錯(cuò)層地下結(jié)構(gòu)的基坑換撐分析與優(yōu)化

常州第一建筑集團(tuán)有限公司 常州 213002

1 工程概況

常州市第一人民醫(yī)院綜合病房大樓由25 層主樓、6 層裙房和局部純地下室組成，建筑面積123 000 m2，基坑挖深為12.65～13.55 m，基坑面積約9 088 m2，周長(zhǎng)約為410 m，四周環(huán)境復(fù)雜，基坑安全等級(jí)一級(jí)?；涌傮w設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注樁+2 層鋼筋混凝土支撐的支護(hù)形式，支撐平面如圖1所示。

圖1 鋼筋混凝土支撐平面

在本工程的支撐形式中，鋼筋混凝土支撐主要由雙向?qū)我约八慕墙菗谓M成，2 層支撐中心標(biāo)高分別為－2.05 m和－7.35 m。北側(cè)裙房和局部純地下室為3 層，標(biāo)高分別為－8.15 m、－4.55 m和－0.05 m（純地下室為－0.95 m），南側(cè)主樓地下室為2 層，標(biāo)高分別為－4.55 m和－0.05 m。

2 原換撐設(shè)計(jì)方案

由于－4.55 m結(jié)構(gòu)平面連續(xù)完整、傳力可靠，原換撐設(shè)計(jì)方案中第1層支撐換撐通過(guò)在－4.55 m結(jié)構(gòu)平面設(shè)置常規(guī)的換撐塊實(shí)現(xiàn)。在第2層支撐換撐中原設(shè)計(jì)顯然是考慮到了南側(cè)地下結(jié)構(gòu)大面積缺失－8.15 m，結(jié)構(gòu)平面無(wú)法有效傳遞水平荷載，所以將第2層對(duì)撐、南側(cè)角撐全部保留，僅在北側(cè)角撐部位－8.15 m結(jié)構(gòu)平面設(shè)置常規(guī)的換撐塊進(jìn)行換撐（圖2）。

圖2 第2層支撐換撐平面

3 原換撐方案分析

原第1層支撐換撐較為常規(guī)可順利實(shí)施，第2層支撐換撐方案亦充分考慮了地下結(jié)構(gòu)錯(cuò)層影響，保留了70%支撐，雖可保證基坑安全卻給地下結(jié)構(gòu)施工和質(zhì)量帶來(lái)極大困難和隱患，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

（a）保留支撐穿越核心剪力墻或與個(gè)別結(jié)構(gòu)柱、剪力墻相碰，需另采用置換加固措施后方能保證結(jié)構(gòu)正常施工，施工繁瑣，給結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)隱患。

（b）保留支撐穿越結(jié)構(gòu)外墻數(shù)量多、留洞大，勢(shì)必給結(jié)構(gòu)、防水質(zhì)量留下較多隱患。

（c）保留支撐－7.35 m與－8.15 m結(jié)構(gòu)平面換撐不在同一標(biāo)高，換撐的對(duì)稱(chēng)平衡、整體性有所削弱，同時(shí)也使換撐工況變得比較復(fù)雜。

4 換撐方案優(yōu)化[1-8]

總包中標(biāo)時(shí)支護(hù)樁、立柱樁、立柱已施工完畢，第1層支撐已全面開(kāi)始施工，已無(wú)法對(duì)總體支護(hù)方案進(jìn)行調(diào)整，只能對(duì)第2層支撐換撐方案進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化圍繞底板做文章，各方最后歸納為兩種優(yōu)化方案：

（a）底板混凝土至支護(hù)樁，外墻板澆至第2層支撐下，在－8.15 m標(biāo)高處底板與外墻板間設(shè)置型鋼豎向斜撐、外墻板與支護(hù)樁間設(shè)置換撐塊實(shí)現(xiàn)換撐后拆除全部第2層支撐，思路與原方案基本一致。

（b）底板混凝土至支護(hù)樁，同時(shí)在地板上設(shè)置向上支撐混凝土牛腿至支護(hù)樁實(shí)現(xiàn)換撐后拆除全部第2層支撐，－8.15 m標(biāo)高處換撐取消。

