軟土地區(qū)深基坑拆換撐施工技術(shù)研究

狄春鋒

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100043）

0 引言

深基坑工程換撐指的是將內(nèi)支撐拆除后，讓其原始圍護(hù)樁所受的應(yīng)力傳遞給其他受力構(gòu)件，從而保證穩(wěn)定性。目前在各種復(fù)雜環(huán)境下的深基坑施工技術(shù)已經(jīng)十分成熟，多位學(xué)者[1-4]從圍護(hù)體系的選擇、基坑開挖方法的研究、基坑降水、深基坑內(nèi)的多層內(nèi)支撐換撐、拆撐方案進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)深基坑開挖的工期控制、基坑變形控制、周邊環(huán)境保護(hù)、施工方法等進(jìn)行了一系列分析研究。但在軟土地區(qū)尤其是臨近隧道地區(qū)進(jìn)行深基坑工程施工時(shí)，如果拆換撐施工技術(shù)措施不到位，可能會(huì)導(dǎo)致基坑變形，不僅涉及到基坑本身的穩(wěn)定和安全，還會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生一定影響。某深基坑工程項(xiàng)目為了保證工期的同時(shí)有效控制基坑變形，選擇了“跳倉(cāng)開挖”施工方法，為了加快挖土效率并減少卸土導(dǎo)致的基坑變形，對(duì)基坑的支護(hù)及拆換撐施工工藝及施工效果進(jìn)行總結(jié)分析，以期為同類型工程提供參考。

1 工程概況

珠三角地區(qū)某住宅小區(qū)占地面積18542.4m2，地上建筑面積為55247.28m2，主要有4 棟高層住宅樓，同時(shí)緊鄰隧道。地下建筑面積為16023.85m2，共有地下二層，一層地下室基坑開挖深度約為4~6m，二層地下室開挖深度約8~9m。

該工程具有不良地質(zhì)條件。依據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，在本場(chǎng)地的基坑范圍內(nèi)，各巖土層的分布如下：自上而下依次為淤泥、黏土、粉質(zhì)土，均屬于珠三角地區(qū)典型的軟弱土，具有高含水量、大孔隙比、低強(qiáng)度、高壓縮性等不利工程地質(zhì)特性，總厚度達(dá)9m。根據(jù)表1 中的巖土力學(xué)參數(shù)可知此工程的基坑軟土層相對(duì)較厚，累計(jì)淤泥質(zhì)土層厚度達(dá)9m，而相對(duì)較硬的土層埋深約為30m。在坑底以上，存在飽和軟土層，其水平側(cè)向壓力相當(dāng)大。此外，基坑底部是灰色淤泥質(zhì)黏土。在軟土的不良特性下，基坑開挖后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形會(huì)比較顯著，對(duì)周邊環(huán)境的影響也會(huì)較大。

表1 巖土力學(xué)參數(shù)表

2 支護(hù)方案

該項(xiàng)目采用分階段施工的方式，首先進(jìn)行地下一層基坑的施工，待地下一層地塊底板完成后，再開展地下二層基坑的施工。在地下一層基坑施工中，使用Φ 800mm、間距1000mm 的鉆孔灌注樁，以及Φ850mm、間距600mm 的三軸水泥土攪拌樁，并配置了一道水平支撐。地下二層基坑施工采用Φ900mm、間距1100mm 的鉆孔灌注樁（在臨邊深坑區(qū)域采用Φ950mm、間距1150mm），結(jié)合Φ850mm、間距600mm 的三軸水泥土攪拌樁，并增設(shè)兩道水平支撐。

對(duì)于基坑二層地下室區(qū)域，設(shè)置第二道支撐，一端支撐地下一層區(qū)域結(jié)構(gòu)底板，另一端支撐二層圍護(hù)混凝土圍檁上。為實(shí)現(xiàn)施工±0m 及以上主體結(jié)構(gòu)，需要先拆除1#、2#、3#、4# 4 棟主樓的第1 道支撐。此工程主體結(jié)構(gòu)過多，拆除速度過慢，會(huì)難以滿足工期進(jìn)度。

3 基坑“跳倉(cāng)”開挖施工技術(shù)應(yīng)用

該項(xiàng)目選擇“跳倉(cāng)法”進(jìn)行土方開挖，有效解決超長(zhǎng)地下室土方開挖導(dǎo)致的變形過大和單次開挖深度過深的問題，跳倉(cāng)分區(qū)開挖可以有效縮短基坑開挖跨度，確保了基坑開挖和環(huán)境的安全，同時(shí)提高施工進(jìn)度[1]。基于相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙，將整個(gè)基坑劃分為A、B兩個(gè)區(qū)域，如圖1 所示。A 區(qū)分為7 個(gè)分區(qū)，分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7；B 區(qū)分為9 個(gè)分區(qū)，即B1-A、B1-B、B2-A、B2-B、B2、B3、B4、B6、B7。按照挖土流程，采用跳倉(cāng)開挖方式，先施工A 區(qū)，待A 區(qū)B1 板完成后再施工B區(qū)?；娱_挖到底時(shí)，需立即進(jìn)行素混凝土墊層的澆筑，確保將澆筑范圍延伸至基坑邊緣，以避免坑底墊層的暴露面積超過200m2，并確保暴露時(shí)間不超過24h。對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)底板應(yīng)在15d 內(nèi)分塊完成澆筑，以防止坑底墊層暴露時(shí)間過長(zhǎng)。

