地下車站深基坑施工中鋼支撐留撐技術(shù)的應(yīng)用

李二軍［英泰克工程顧問（上海）有限公司，上海 200122］

0 引言

明挖法深基坑施工采用鋼支撐作為內(nèi)支撐形式，在基坑開挖完成回筑階段，往往需要對支撐體系進(jìn)行一道或多道換撐，每增加一道換撐，回筑施工就會在豎向多一個施工步驟，使回筑施工速度難以加快，并且回筑多一步也增加了一道縱向水平施工縫，增加了滲漏水的幾率。

本文探討了上海軌道交通某號線二期工程某路站深基坑（以下簡稱“本項目”）施工過程中將鋼支撐換撐改進(jìn)為留撐的方式，通過應(yīng)用實踐，根據(jù)實施效果總結(jié)了施工經(jīng)驗，以期在地鐵車站深基坑施工中推廣使用。

1 工程概況

上海地鐵某號線二期工程某路站為地下3層車站，車站主體基坑位于浦東新區(qū)城市主干道成山路道路正下方，車站深基坑長195.3 m，寬22.8 m，基坑開挖深度22.3 m?；娱_挖范圍內(nèi)的地層主要為：③1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④1層淤泥質(zhì)黏土、⑤1黏土等含水量高的軟弱土層。

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用38 m深、1000 mm厚的地下連續(xù)墻，車站基坑豎向設(shè)置六道支撐，第一道為混凝土支撐，下面五道全部為鋼支撐。根據(jù)車站結(jié)構(gòu)的設(shè)計形式和施工步驟的安排，基坑的第五道和第三道鋼支撐在相應(yīng)下方的結(jié)構(gòu)板施工完成后，需要施工一次換撐，本項目在施工過程中根據(jù)工期的需要，合理優(yōu)化施工技術(shù)方案，將兩道換撐調(diào)整為留撐方式。

2 施工特點

（1）鋼支撐埋在回筑結(jié)構(gòu)側(cè)墻中，減少換撐施工步驟，可加快施工進(jìn)度。

（2）回筑施工完成后，割除預(yù)留鋼支撐，不影響基坑安全。

（3）鋼支撐留撐預(yù)埋段在施工前先灌入等標(biāo)號混凝土，預(yù)埋后和內(nèi)襯墻形成整體結(jié)構(gòu)，不影響內(nèi)襯結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

（4）適用于采用鋼支撐作為內(nèi)支撐的地下深基坑施工，且在回筑階段支撐體系需要采用換撐形式進(jìn)行受力轉(zhuǎn)換。

3 鋼支撐留撐施工原理

對于需要換撐的鋼支撐，在基坑開挖期間，就按照留撐的形式架設(shè)鋼支撐，回筑階段將留撐的鋼支撐端頭包在內(nèi)襯結(jié)構(gòu)側(cè)墻內(nèi)。

留撐鋼支撐的端頭部分采用與基坑支護(hù)鋼支撐同樣直徑和壁厚的鋼管，預(yù)先在鋼管內(nèi)焊接封堵鋼板、灌注混凝土，鋼支撐拼裝時在兩端使用提前加工好的留撐鋼管，活絡(luò)端頭挪到留撐鋼管以內(nèi)，結(jié)構(gòu)回筑側(cè)墻施工時，將留撐鋼管包在側(cè)墻混凝土中，在結(jié)構(gòu)施工完成并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，在側(cè)墻內(nèi)側(cè)將鋼支撐緊貼側(cè)墻面割掉拆除，留撐位置采用聚合物砂漿抹面補(bǔ)平側(cè)墻。

4 施工技術(shù)要點

4.1 施工工藝流程

鋼支撐留撐施工工法分留撐鋼支撐端頭加工、鋼支撐架設(shè)、留撐處理等三個部分。基坑開挖前先找一塊施工場地對準(zhǔn)備留撐的鋼支撐端頭進(jìn)行焊接封堵鋼板、閉水試驗、灌注與內(nèi)襯墻等標(biāo)號的混凝土等加工施工。土方開挖過程中，鋼支撐架設(shè)平整，留撐鋼支撐的端部保證和地下連續(xù)墻上預(yù)埋的鋼板密貼連接。側(cè)墻施工時將留撐鋼支撐的端部埋進(jìn)混凝土里面，通過在留撐鋼管外圍焊一圈鋼板起到止水環(huán)的作用，在內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工完成、腳手架拆除后，從側(cè)墻面將留撐鋼管割除，留撐部位采用高標(biāo)號的聚合物水泥砂漿抹面補(bǔ)平側(cè)墻。具體流程，如圖1所示。

