大型深基坑分區(qū)拆換撐施工技術(shù)

王志偉，秦國(guó)鵬，楊振平，崔連剛

（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

0 引言

深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中常采用樁墻結(jié)構(gòu)加支撐梁板，來(lái)確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。在進(jìn)行正式結(jié)構(gòu)施工時(shí)，需要拆除支撐并用正式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換原支撐的受力體系，來(lái)維持原圍護(hù)結(jié)構(gòu)的功能。對(duì)地下層次較多、平面尺寸大的基坑，其支撐的層次、梁截面積及支撐梁數(shù)量也會(huì)增加，從而造成拆換撐數(shù)量大、結(jié)構(gòu)力系轉(zhuǎn)換復(fù)雜。換撐時(shí)還需滿足結(jié)構(gòu)連續(xù)、混凝土強(qiáng)度符合要求，所以施工周期較長(zhǎng)。因此合理安排拆撐時(shí)間及拆撐順序，才能有效加快地下結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度，保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。

1 工程背景

中交匯通橫琴?gòu)V場(chǎng)基坑南北寬120.0 m，東西長(zhǎng)201.8 m，基坑開挖深度-16.1 m，局部-24.2 m，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式為“排樁垣水泥土攪拌樁止水帷幕垣鋼筋混凝土水平支撐”結(jié)構(gòu)形式，豎向設(shè)置3道支撐，如圖1所示。

圖1 需拆除的支撐三維圖Fig.1 3d drawing of support to be removed

拆除支撐混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，混凝土工程量共計(jì)12 889.88 m3，其中包括支撐梁631根，混凝土方量為11 197.88 m3；支撐板15塊，混凝土方量為1 692 m3；截面700 mm伊700 mm的鋼格構(gòu)柱151根。

本工程西區(qū)3號(hào)塔樓電梯井深達(dá)9 m，形成了基槽中的坑中坑，需二次支護(hù)才能完成電梯井的施工。實(shí)際施工中二次支護(hù)的圍護(hù)樁，是在土方開挖至底板-18.7 m后才開始施工，這樣使得西區(qū)底板施工滯后于東區(qū)底板近3個(gè)月，造成了地下結(jié)構(gòu)在平面上不能同步流水施工的局面。一般情況下，拆除支撐前需要等支撐下部的換撐結(jié)構(gòu)全部完成形成整體后再進(jìn)行拆除。如等待地下室底板全部施工完成后，再進(jìn)行第3道支撐拆除，則東區(qū)需要停工3個(gè)月。這樣對(duì)整體工期將產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為實(shí)現(xiàn)原定施工節(jié)點(diǎn)計(jì)劃，充分研究了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)，制定了各項(xiàng)技術(shù)措施，采用東、西區(qū)分開拆換撐的方法，保障了總工期和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全[1]。

2 拆換撐主要技術(shù)措施

2.1 技術(shù)措施分析

由圖2看出，東西兩區(qū)支撐結(jié)構(gòu)大致對(duì)稱；拆除時(shí)按照對(duì)稱軸位置，依據(jù)下部結(jié)構(gòu)完成情況，先逐層拆換東區(qū)，后逐層拆換西區(qū)，兩區(qū)支撐最大相差兩層支撐。

由于分區(qū)拆換支撐，會(huì)使圍護(hù)結(jié)構(gòu)在水平受力上局部產(chǎn)生突變?？紤]圍護(hù)結(jié)構(gòu)是排樁結(jié)構(gòu)，水平力系轉(zhuǎn)換時(shí)，在最大高差位置是最危險(xiǎn)工況，經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算，圍護(hù)樁的強(qiáng)度和剛度滿足施工工況需求，同時(shí)驗(yàn)算各層環(huán)梁的截面也滿足要求。因而分區(qū)換撐是可行的。

圖2 東西區(qū)分區(qū)示意圖Fig.2 Schematic diagram of east and west districts

由于地下結(jié)構(gòu)平面尺寸較大，結(jié)構(gòu)會(huì)設(shè)置多條后澆帶，造成施工階段結(jié)構(gòu)不連續(xù)；地下室出入口處的坡道，在結(jié)構(gòu)未形成整體前，呈開口狀態(tài)；最主要的是由于分區(qū)施工，正式結(jié)構(gòu)沿長(zhǎng)度方向不能封閉，地下室的墻體在分區(qū)位置順長(zhǎng)向成為自由端，使得該部位原設(shè)計(jì)的墻體剛度不能滿足換撐要求。

