超大型深基坑支撐拆除過程中的基坑變形控制

周志華

上海寶冶集團南京建筑有限公司 江蘇 南京 211161

0、前言

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和城市化進程的快速推進，城市人口日趨密集，城市建設越來越重視地下空間的開發(fā)利用，各類地下工程，如地鐵、地下商場、地下停車庫、過江隧道等，其數(shù)量和規(guī)?？焖贁U大，使得超大型深基坑工程得到了迅猛發(fā)展，鑒于超大型深基坑工程自身特點，其支護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境（建筑物、構(gòu)筑物等）的安全成為社會各方關(guān)注的重點，土木工程界對超大型基坑的開挖、支護、支撐拆除等問題的研究越來越深入，對其變形的控制成為超大型深基坑工程研究的重要課題。

對于超大型深基坑變形機理，國內(nèi)外學者都對進行了大量的研究，在1990年,Clough將深基坑變形分為兩種:一種是基坑開挖和支撐的基本過程引起的變形;另一種則是由于相關(guān)的施工活動如支撐拆除、基礎施工或墻體施工等引起的變形。2001年,Long根據(jù)大量基坑工程的墻體變形和土體變形的實測資料,具體討論了開挖深度、支撐系統(tǒng)剛度、坑底抗隆起穩(wěn)定系數(shù)等對基坑變形的影響。這兩種理論對國內(nèi)超大型深基坑工程研究產(chǎn)生了重要的影響，我國關(guān)于超大型深基坑變形研究是從20世紀90年代中期開始，經(jīng)過20多年的發(fā)展，形成了一套比較完善的超大型深基坑工程變形控制的計算理論和控制方法，但研究區(qū)域和方向主要是基坑開挖和支撐的基坑過程，其發(fā)展正經(jīng)歷從支護結(jié)構(gòu)的強度控制向動態(tài)變形控制的轉(zhuǎn)變。

超大型深基坑變形主要表現(xiàn)為圍護結(jié)構(gòu)移位、周圍地表沉降和基坑底部土體隆起等，主要原因是土方開挖或支撐拆除等施工活動引起基坑內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，圍護結(jié)構(gòu)在該壓力的作用下，產(chǎn)生向基坑內(nèi)的水平位移和土體變形，地表沉降主要原因來自圍護結(jié)構(gòu)移位和坑底土體隆起。本文通過工程實例，介紹了蘇州高新金鷹商業(yè)廣場項目基坑的基本情況，內(nèi)支撐體系的布置、支撐拆除換撐工藝，詳細分析了過程動態(tài)檢測的數(shù)值變化和原因，闡明通過支撐梁拆除次序的調(diào)整和破除方式的綜合利用，結(jié)合基坑檢測數(shù)據(jù)，合理安排支撐拆除的進度，可以有效控制基坑變形量，對保證超大型基坑支撐體系和周邊環(huán)境的安全具有重要指導意義。

1、工程概況

該項目位于蘇州市高新區(qū)商業(yè)中心地帶，基坑底部有擬建地鐵3#線穿越，該地鐵隧道頂板即為本項目地下室底板，基坑內(nèi)外周邊環(huán)境復雜。該基坑總面積約28000m2，南北最大寬度140m，東西最大長度232m，基坑總延長米772m，基坑普遍開挖深度16.4m，局部18.5m。

該項目基坑支護設計采用四周地下連續(xù)墻+3道水平砼梁的內(nèi)支撐圍護體系，鋼格構(gòu)柱作為垂直向連接構(gòu)件，中部設置臨時分隔墻(寬度800，長度110m)，將基坑分為A、B兩區(qū)。3道支撐中心標高分別為：-2.30m、-7.70m和-12.90m，其中首道支撐與棧橋相結(jié)合，棧橋板厚300mm。

2 、基坑監(jiān)測

2.1 基坑監(jiān)測網(wǎng)絡布置

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》精度要求、基坑設計安全等級、基坑周邊環(huán)境以及地質(zhì)復雜程度，本基坑按一級監(jiān)測等級的技術(shù)要求進行監(jiān)測。A區(qū)布設各類監(jiān)測點149個，B區(qū)布設各類監(jiān)測點195個，共計344個監(jiān)測點，形成了立體監(jiān)測網(wǎng)絡。