型鋼豎向斜撐換撐方案與原支護(hù)設(shè)計(jì)工況一致，也比較成熟可靠，可確保換撐安全，缺點(diǎn)是整個(gè)工藝要求、工序比較復(fù)雜，特別是對(duì)地下結(jié)構(gòu)影響比較大。底板牛腿換撐方案大大簡(jiǎn)化了換撐工序，施工方便，缺點(diǎn)是初步驗(yàn)算后牛腿較大高度需侵入地下室內(nèi)，今后拆除工作量大。

經(jīng)反復(fù)綜合比較后決定采用底板牛腿換撐方案，但仍需進(jìn)一步優(yōu)化，優(yōu)化重點(diǎn)是縮小牛腿高度。充分利用支護(hù)樁強(qiáng)度、剛度，結(jié)合醫(yī)院內(nèi)相似基坑施工經(jīng)驗(yàn)，按最不利條件反復(fù)驗(yàn)算支護(hù)樁承載力、深層水平位移等控制指標(biāo)，換撐牛腿可縮小至不侵入地下室內(nèi)。底板牛腿換撐方案工況及牛腿構(gòu)造見(jiàn)圖3。在底板牛腿換撐過(guò)程中要求進(jìn)行連續(xù)基坑監(jiān)測(cè)，各相關(guān)方設(shè)置專(zhuān)人負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的收集、分析、處理，同時(shí)將豎向斜撐作為針對(duì)性應(yīng)急措施做好充分準(zhǔn)備，確保應(yīng)急事件發(fā)生時(shí)在第一時(shí)間得到處理。

圖3 底板牛腿換撐工況

5 實(shí)施要點(diǎn)

底板牛腿換撐實(shí)施過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（a）底板施工應(yīng)首先將沿支護(hù)樁周邊底板及換撐牛腿施工完畢，這樣可明顯減少變形并且有利于該部分混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)。

（b）由于牛腿與支護(hù)樁連接面存在豎向分力，應(yīng)特別注意連接質(zhì)量。牛腿鋼筋與支護(hù)樁應(yīng)采用植筋連接，支護(hù)樁混凝土面應(yīng)清理至符合質(zhì)量要求，并采用界面劑處理，牛腿采用補(bǔ)償收縮混凝土。

（c）對(duì)于陰陽(yáng)角等特殊部位，特別注意應(yīng)連續(xù)設(shè)置換撐牛腿。

（d）由于底板不可避免會(huì)出現(xiàn)后澆帶、集水坑、電梯坑等局部缺失，對(duì)這些部位應(yīng)按驗(yàn)算要求采用型鋼支撐等進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

（e）所有底板及換撐牛腿施工完畢、混凝土強(qiáng)度達(dá)80%、后澆帶等底板缺失處補(bǔ)強(qiáng)完畢并經(jīng)全面驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行第2層支撐拆除。

6 結(jié)語(yǔ)

目前工程已完成，基坑工程換撐按底板牛腿換撐方案施工，整個(gè)過(guò)程正常，內(nèi)力、變形均控制在設(shè)計(jì)、規(guī)范要求內(nèi)，此類(lèi)錯(cuò)層地下結(jié)構(gòu)基坑施工中以下幾點(diǎn)可供借鑒：

（a）基坑（換撐）方案應(yīng)充分考慮主體地下結(jié)構(gòu)施工、質(zhì)量要求，應(yīng)與主體地下結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、施工順序協(xié)調(diào)，應(yīng)便于主體結(jié)構(gòu)施工。

（b）對(duì)于基坑工程、主體工程分先后招標(biāo)、施工的工程，基坑工程方案確定前應(yīng)聽(tīng)取具有總承包施工經(jīng)驗(yàn)的相關(guān)專(zhuān)家的意見(jiàn)，并對(duì)可操作性進(jìn)行論證。

（c）采用底板牛腿換撐方案受力明確、連接可靠、整體性強(qiáng)、施工簡(jiǎn)便、確保安全，可充分發(fā)揮支護(hù)樁的強(qiáng)度、剛度。