在各層換撐時(shí)，為保證結(jié)構(gòu)支撐的整體性和對(duì)撐的連續(xù)性，需采取如下技術(shù)措施：

1）在底板及樓層板后澆帶位置加型鋼支撐[2]；

2）在臨近基坑周邊樓梯、電梯井、汽車坡道、洞口位置設(shè)置臨時(shí)支撐；

3）根據(jù)設(shè)計(jì)提供的地下室結(jié)構(gòu)板面推力標(biāo)準(zhǔn)值，針對(duì)地下室墻體結(jié)構(gòu)抵抗剪力不足部位，加設(shè)臨時(shí)支撐剪力墻。

2.2 具體實(shí)施措施

1）結(jié)構(gòu)不連續(xù)位置設(shè)置支撐

在底板及樓板后澆帶位置、樓梯洞口、電梯井、汽車坡道等部位設(shè)置型鋼支撐以保證結(jié)構(gòu)連續(xù)，滿足水平推力傳遞。具體參見圖3、圖4。依據(jù)各層推力值確定型鋼截面規(guī)格和支撐間距。

圖3 底板后澆帶型鋼支撐布置剖面圖Fig.3 Layout plan of steel support for bottom slab and floor after pouring

圖4 樓梯洞口、汽車坡道臨時(shí)支撐示意圖Fig.4 Temporary support for stairs entrance and car ramps

2）墻體結(jié)構(gòu)抵抗剪力不足部位加設(shè)臨時(shí)支撐剪力墻

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分別在兩側(cè)地下墻體斷開位置，利用豎向結(jié)構(gòu)柱，在柱間澆筑臨時(shí)鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻沿支撐向設(shè)置，各道墻長(zhǎng)為3排柱距，各層累計(jì)13道臨時(shí)剪力墻。圖5為設(shè)置的剪力墻效果圖。

圖5 回?fù)渭袅κ疽鈭DFig.5 Schematic diagram of back-braced shear wall

3 拆換撐施工

3.1 分區(qū)拆換撐工況

支撐拆除工況及順序見圖6所示。各道支撐拆除前，將正式結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的間隙，按設(shè)計(jì)出具的回?fù)瘟航Y(jié)構(gòu)施工完成，回?fù)瘟航Y(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后即可拆除支撐[3]。

圖6 支撐拆除工況及順序圖Fig.6 Working condition and sequence diagram of support remove

3.2 拆除施工

施工工藝流程為：搭設(shè)支撐架寅鉆機(jī)排孔施工寅金剛鏈切割寅起重機(jī)吊運(yùn)寅運(yùn)輸至指定堆場(chǎng)寅支撐破碎（回收鋼筋）寅垃圾渣土處理[4]。

支撐架采用腳手架搭設(shè)，如圖7所示，梁體利用金剛鏈繩鋸分段切割。分段后的梁體用10 t叉車及200 t汽車吊接駁進(jìn)行支撐梁外運(yùn)。

圖7 支撐架搭設(shè)Fig.7 Support frame setting

4 基坑監(jiān)測(cè)情況

基坑拆換撐過(guò)程監(jiān)測(cè)主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有：圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部沉降、周邊地表沉降、支撐立柱頂部沉降、圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移（測(cè)斜）、周邊土體測(cè)斜、地下水位、各道支撐軸力等。針對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移（測(cè)斜）、第1道支撐軸力和第2道支撐軸力4個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行重點(diǎn)分析，探究拆換撐對(duì)基坑物理狀態(tài)的影響。4個(gè)主控項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布及數(shù)量見表1所示[5]。

表1 主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、數(shù)量及分布情況Table 1 Main monitoring items,quantity and distribution

4個(gè)主控項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要選在中部對(duì)撐及基坑周邊，均為最易受拆撐影響的部位。

東區(qū)兩組角撐拆除后，基坑其他支撐各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)值均未超過(guò)監(jiān)測(cè)控制值。

4.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移

根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布情況，選取S5、S12、S20三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析。其中S5位于基坑北側(cè)，S12位于基坑?xùn)|側(cè)，S20位于