2.2 內(nèi)支撐拆除前基坑變形情況

整個基坑在土方開挖期間，基坑部分點變形超過設計報警值，特別是道路、管線、地鐵連通口監(jiān)測點，遠遠超過20mm及10mm的設計報警值，但基坑一直處于穩(wěn)定的變化趨勢中，至底板澆筑完成未有較大突變，基坑變化總體可控。如下圖所示。

圖1 支撐拆除后基坑北側(cè)變形圖

圖2 支撐拆除后基坑西側(cè)變形圖

3、 基坑支撐拆除方案

本項目基坑體系的拆除主要采取鎬頭機破除的方式，局部使用靜力切割、排孔切割，按照先A區(qū)后B區(qū)，自下而上，先拆除水平支撐及圍檁，再拆格構(gòu)柱，最后破除地連墻，結(jié)合地下結(jié)構(gòu)施工，逐層換撐，逐區(qū)逐塊拆除。

三道水平砼支撐、圍檁的拆除，采取鎬頭機破除為主，靜力切割為輔，拆除前，需據(jù)地鐵明挖區(qū)間的施工進度、樓板結(jié)構(gòu)施工進度和砼強度，確認換撐條件，A、B區(qū)交替進行。

格構(gòu)柱的拆除，采取自上而下，逐層拆除，其中負一層格構(gòu)柱在棧橋破除時，同步拆除，負二、三層的格構(gòu)柱在地下室頂板全部澆筑結(jié)束后拆除。

中隔墻的拆除，采取鎬頭機破鑿和排孔切割并行，其中負一層中隔墻與第一道支撐同步拆除，負二、三層中隔墻在地下室封頂后，自上而下，逐層拆除。

3.1 拆除順序

每層支撐拆除的順序為：成品保護措施及工況條件確認→機械進場、就位→吊裝鎬頭機到基坑→支撐、圍檁鎬頭機破碎→人工回收廢鋼筋→挖機翻渣→垃圾歸堆→吊車轉(zhuǎn)運

(1)水平內(nèi)支撐拆除

根據(jù)圍護支撐體系的設置和變形情況，支撐及圍檁的拆除分區(qū)進行，當換撐條件具備時，開始對內(nèi)支撐進行拆除，遵循”先次要構(gòu)件，后主要構(gòu)件” 原則， 先拆除聯(lián)系撐、角撐，再對撐、圍檁等，使原支撐的應力按要求逐步均衡釋放。對撐梁拆除時，做到支撐兩端與圍檁同時進行靜力切割、斷開，之后將無軸力的支撐梁逐段拆除。支撐拆除根據(jù)結(jié)構(gòu)布置情況進行逐塊拆除，確保支撐桁架體系逐步卸除軸力，防止基坑周邊的變形發(fā)生突變。支撐梁拆除時前應明確切割拆除順序及相應的施工工藝，確保符合設計要求，不致支撐集中受力，造成安全隱患。支撐梁切割小段有格構(gòu)柱的，原則上沿格構(gòu)柱進行切割支撐梁，格構(gòu)柱內(nèi)混凝土由人工風鎬進行拆除。

(2)中隔墻拆除

中隔墻采取排孔切割和風鎬結(jié)合的方法，由上向下，逐層拆除。先用排孔切割拆除結(jié)構(gòu)主梁部位中隔墻，將其柱梁連通，用風鎬破除臨時傳力塊，再采用接卸切割和風鎬結(jié)合的方法拆除其余部位的中隔墻。拆除的混凝土塊經(jīng)破碎后，通過汽車坡道外運處理。

