超深基坑內(nèi)支撐拆換撐過程中水平荷載在沉降后澆帶中傳遞的研究與應(yīng)用

張相平，喬會丹，邢琦，曹江，代世杰，王云鑫

（1.中國建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東深圳 518048；2.艾奕康設(shè)計(jì)與咨詢（深圳）有限公司，廣東 深圳 518052；3.深圳市創(chuàng)美景達(dá)房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，廣東 深圳 518000）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各地城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。由于城市土地緊缺，地下空間綜合利用問題越發(fā)重要，成為制約城市建設(shè)快速發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。地下空間的開發(fā)既要面對建設(shè)要求的技術(shù)挑戰(zhàn)，又要面對土地制約的需求壓力，向地下要空間已然成為城市化建設(shè)破解發(fā)展空間瓶頸難題的重要手段。其中，超高層建筑不但高度高，而且其地下室深度也較深，往往設(shè)計(jì)為5~7層地下室，由于土地空間的限制，大量的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)也廣泛應(yīng)用在基坑中，其內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)在拆除過程中需將支護(hù)荷載傳遞至主體結(jié)構(gòu)，而主體結(jié)構(gòu)周圍一圈沉降后澆帶阻斷了水平力的傳遞，故不能及時(shí)拆除，進(jìn)而影響施工工期。本文基于星河雅寶項(xiàng)目，創(chuàng)新使用了一種內(nèi)支撐拆換撐過程中水平荷載在沉降后澆帶中的傳力方法，提前插入了內(nèi)支撐的拆除，實(shí)踐效果良好且內(nèi)支撐已拆除完成，結(jié)構(gòu)安全可靠。

2 工程概況

星河雅寶高科創(chuàng)新園四A地塊位于深圳市龍崗區(qū)坂田街道，占地面積3.88萬m2，總建筑面積35.44萬m2，項(xiàng)目由5層地下室及4棟建筑組成，其地塊北側(cè)4-1棟塔樓為74層超高層塔樓，結(jié)構(gòu)高度為338.1 m，結(jié)構(gòu)形式為帶加強(qiáng)層的框架-核心筒結(jié)構(gòu)。

基坑支護(hù)采用支護(hù)樁+放坡+內(nèi)支撐，開挖深度為26.6~33.8 m，東北角設(shè)置5道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，該內(nèi)支撐梁軸力最大為23 905 kN，北側(cè)支護(hù)為直徑1.4 m的咬合三排樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系[1]，其三排樁內(nèi)側(cè)兩排樁均需逆做拆換撐[2]，實(shí)現(xiàn)三排樁拆除與結(jié)構(gòu)逆作施工內(nèi)力轉(zhuǎn)換的協(xié)同工作。三排樁拆除傳遞至結(jié)構(gòu)樓板的水平軸力從1F到B4層依次為：395 kN/m，1 161 kN/m，919 kN/m，896 kN/m和1 452 kN/m。三排樁南側(cè)為4-1棟塔樓，塔樓周邊設(shè)置有一圈寬度為1 m的沉降后澆帶，沉降后澆帶總長度為232.845 m（見圖1）。因其支護(hù)荷載過大，三排樁拆換撐過程中需地下室結(jié)構(gòu)板全部封閉，4-1棟塔樓周邊沉降后澆帶封閉，水平荷載可水平傳遞。因此，對如何確保三排樁支護(hù)及時(shí)拆除成為本工程的一個(gè)難點(diǎn)。

圖1 基坑支護(hù)及沉降后澆帶平面示意圖

3 施工難點(diǎn)分析

根據(jù)GB 50108—2008《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》第5.2.4條規(guī)定：后澆帶應(yīng)在其兩側(cè)混凝土齡期達(dá)到42 d后進(jìn)行施工，但高層建筑的后澆帶應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)頂板封頂澆筑混凝土14 d后進(jìn)行施工。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)藍(lán)圖中注明的沉降后澆帶除另有說明外，需待主體結(jié)構(gòu)封頂后澆筑混凝土，進(jìn)而限制三排樁拆除水平荷載的傳遞，影響三排樁覆蓋范圍地下室結(jié)構(gòu)開始施工時(shí)間。

根據(jù)工期及施工部署要求，地下室結(jié)構(gòu)需進(jìn)行封閉，作為塔樓結(jié)構(gòu)施工的材料堆場使用，因北側(cè)三排樁支護(hù)最大水平傳遞軸力為1 452 kN/m，根據(jù)支護(hù)及三排樁拆除水平荷載傳遞需求，三排樁拆除的前提條件為地下室結(jié)構(gòu)全封閉及4-1棟塔樓結(jié)構(gòu)施工完成，故其三排樁拆除及相應(yīng)范圍地下室結(jié)構(gòu)施工是整個(gè)工程建設(shè)的關(guān)鍵線路。

4 型鋼傳力帶方案介紹

逆作法施工區(qū)域劃分可分為土體支護(hù)結(jié)構(gòu)、逆作區(qū)、順作背頂區(qū)。逆作施工前，基坑支護(hù)方式為基坑內(nèi)預(yù)留土坡+多排樁支護(hù)，最終完成的地下室，需要挖除此部分土坡及支護(hù)樁。逆作施工時(shí)，其水平力傳力路徑為：土體→支護(hù)樁→樁與墻連板→逆作區(qū)結(jié)構(gòu)樓板→背頂區(qū)（塔樓結(jié)構(gòu)），因逆作法施工時(shí)，4-1棟塔樓（74層）僅施工到約第10層，地下室塔樓周邊沉降后澆帶未封閉，水平力無法傳遞到背頂區(qū)結(jié)構(gòu)，本項(xiàng)目在沉降后澆帶中采用型鋼梁傳遞水平力（見圖2），使三排樁拆除后支護(hù)荷載在沉降后澆帶中能夠有效水平傳遞。為確保型鋼傳力的有效截面，需將后澆帶兩側(cè)的樓板采用增加邊梁或結(jié)構(gòu)板加厚，以滿足傳力裝置埋件預(yù)埋，施工時(shí)先施工一側(cè)結(jié)構(gòu)，其傳力帶的埋件及傳力桿同步進(jìn)行施工，另一側(cè)需待相鄰結(jié)構(gòu)施工時(shí)進(jìn)行埋件預(yù)埋及與混凝土結(jié)構(gòu)同步澆筑。

