深基坑工程換撐梁技術研究

彭治凱

（中建四局第六建設有限公司 合肥 230011）

0 引言

近年來，隨著房屋建筑技術的成熟，房屋建筑中的基坑深度越來越深，基坑支護形式也越來越復雜，基坑支護結構拆除對主體結構工期的影響也變得不可忽視，應對不同施工環(huán)境下的基坑支護拆換撐方案及施工工藝進行針對性分析。

1 工程概況

1.1 整體概況

某超高層深基坑項目位于廣州市琶洲互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新集聚區(qū)，用地面積9 380 m2，建筑面積115 337 m2，地下4 層，地上34 層，建筑高度172 m，采用框架-核心筒結構，塔樓為人工挖孔樁基礎，裙樓采用筏板基礎。

1.2 周邊環(huán)境

項目場地狹小，施工平面布置困難。場地地理位置如圖1所示。周邊環(huán)境具體如下：

圖1 場地地理位置Fig.1 Site Location

基坑東側的施工圍擋到基坑邊距離為1.1～4.0 m。基坑南側為場外道路，路寬7 m，因道路標高較低且無有效排水措施，因此基坑南側道路長期積水，基坑南側的施工圍擋到基坑邊距離約為4.7 m。

基坑北側為某地下空間項目的施工區(qū)域，施工圍擋到基坑邊距離為1.0 m。

基坑西側施工圍擋到基坑邊距離為12.0～15.5 m，辦公區(qū)、材料主要布置在基坑西側。

根據(jù)已有資料顯示基坑周邊無管線分布。

1.3 深基坑設計概況

本項目采用地下連續(xù)墻+3 道內(nèi)支撐的基坑支護形式?；由疃?0.5～24.2 m，周長約為370 m，基坑安全等級為一級。第一道內(nèi)撐梁梁面標高為-1.8 m，第二道內(nèi)撐梁梁面標高為-6.6 m，第三道內(nèi)撐梁梁面標高為-14.6 m。內(nèi)撐梁混凝土強度等級為C30。內(nèi)撐梁布置情況如圖2、圖3所示。

圖2 內(nèi)撐梁布置Fig.2 Support-beam Arrangement

圖3 基坑剖面Fig.3 Foundation Pit Profile （mm）

2 優(yōu)化換撐方案的理論分析

2.1 原設計換撐方案

根據(jù)設計圖紙，該項目采用連續(xù)的C30 換撐板作為基坑拆撐的換撐體系，第二道、第三道內(nèi)撐梁明拆、第一道內(nèi)撐梁悶拆。拆撐要求在每層地下室結構施工完成后先進行基坑肥槽回填，再進行換撐板帶施工，當換撐板帶達到設計齡期后方可拆除上部內(nèi)撐梁，該拆撐流程會造成工期增加，施工困難等問題，對總工期影響較大。

2.2 換撐優(yōu)化理論分析［1］

目前基坑換撐的主要結構形式有連續(xù)換撐板、間斷式換撐板及換撐梁。本項目設計方案為連續(xù)換撐板，該方案對現(xiàn)場施工條件及施工組織要求高，而項目東側、西側及北側均無法形成施工便道，回填難度大，回填工期長，容易造成施工現(xiàn)場的工期延誤；間斷式換撐板對施工條件及施工組織要求較低，但其土方回填質量難以把控；換撐梁對施工條件及施工組織要求低，土方回填質量也便于控制。因此項目初步擬定將換撐結構優(yōu)化為換撐梁，對優(yōu)化可行性進行初步分析：

本工程基坑受力最大的換撐結構位于-3 層（-16.3 m）標高位置，基坑頂至-16.3 m 標高的地下連續(xù)墻長約16 m，估算地下連續(xù)墻在該標高承受的土壓力為88 kN/m，水壓力為160 kN/m，基坑周邊活載傳下來的壓力為5 kN/m?；钶d考慮分項系數(shù)取1.4，則估算-16.3 m標高連續(xù)墻推力設計值為：

式中：q為均布側壓力（kN/m）。

假定間隔3 m 設1 道梁撐500 mm（寬）×400 mm（高），梁撐水平長5 m，則每3 m 地下連續(xù)墻在-16.3 m標高的推力為：

式中：F為集中荷載（kN）。

查《混凝土結構設計規(guī)范（2015年版）：GB 50010—2010》第6.2.15 條，梁撐受壓承載力為：［F］=0.9×0.9×14.3×400×500=2 316 000 N=2 316 kN>F，滿足要求。

式中：［F］為受壓承載力（N）。

-3層（-16.3 m）標高樓板厚120 mm，考慮600 mm厚地下室外墻的擴散作用，估算取板帶120 mm×1 500 mm，則樓板板帶范圍受壓承載力：［F］=0.9×14.3×120×1 500=2 316 000 N=2 316 kN>F，滿足要求。

由初步分析可知，換撐體系優(yōu)化為換撐梁具備一定可行性，經(jīng)過具體建模計算，本項目采用500 mm×400 mm換撐梁＠2.5 m可以滿足基坑施工期間的安全要求，換撐梁分別設置在-4 層、-3 層、-2 層頂板標高處，采用換撐梁作為換撐體系將極大地優(yōu)化施工流程，減少總工期。換撐梁布置如圖4所示。