(3)格構(gòu)柱拆除

格構(gòu)柱采取氣割切塊的方法拆除。在樓層板結(jié)構(gòu)施工時，在格構(gòu)柱邊埋設U型吊點(?16以上圓鋼)；在具備格構(gòu)柱拆除條件后，圍繞格構(gòu)柱搭設鋼管腳手架，用3t/5t的手拉葫蘆在預埋的吊點處，捆綁格構(gòu)柱，再氣割格構(gòu)柱頂端四根角鋼，再割除格構(gòu)柱底端一側(cè)的兩根角鋼，拆除腳手架，之后割除格構(gòu)柱底端最后兩根格構(gòu)柱，將格構(gòu)柱放到與事先鋪好的竹籬笆上，分塊割除后，外運處理。

3.2 換撐

在支撐拆除過程中，需要各層地下室板梁結(jié)構(gòu)進行換撐，在后澆帶、中隔墻處澆筑傳力砼塊，在汽車坡道、非機動車坡道、預留樓梯洞口等部位設置傳力型鋼，確保將水平內(nèi)支撐的軸力轉(zhuǎn)換至地下室結(jié)構(gòu)上。

3.3 支撐拆除工況

(1)第三道支撐拆除

在底板澆筑全部完成，尤其地鐵區(qū)域結(jié)構(gòu)施工完成，其砼強度不小于設計強度的80%，且底板后澆帶傳力型鋼全部安裝完畢，從角部開始第三道支撐拆除，最后拆除棧橋下的6根對撐。

(2)第二道支撐拆除

在負二層樓板和中隔墻、后澆帶的臨時傳力塊全部澆筑完成，其砼強度達到設計強度80%，分塊同步進行拆除，棧橋下6根對撐最后拆除。

(3)第一道支撐拆除

在負一層樓板、砼板撐和中隔墻、后澆帶的臨時傳力塊全部澆筑完成，且砼強度達到設計強度80%后，方可進行。拆除施工時，先切割拆除非棧橋區(qū)域支撐梁，再破除棧橋區(qū)域支撐梁、棧橋板及棧橋梁。棧橋板及棧橋梁拆采用鎬頭機后退破除的方法，最后破除收尾出口。

4、支撐拆除期間的基坑變形分析

內(nèi)支撐拆除時伴隨著地下室結(jié)構(gòu)施工進行的，經(jīng)歷5個月的時間，是考驗基坑安全性的一個重要階段。該過程的檢測極為重要，對拆撐的順序和進度的控制起到了指導作用。

通過支撐軸力的變化和基坑位移的監(jiān)測，對確?；影踩浅ｊP(guān)鍵。本項目在拆除過程中，對基坑變形量超警戒值或地鐵聯(lián)通口等特殊區(qū)域，采取保留后拆充分釋放應力，或改變破撐方式，使用對周圍影響小的靜力切割進行，有利的保證了基坑的安全。

圖3 基坑北側(cè)土體深層水平位移變化曲線

圖4 基坑西側(cè)支撐拆除后基坑北側(cè)變形圖

圖5 基坑南側(cè)土體深層水平位移變化曲線

圖6 基坑東側(cè)支撐拆除后基坑北側(cè)變形圖

5、結(jié)論

1）在蘇州金鷹商業(yè)廣場項目的內(nèi)支撐拆除時施工過程中，由于周邊環(huán)境復雜，分區(qū)域分階段進行支撐拆除，采取人機結(jié)合的方式，有利的保證了基坑支撐拆除施工順利進行的重要保證。

2）深基坑在支撐拆除、各層地下室結(jié)構(gòu)施工過程中，及時換撐，與結(jié)構(gòu)梁板形成整體，是整個結(jié)構(gòu)逐漸參與抵抗基坑變形，這能很好解決支撐拆除過程中的基坑安全問題。

3）內(nèi)支撐體系的拆除與換撐施工，拆除過程的檢測情況和分析，對基坑內(nèi)支撐拆除和施工具有很強的知道作用。

4）在一些特殊區(qū)域，如變形較大或緊鄰其他建筑物處，采取靜力切割的方式，可最大限度的保護相鄰設施，雖成本較高，但安全性有很大的保證。

5）成品保護是支撐拆除的一項重要措施，否則將為后續(xù)的結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量造成重大影響，需高度關(guān)注。