.8m）、粘土（平均深度1.3m）、砾砂（平均深度1.1m）、砾质粘土（平均深度11.0m）、全分化粗粒花岗岩（平均深度3.3m）、强风化粗粒花岗岩（平均深度2.0m）、地下水位位于室外地面5.5m以下，本工程基础以粘土层做为持力层，建筑物填充墙体材料为粘土砖，建筑物自建成起，正常使用至今。

现应业主要求，在建筑物下部新增地下一层，层高3.3m，作为活动室使用。本工程设计采用了各种特种技术及措施，突破常规建筑上部增层的理念，安全可靠地完成了地下增层的实施。

3．2地下增层改造设计

3.2.1基础部分

原结构基础采用浅基础，但为了地下增层下一步工作的实施，需将下部土方进行开挖，并将首层柱往下接长，这就涉及到原有柱托换及接长柱基础类型的选择，目前常用的托换类型有钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、顶承式钢管静压桩、打入式微型钢管桩、树根桩 (微型钻孔灌注桩 ) 等,这些桩型在设计及施工中总是存在一些难以克服的缺陷,如小直径存在承载力低, 需布置的托换数较多, 易造成布桩困难;大直径桩虽然承载力高,但在施工时易引起建筑物的附加沉降。此工程采用一种桩径小、承载力高、施工简便、引起附加下沉微小的新桩型—微型钻孔嵌岩钢管灌注桩 。它采用小型钻机成孔入岩层至设计深度后,通长放置钢管,然后灌注细石砼而成，现已广泛应用于旧建筑物基础加固及托换中。

3.2.2上部结构部分

原建筑结构的水平向位移，整体稳定性、抗震验算及构造要求等均满足相关要求，但增层改造后，建筑物总高度、首层层高、结构受力体系均发生变化，这就要求依据改造后的结构模型重新进行整体复核验算，对不满足要求构件进行加固处理。

3.2.3建筑物周围土体支护及地下水处理

由于建筑物底部新增结构的层数、新增结构每层的层高不同，对下部土体开挖深度也有所不同，当增层建筑物下部地质情况较好，开挖深度较浅，且对相邻建筑物、周边市政影响较小时，可采用放坡开挖，这样即可以节约投资，也可满足安全要求。

但当地下水水位高标高于开挖土体顶面标高时，若保证土体开挖正常实施，需抽取开挖区域内地下水，这样以来导致建筑物周边地基土地下水位标高下降，以至于土体应力发生重分布，最终有可能导致所改造建筑物及相邻建筑物基础发生不均匀沉降，带来不必要的麻烦。为避免此种情况的发生，需在开挖前进行止水帷幕及支护处理，本工程采用直径500mm旋喷桩止水，要求桩与桩之间要求有一定的咬合区域（详见旋喷桩平面布置图），止水后开挖土体边坡采用钢筋混凝土锚喷支护。

3.3 地下增层改造施工

3.3.1 地下增层改造施工总流程

放线→定位→障碍物拆除→嵌岩钢管灌注桩施工→抱柱式托换钢梁体系制安→支护体系施工→预应力反压、临时锁桩→土方开挖至地下室增层所需标高→凿除原柱基础承台→土建施工（地下室挡土墙、底板、永久托换承台、托换柱）→拆除抱柱式托换钢梁体系及部分桩体→清理收尾

3.3.2托换预顶

当下部土体开挖时，柱下的基础土体由于失去承载能力，从而使上部建筑物可能发生沉降变形，为了控制建筑物的沉降变形，通过对新加柱下桩基础的桩头进行主动预顶，使新增的托换梁柱体系上抬，微型嵌岩钢管桩完成下沉，从而控制建筑物的沉降变形。

具体实施方法为：上部托换体系完成后，通过建筑物自身反力对微型嵌岩钢管桩实施预顶施工，桩达到设计承载力后，再锁定桩头。

为保证每根微型嵌岩钢管桩承载力满足设计要求，同时满足微型嵌岩钢管桩上顶荷载不大于柱轴向荷载的要求，桩头主动托换预顶施工为：（1）在托换柱旁先选择一对称桩位，同时架设主压桩架，利用千斤顶回顶桩头，桩达到设计承载力后，检验了桩的承载能力及下沉是否满足要求后卸荷，然后重复未压的桩头按前面步骤进行。（2）在该托换柱所有桩位位置安装主压桩架型钢梁及垂直主压桩架方向安装型钢梁锁定装置，各千斤顶按照设计值进行同步初级加载和分级加载。上抬1～2mm即为加载完成。当加载完成至预定值后,稳压保持15min后，若预顶装置稳定及结构体系监测值均在控制值以内时，立即对所有桩头进行封闭（浇筑混凝土）。同时加强监测。（3）卸除千斤顶、主压桩架，型钢梁锁定装置不动，待桩头砼达到足够强度后，再卸除型钢梁锁定装置。

3.3.3施工监测

在整个施工过程中，为保证所用施工操作安全，可靠，需对建筑物整体变形（整体倾斜，不均匀沉降等）、构件变形（梁挠度变形）、及各构件裂缝情况进行实时监测，监测建筑物倾斜通过倾角仪可完成，监测邻近原柱的沉降监测和裂缝监测，沉降监测设备为光栅尺，裂缝监测通过裂缝宽度测量仪完成。

总之，既有房屋的地下增层改造工程，比新建工程更为复杂，必须严格按规范及相关规定，做好改造前的调查研究和方案比较，精心设计，精心施工，在施工过程中必须做好各项监测及监控，保证整个增层改造过程及今后的使用安全、可靠、耐久。
　　

4、结论  
　　地下增层技术目前在国内有应用到，但使用范围经济较发达城市，随着各地经济快速的发展，人口日益增多，这种技术的应用也会越来越广泛，这对增加或改变建筑使用功能，缓解建设用地紧张具有积极意义。