圖1 鋼支撐留撐施工工藝流程圖

4.2 留撐鋼支撐端頭加工

基坑開挖前，根據(jù)計劃留撐施工的數(shù)量，準(zhǔn)備留撐端頭鋼管，在場地內(nèi)劃定區(qū)域進(jìn)行預(yù)加工處理。

留撐鋼管采用與鋼支撐同樣直徑、壁厚、材質(zhì)的鋼管，所選鋼管長度根據(jù)側(cè)墻厚度確定，鋼管長度比側(cè)墻厚度大20 cm～50 cm，一般不小于1 m。

從鋼管端部往下，在內(nèi)襯結(jié)構(gòu)側(cè)墻厚度1/2的位置，采用4 mm厚的鋼板在留撐鋼管外部焊接一圈止水鋼環(huán)，止水環(huán)寬120 mm。應(yīng)做到焊縫密實，焊接牢固，止水鋼環(huán)不得出現(xiàn)嚴(yán)重變形。止水鋼環(huán)與鋼管滿焊，確保止水質(zhì)量。

留撐鋼管立放在平整的地面上，從鋼管端頭往內(nèi)3/4墻厚處用4 mm厚的圓形鋼板焊接封堵。留撐鋼支撐剖面正視圖和俯視圖，如圖2和圖3所示。

圖2 留撐鋼支撐剖面正視圖

圖3 留撐鋼支撐剖面俯視圖

通過檢查確認(rèn)封堵鋼板滿焊完成后，向留撐鋼管內(nèi)灌注清水做密閉試驗檢查封堵效果。以觀察24 h，鋼管內(nèi)水位不出現(xiàn)下降情況為合格標(biāo)準(zhǔn)。

在確認(rèn)封堵效果合格后，向留撐鋼管內(nèi)灌注C35P8混凝土，混凝土強(qiáng)度與側(cè)墻設(shè)計標(biāo)號一致，混凝土坍落度140 mm ～160 mm，混凝土須振搗密實，混凝土灌注面與鋼管端面齊平，在混凝土初凝后做收面抹平壓光處理?；炷两K凝后采取覆蓋保水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不少于14 d。

填充混凝土養(yǎng)護(hù)14 d，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度80%以上后，在留撐鋼管的頂面焊接端部密封鋼板，鋼板規(guī)格為750 mm×750 mm×12 mm。

4.3 鋼支撐架設(shè)

根據(jù)實測基坑的寬度，在地面上預(yù)先拼裝鋼支撐，拼裝時先確定兩端的留撐鋼支撐端頭長度，將鋼支撐的活絡(luò)頭部分放在留撐鋼管端頭之后，中間部分采用多段合適長度的鋼管拼裝，每節(jié)鋼支撐鋼管間使用M24高強(qiáng)螺栓連接成整體。

每開挖完成一根鋼支撐的位置，立即由施工員和測量人員按設(shè)計圖紙進(jìn)行測量放線，找出鋼支撐架設(shè)位置：定位允許水平位置偏差3 cm、高度偏差2 cm；在鋼支撐架設(shè)位置，由人工采用風(fēng)鎬鑿除表層混凝土，找出預(yù)埋鋼板，在鋼板上焊接用來支撐鋼支撐的鋼牛腿。

用80 t履帶吊將整根鋼支撐吊放架設(shè)在鋼牛腿上。

在鋼支撐架設(shè)就位后，用兩個200 t的千斤頂同時在活絡(luò)頭位置施加支撐軸力至設(shè)計值后，采用鋼楔子敲緊鎖定。

基坑開挖期間，留撐鋼支撐的端頭采用彩條布包裹保護(hù)，防止止水環(huán)撞壞或端頭受掉土污染。

4.4 內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工

內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工時，側(cè)墻鋼筋緊繞鋼支撐周圍綁扎，在留撐鋼支撐套筒外增設(shè)3道環(huán)向加強(qiáng)鋼筋防止混凝土澆筑后出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