基坑南側(cè)，位移控制值：30 mm，報(bào)警值：24 mm。監(jiān)測(cè)數(shù)值及其隨拆撐進(jìn)度變化情況見圖8。

圖8 頂部水平位移監(jiān)測(cè)值隨拆撐進(jìn)度變化情況Fig.8 Monitoring value of top horizontal displacement changes with theprogress of support removal

通過(guò)分析對(duì)比3條曲線變化情況可知，隨著3道支撐逐一拆除，基坑周圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移均存在向基坑內(nèi)位移變化的趨勢(shì)，并逐漸增加。位移累積值始終在控制值之內(nèi)。

4.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移（測(cè)斜）

根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)下部水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布情況，選取J3、J7、J12三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析。其中J3位于基坑北側(cè)，J7位于基坑?xùn)|側(cè)，J12位于基坑南側(cè)，控制值：45 mm，報(bào)警值：32 mm。

監(jiān)測(cè)數(shù)值及其隨拆撐進(jìn)度變化情況見圖9。

圖9 深層水平位移監(jiān)測(cè)值隨拆撐進(jìn)度變化情況Fig.9 Monitoring value of deep horizontal displacement changes with theprogressof support removal

通過(guò)分析對(duì)比3條曲線變化情況可知，隨著3道支撐逐一拆除，基坑周圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移（測(cè)斜）均存在先向基坑外位移再向基坑內(nèi)位移的變化趨勢(shì)，其中，第1次拆撐后向基坑外位移增加，第2次拆撐后向基坑內(nèi)位移增加，第3次拆撐后又向基坑內(nèi)位移增加，但位移累積值始終在控制值之內(nèi)。

4.3 第1道支撐軸力

根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布情況，選取G31-1、G34-1、G22-1三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析。其中G31-1位于基坑中部第一道對(duì)撐西，G34-1位于基坑中部第1道對(duì)撐東，G22-1位于基坑中部第1道對(duì)撐南，控制值：15 000 kN，報(bào)警值：12 000 kN。

監(jiān)測(cè)數(shù)值及其隨拆撐進(jìn)度變化情況見圖10。

圖10 第1道支撐軸力監(jiān)測(cè)值隨拆撐進(jìn)度變化情況Fig.10 Monitoring value of the first supporting axial force changeswith theprogressof support removal

通過(guò)分析對(duì)比3條曲線變化情況可知，隨著第3道、第2道支撐拆除，基坑中部第1道對(duì)撐軸力變化不大，僅出現(xiàn)微小的波動(dòng)，拆撐對(duì)其軸力的影響有限，且軸力值始終在控制值之內(nèi)。

4.4 第2道支撐軸力

根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布情況，選取G31-2、G34-2、G22-2三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析。監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布位置G31-2位于基坑中部第2道對(duì)撐西，G34-2位于基坑中部第2道對(duì)撐東，G22-2位于基坑中部第2道對(duì)撐南，控制值：18 500 kN，報(bào)警值：15 000 kN。

監(jiān)測(cè)數(shù)值及其隨拆撐進(jìn)度變化情況見圖11。

圖11 第2道支撐軸力監(jiān)測(cè)值隨拆撐進(jìn)度變化情況Fig.11 Monitoring value of the second supporting axial force changeswith the progress of support removal

通過(guò)分析對(duì)比3條曲線變化情況可知，隨著3道支撐拆除，位于西側(cè)的第2道對(duì)撐軸力變化不大，而位于東部和南部的第2道對(duì)撐軸力均出現(xiàn)增大趨勢(shì)，每次拆撐之后均會(huì)出現(xiàn)短暫的軸力增加，但軸力值始終在控制值之內(nèi)。

由以上各分析情況可知，分區(qū)拆撐所采取的技術(shù)措施能充分保證施工過(guò)程中基坑的穩(wěn)定，整個(gè)施工階段基坑處于安全受控狀態(tài)[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)位共276個(gè)，超報(bào)警值的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位共16個(gè)，超控制值點(diǎn)位0個(gè)。說(shuō)明各項(xiàng)技術(shù)措施合理有效，使分區(qū)拆撐得以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)分區(qū)拆除支撐施工方法，使得東區(qū)提前3個(gè)月進(jìn)入地下室結(jié)構(gòu)施工階段，消除了施工間歇造成的誤工現(xiàn)象，保證了地下室結(jié)構(gòu)施工的連續(xù)性和總體工期不受影響。此施工技術(shù)可為類似的超大型基坑施工提供借鑒。