圖2 型鋼傳力帶三維模型

5 型鋼傳力帶設(shè)計(jì)及加工制作

型鋼傳力帶包括預(yù)埋在后澆帶兩側(cè)樓板或邊梁上的錨板和傳力用的工字鋼梁，具體做法如下：

1）B1~B4層型鋼采用H200 mm×200 mm×16 mm×16 mm，材質(zhì)Q345B，長1 000 mm，間距1 500~2 000 mm；

2）1層型鋼采用H200 mm×200 mm×12 mm×12 mm，材質(zhì)Q345B，長800 mm，間距2 000 mm；

3）型鋼兩端通過埋件與混凝土板相連，錨筋4D22，埋板280 mm×28 mm×22 mm；

4）后澆帶兩側(cè)樓板根據(jù)型鋼梁高度加厚，后澆帶封閉時(shí)，可直接把型鋼整體澆入樓板方便施工。

根據(jù)圖紙及深化設(shè)計(jì)，確定傳力帶的長度和數(shù)量，由專業(yè)加工廠制作加工，其一端錨板同傳力工字鋼梁于工廠加工完成，另一端錨板于現(xiàn)場預(yù)埋完成后進(jìn)行焊接。

6 型鋼傳力帶支撐荷載驗(yàn)算

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及支護(hù)拆除后荷載大小，通過MIDAS軟件建立三維受力模型，對其受力情況進(jìn)行縫隙復(fù)核，其計(jì)算簡圖如圖3所示。

圖3 型鋼傳力帶計(jì)算模型簡圖（單位：kN/m）

根據(jù)圖4可知，其B3層型鋼梁應(yīng)力較大，最大值為290.2 MPa；B2層最大應(yīng)力為275.6 MPa；B1層最大應(yīng)力為265.4 MPa；B4層最大應(yīng)力為192.8 MPa；1層最大應(yīng)力為130.7 MPa。以上樓層型鋼梁應(yīng)力均小于鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值305 MPa，型鋼梁強(qiáng)度滿足要求。

圖4 型鋼梁應(yīng)力圖

型鋼傳力帶驗(yàn)算比圖如圖5所示。B3層型鋼梁組合（包括長細(xì)比、強(qiáng)軸和弱軸穩(wěn)定）驗(yàn)算比較大，最大值為0.99；B2層最大驗(yàn)算比為0.95；B1層最大驗(yàn)算比為0.91；B4層最大驗(yàn)算比為0.66；1層最大驗(yàn)算比為0.76。型鋼梁穩(wěn)定性滿足要求。

圖5 型鋼傳力帶驗(yàn)算比圖

綜上所述，其沉降后澆帶中的型鋼梁穩(wěn)定性及驗(yàn)算比均滿足要求。

7 操作要點(diǎn)

1）型鋼傳力帶安裝及加工需分兩部分，其中一部分為錨筋+錨板+型鋼為一體，另一部分為錨筋+錨板為一體，施工過程中兩部分分別隨兩側(cè)結(jié)構(gòu)施工依次進(jìn)行預(yù)埋；

2）對于鋼筋與埋板碰撞部位的鋼筋采用彎錨焊接形式焊接于埋板上，避免影響混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋的含鋼量。

3）待兩側(cè)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求及拆換撐施工前，將型鋼傳力帶兩部分通過角焊縫進(jìn)行焊接成一個(gè)整體；

4）焊接完成后對每個(gè)傳力帶埋件與混凝土接觸面進(jìn)行檢查，對于混凝土不密實(shí)或有松動石子的需要鑿除清理，并用清水沖洗干凈后采用C80高強(qiáng)灌漿料進(jìn)行逐個(gè)灌漿密封，現(xiàn)場同步預(yù)留試塊，待試塊強(qiáng)度達(dá)到要求后方可進(jìn)行相應(yīng)樓層標(biāo)高三排樁拆除施工，其型鋼傳力帶方能完全受力。

5）待三排樁拆除完成后，在4-1棟結(jié)構(gòu)封頂后42 d和支護(hù)結(jié)構(gòu)沉降觀測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定后進(jìn)行沉降后澆帶澆筑封閉，后澆帶澆筑采用高一標(biāo)號微膨脹混凝土。

8 結(jié)語

本工程中，通過計(jì)算分析設(shè)計(jì)了一種型鋼傳力帶，其在沉降后澆帶中的應(yīng)用，有效解決了因沉降后澆帶無法及時(shí)進(jìn)行封閉導(dǎo)致內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)不能及時(shí)拆除，從而影響整個(gè)施工部署安排。型鋼傳力帶的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了超大支護(hù)荷載在結(jié)構(gòu)中的水平傳遞，確保內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)拆除過程的支護(hù)安全。通過星河雅寶高科創(chuàng)新園四A地塊項(xiàng)目實(shí)踐良好，為今后超深基坑其內(nèi)支撐拆除因沉降后澆帶無法及時(shí)封閉不能提前施工提供了有效的經(jīng)驗(yàn)。