圖4 換撐梁布置Fig.4 Changeover Beam Arrangement

3 拆撐方案選擇

混凝土內(nèi)撐拆除技術方法主要有機械拆除、靜力切割、靜爆拆除及爆破拆除［2-3］，其中靜力切割有工期快，安全性高的優(yōu)點，本工程周邊環(huán)境復雜，當?shù)卣辉试S進行爆破作業(yè)。經(jīng)過綜合比較，采用靜力切割的方式進行內(nèi)撐拆除，同時也便于周邊環(huán)境保護。

4 內(nèi)撐拆除的施工部署

4.1 水平施工部署［4-5］

根據(jù)主體結構的施工工區(qū)，將內(nèi)撐梁劃分為A區(qū)、B 區(qū)、C 區(qū)3 個區(qū)段，根據(jù)結構的施工安排確定內(nèi)撐拆除的總體施工順序為A 區(qū)?B 區(qū)?C 區(qū)，內(nèi)撐拆除流程如圖5所示。

圖5 內(nèi)撐拆除水平流程Fig.5 Horizontal Process of Internal Bracing Beam Removal

平面上先拆外側的主次梁，由外向內(nèi)逐步拆除，主次梁之間，先拆次梁，然后拆主梁；整體拆除順序為先拆東南、西南角撐，再拆中間水平對撐，最后拆東北、西北角撐。本工程共有90 條支撐，其中A 區(qū)共包含29 條支撐，拆除順序為角撐連梁、角撐、對撐連梁、對撐，拆除具體順序為1?29；B 區(qū)共包含25 條支撐，拆除順序為角撐連梁、角撐、對撐連梁、對撐，拆除具體順序為30?54；C 區(qū)共包含36 條支撐，拆除順序為角撐連梁、角撐、對撐連梁、對撐，拆除具體順序為55?90；（在保證拆撐原則的條件下，現(xiàn)場拆撐順序可進行調(diào)整）內(nèi)撐梁水平拆除順序如圖6所示。

圖6 內(nèi)撐拆除順序Fig.6 Support Beams Dismantling Sequence Diagram

4.2 豎向施工部署［6］

本工程有3道內(nèi)撐梁每道內(nèi)撐梁拆除時要求其下部換撐梁強度達到75%，整體拆撐流程如下：［步驟1］底板結構施工完成，如圖7?所示。［步驟2］在地下室底板外側防水完成后，施工400 mm 厚C25 素混凝土換撐板，換撐板頂標高同底板頂標高，如圖7?所示。［步驟3］-4 層結構施工，在結構施工同時施工-3 層板位置換撐，換撐采用500 mm×400 mm 換撐梁，每2.5 m設置1 道，如圖7?所示。［步驟4］換撐梁強度達到75%時，拆除第三道內(nèi)撐梁，如圖7?所示。［步驟5］-3 層及-2 層結構和換撐梁施工，如圖7?所示。［步驟6］待-2 層頂板位置換撐梁強度到達設計強度的75%時，拆除第二道內(nèi)撐及第一道內(nèi)撐，如圖7?所示。［步驟7］-1 層及夾層結構施工完成后，側墻開始防水施工，防水施工完成后進行基坑肥槽回填，如圖7?所示。

圖7 內(nèi)撐拆除流程Fig.7 Demolition Process Flow Chart of Inner Support Beam

5 內(nèi)撐梁拆除的切割及吊運

5.1 支撐架搭設

內(nèi)支撐梁拆除前，根據(jù)切割塊大小及重量在內(nèi)撐梁下部搭設支撐架體［7］。本工程架體如圖8所示。

圖8 內(nèi)撐梁支撐架體Fig.8 Drawing of Support Frame （mm）

5.2 確定切割大小及吊運方式［8］

本工程安裝有1 臺TC6513 塔吊及1 臺TC6517 塔吊，考慮拆撐成本，切割塊主要采用塔吊吊運，局部采用80 t 汽車吊配合吊運，根據(jù)設備吊重性能分析確定切割塊大小并在內(nèi)撐梁上彈出切割線，內(nèi)撐梁切割示意圖如圖9所示。

圖9 內(nèi)撐梁切割Fig.9 Cutting Block for Inner Bracing Beam

5.3 基坑監(jiān)測［9-10］

本工程自2019 年7 月末開始進行內(nèi)撐拆除，截止2019 年10 月底拆除全部內(nèi)撐梁，現(xiàn)場施工情況如圖10所示。

圖10 換撐梁施工及內(nèi)撐梁拆除Fig.10 Construction of Changeover Beam and Removal of Inner Support Beam

換撐和拆撐過程中，基坑變形較穩(wěn)定，基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)滿足相關要求。拆撐期間基坑冠梁頂部沉降觀察點累計變化量如圖11、圖12所示。

圖11 冠梁頂部沉降觀測點Fig.11 Settlement Observation Point Layout

圖12 基坑冠梁頂部沉降觀察點累計變化量Fig.12 Cumulative Change of Settlement Observation Points

6 結語

本次優(yōu)化遵循了“先撐后拆”的原則，將支撐應力傳遞到換撐梁上，保證了基坑安全，在施工過程中未出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)報警的情況。與原設計方案的施工計劃作對比，現(xiàn)場采用換撐梁作為換撐體系為項目節(jié)約了46 d工期，解決了項目工期壓力大的問題。本工程的基坑拆換撐優(yōu)化可以為今后類似工程提供設計和施工經(jīng)驗。