沿鋼管外止水環(huán)內(nèi)外側(cè)各貼一圈遇水膨脹止水條，可以增強(qiáng)防水效果，減少留撐位置出現(xiàn)滲漏水的情況。

留撐周邊的側(cè)墻模板采用加工成弧度與鋼支撐直徑一樣的膠合木模板，為確保鋼支撐可以割除到位，在模板安裝時，模板內(nèi)側(cè)再增加一塊環(huán)繞鋼支撐5 cm寬模板，模板拆除后，可以在墻體表面形成一塊5 cm寬、2 cm深的凹槽，以便鋼支撐割除時可以深入到側(cè)墻混凝土面層以下。

混凝土澆筑時在留撐鋼管附近緩慢多次振搗確保鋼管周圍混凝土振搗密實。

4.5 鋼支撐拆除

側(cè)墻施工時預(yù)留的鋼支撐在內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工完成并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后先拆除車站內(nèi)的滿堂腳手架，騰出空間后再拆除預(yù)留的鋼支撐。

留撐鋼支撐拆除時采用兩臺10 t叉車同時托住鋼支撐的兩端，在不施加頂力的情況下，從留撐的端頭貼近側(cè)墻根部采用氧氣乙炔直接將鋼管支撐切割開對稱泄力拆除，一根鋼支撐整根由兩臺叉車配合放到地面上后，再拆解成多個小段，通過叉車水平運輸至盾構(gòu)吊出井位置，再由地面的80 t履帶吊垂直運輸?shù)跹b運出車站。

4.6 留撐位置側(cè)墻結(jié)構(gòu)修補(bǔ)

在留撐鋼支撐切割拆除后，扣掉留撐鋼管與側(cè)墻混凝土面相接處預(yù)埋的2 cm厚木條，再次將鋼管深入側(cè)墻混凝土2 cm深處割除，可以防止后期鋼管外漏生銹。

留撐位置側(cè)墻孔洞修補(bǔ)采用與側(cè)墻混凝土同標(biāo)號的水泥砂漿并摻入環(huán)氧樹脂增強(qiáng)黏結(jié)性。

混凝土修補(bǔ)使用的水泥、河沙等材料與原混凝土原材廠家一致，修補(bǔ)砂漿的配合比在原混凝土配比的基礎(chǔ)上再摻入一定的環(huán)氧樹脂等化學(xué)聚合物材料。正式修補(bǔ)前先做多組不同配比的試驗，最后選擇與現(xiàn)狀混凝土顏色最接近的配比施工。

結(jié)構(gòu)修補(bǔ)根據(jù)厚度分多層進(jìn)行，在中間層掛鋼絲網(wǎng)片，修補(bǔ)表面與原預(yù)留結(jié)構(gòu)尺寸輪廓基本保持一致。

5 實施效果

采用鋼支撐留撐施工技術(shù)后，原設(shè)計的第三道和第五道鋼支撐換撐步驟不再需要施工，一個區(qū)段下3層和下2層結(jié)構(gòu)側(cè)墻一次施工到中板面，省去了換撐需要拆除與重新搭設(shè)一次滿堂支架的工作，也省去了重新架設(shè)與拆除一道鋼支撐的工作。每個區(qū)段節(jié)約工期26 d，在工期本來就很緊張的情況下，有效保障了項目的里程碑節(jié)點工期目標(biāo)。

鋼支撐施工由換撐改為留撐后，減少了一道水平縱向施工縫，減少了后期結(jié)構(gòu)滲漏水的幾率。同時留撐鋼支撐采用切割拆除方式，也避免了傳統(tǒng)支撐在拆除時二次加力造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。保證了成型車站結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和后期運營的安全。

6 結(jié)語

（1）鋼支撐留撐施工工法方便有效，在確?；又误w系穩(wěn)定的同時，減少了換撐的施工工序，可以加快施工進(jìn)度。

（2）鋼支撐留撐施工技術(shù)安全可靠，能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的換撐施工工藝，可以在需要鋼支撐換撐的地下深基坑施工中推廣使用。