提升深基坑工程逆作施工開挖效率的應用研究

莫纘良，張 健，韓 靖

（1.廣州一建建設集團有限公司，廣東 廣州 2.廣州市筑智建筑科技有限公司，廣東 廣州）

1 工程概況

廣州塔南廣場配建珠江兩岸人行景觀橋廣州塔南廣場項目屬于大型地下空間項目，位于廣州塔南側，東臨廣州塔路，南臨藝洲路，西臨藝苑路。總用地面積76 040 m2，地下共3 層，總建筑面積113 568.4 m2?；用娣e約4.4 萬m2，總開挖深度約13.40 m。土石方外運總量約62 萬m3，其中暗挖部分土方量約42萬m3，土方開挖量大，原計劃采用逆作法施工，負二層、負三層逐層暗挖，采用鋼管柱作為各層的結構柱，主要尺寸為Φ600 mm～Φ900 mm，逐層施工，開挖過程利用已施工的各層樓板作為結構的水平支撐，土方開挖量大，且需支模完成當層結構方可繼續(xù)往下暗挖，難以滿足工期目標。

現(xiàn)將原有開挖方案優(yōu)化為蓋挖半逆作施工，暗挖部分的負二及負三層結構由原本的純逆作施工優(yōu)化為一次性暗挖至底板后從下往上進行半逆作蓋挖施工，將出土空間最大化，在提高施工效率的同時，避免人防結構進行二次澆筑，也無需在樓板以及梁結構上預留混凝土澆筑孔，最大程度的保證了地下室人防結構的施工質量。

改變開挖方式后，開挖過程中鋼管柱裸露長度是原設計開挖方式的2 倍以上，長細比激增，穩(wěn)定性降低。在蓋挖逆作施工中鋼管柱是主要的垂直豎向受力構件，對整體結構的安全性起著至關重要的作用[1-6]。因此，需采取有效措施提高鋼管柱的整體性，降低施工過程對鋼管柱擾動。

2 鋼管柱長細比驗算

鋼管柱尺寸有Φ600，Φ700，Φ800，Φ900，直徑越小，長細比越大，情況越不利，故本次計算僅針對最不利情況Φ600 的鋼管柱長細比做驗算復核。

根據鋼管混凝土結構技術規(guī)范[附條文說明]GB50936-2014 中的表4.1.7 可知，該情況下長細比限制不得超過80。改變開挖方式后，鋼管柱最大長細比為190.67，超出設計規(guī)范，有錯區(qū)破壞的風險。需在鋼管柱間加入水平支撐從而降低開挖過程中鋼管柱的長細比，提高鋼管柱的穩(wěn)定性。

3 水平支撐結構選型

3.1 方法一：永久結構梁內支撐

采用永久結構梁作為鋼管柱的內支撐雖可滿足鋼管柱的穩(wěn)定性，但需先進行磚渣回填，墊層鋪設，梁結構混凝土強度滿足要求，拆模后才可進行暗挖，不利于工期的縮減。

3.2 方法二：新型永臨結合型內支撐

如圖1 所示，采用抱箍結合鋼支撐方式與周邊柱進行連接，形成整體以保持穩(wěn)定。同時為避免支護結構變形對鋼管柱施加側向力，鋼支撐與周邊支護結構不進行連接。鋼支撐后期埋入混凝土梁中作為永久結構的一部分使用，隨撐隨挖，無需拆卸。

圖1 新型永臨結合型內支撐模型

4 關鍵施工工藝

4.1 工藝流程

地下二層基本為人防頂板，典型框架梁截面高為1 000 mm。因逆作要求需要設置柱間后期埋入樓面梁內的鋼梁支撐以減小逆作期間柱的長細比，鋼梁支撐與鋼管柱采用抱箍板連接。該連接方式對鋼梁支撐為剛接，其埋入混凝土梁的典型大樣如圖2 所示。如圖3，型鋼設于偏梁底部標高處，可代替部分主梁底筋。

圖2 鋼梁與鋼管混凝土柱連接大樣

圖3 梁斷面大樣

利用BIM模型技術，建立鋼支撐抱箍三維大樣圖，進行三維技術交底，制作施工安裝動畫，模擬各個施工過程。如圖4 和圖5 所示，指導下料加工，現(xiàn)場安裝，有效提升施工精度。

圖4 施工工序動畫模擬（抱箍接頭）

圖5 施工工序動畫模擬（內支撐）

4.2 鋼管柱支架各構件驗算

采用大型有限元軟件Midas 對鋼管柱支架薄弱區(qū)域進行受力分析，有限元模型見圖6 所示。

圖6 有限元計算模型

（1） 鋼管立柱最大組合應力出

現(xiàn)在左右兩側位置，數(shù)值為-59.8 MPa，結構在彈性階段工作，強度滿足《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）中設計指標要求。鋼管柱剛度做有限元計算，變形最大值0.49 mm ＜L/400，滿足《鋼結構設計規(guī)范》（GB 50017-2003）附錄A 的要求。

（2） 型鋼支撐強度及剛度驗算

型鋼最大組合應力為-93.8 MPa，未超過設計值，結構在彈性階段工作，強度滿足設計要求；變形最大值1.76 mm＜L/400，剛度滿足要求。

5 結論

該水平型鋼支撐可提升鋼管柱的整體穩(wěn)定性，有效解決深基坑開挖過程中鋼管柱長細比及應力比超限等問題。從而提高土方開挖時基坑支護及上部結構的安全性。

加設該型鋼支撐，土方即可一次性開挖到底，隨撐隨挖，不影響設備出入，相較于傳統(tǒng)混凝土梁支撐而言，使用該型鋼支撐可避免逐層開挖，磚渣回填，支模及模板裝拆預留孔洞等傳統(tǒng)弊端，不僅能減少材料浪費，節(jié)約工程造價，還能大幅度提升施工效率，節(jié)約工期。

該型鋼支撐設于主梁截面內偏梁底部處，可代替部分主梁底筋，作為主梁結構一并澆筑，成為永久性結構無需拆卸。主梁配筋還可相應調整減少，施工工序簡單，方便快捷，安全性高。

型鋼支撐采用抱箍結合鋼梁的方式與鋼管柱進行連接，焊接量極少，避免在鋼管柱上出現(xiàn)連貫弱面，最大程度上確保了鋼管柱的品質。