圖1 跳倉(cāng)法開挖分區(qū)示意

第一層土方開挖階段，A 區(qū)基坑面積為10700m2，B區(qū)為6500m2，挖掘深度1.3m，土方的運(yùn)輸路使用鋼板在基坑內(nèi)鋪設(shè)，進(jìn)行第一道支撐同步施工。進(jìn)行第二層土方的開挖，A 區(qū)深度為4.60m，B 區(qū)為5.25m。先在A區(qū)開挖至B1 板底標(biāo)高，待B1 板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再開挖B 區(qū)，使第二道混凝土支撐與開挖同步施工。需要在B 區(qū)的第二道支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能進(jìn)行第三層開挖，其開挖方式為隨著土方的出土方向進(jìn)行跳躍式開挖，開挖深度為3.25m。

4 基坑拆換撐方案及優(yōu)化措施

4.1 基坑拆換撐措施的優(yōu)化

4.1.1 基坑換撐方案的優(yōu)化

根據(jù)原先設(shè)計(jì)要求，需在地下一層底板及換撐結(jié)構(gòu)全部形成后，在二層底板開挖至坑底后，向上施工直至B 區(qū)地下一層板達(dá)到強(qiáng)度后才能拆除第一道支撐，該項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)較多，均需在拆除第一道支撐后才能進(jìn)行地上主體結(jié)構(gòu)的施工，這導(dǎo)致拆除施工速度較慢，影響施工進(jìn)度。此處進(jìn)行局部?jī)?yōu)化，通過將“結(jié)構(gòu)后拆撐”轉(zhuǎn)變?yōu)椤安饟魏蠼Y(jié)構(gòu)”。將地下室結(jié)構(gòu)與內(nèi)支撐拆除的工作交叉進(jìn)行以便于施工組織；增設(shè)施工縫，讓施工進(jìn)度不受拆撐和裙樓施工的影響；換成結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，對(duì)影響到各棟主樓內(nèi)的第一道支撐可以進(jìn)行拆除；拆換撐過程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，主要對(duì)開挖深度較深的西南角及靠近隧道位置增設(shè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并提高監(jiān)測(cè)頻率。

4.1.2 內(nèi)支撐梁拆除流程的優(yōu)化

編制拆除方案，并確保方案符合法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，獲得審批通過。提前準(zhǔn)備支撐設(shè)備，并在支撐梁上進(jìn)行標(biāo)線和切割，剔鑿露出梁上的角部主筋。安裝支撐以支持拆卸工作，并使用繩鋸進(jìn)行切割，特別注意保留支撐梁角的主筋以確保結(jié)構(gòu)完整。叉車提前準(zhǔn)備就位，用于切割梁角主筋后的平面倒運(yùn)，隨后使用吊車起吊并搬運(yùn)支撐梁至運(yùn)輸工具進(jìn)行外運(yùn)。對(duì)拆除后的支撐梁進(jìn)行破碎回收，分離鋼筋和混凝土碎塊，以實(shí)現(xiàn)資源的再利用。這一優(yōu)化后的操作流程提高了拆除效率、確保安全操作，并最大程度地利用資源。

4.1.3 拆撐現(xiàn)場(chǎng)施工措施優(yōu)化

施工現(xiàn)場(chǎng)首先要確保電源和水源暢通。在支撐梁和腰梁上劃分切割線，并在腰梁交界處設(shè)置不小于直徑108mm 的通孔，以便穿鏈條。經(jīng)總包單位核查后方可進(jìn)行拆撐。將切割機(jī)器放置在梁或樓板上，穿好鏈條并連接液壓鉗，調(diào)節(jié)水流大小。確保每段支撐切割時(shí)先割中間后兩側(cè)，首吊塊切割成斜邊，以便叉車抬舉轉(zhuǎn)運(yùn)。在局部洞口上方支撐梁采用鋼管架搭設(shè)臨時(shí)支撐時(shí)，拉設(shè)鋼絲繩增加穩(wěn)定性，施工人員懸掛安全帶在支撐梁上施工。在鑿除混凝土保護(hù)層后，預(yù)留兩端鋼筋，切割完成后，叉車轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)再用氧氣槍燒斷預(yù)留的鋼筋，1m以下的結(jié)構(gòu)樓板無(wú)需保留鋼筋。

4.2 臨時(shí)支撐技術(shù)的應(yīng)用

采用搭設(shè)枕木支撐體系。當(dāng)拆除支撐梁構(gòu)件距離下部樓板較短(一般<600mm)時(shí)，使用搭設(shè)馬鐙或鋼管架的臨時(shí)支撐措施成本較高。在這種情況下，建議采用搭設(shè)枕木支撐體系。具體做法是在每塊梁下設(shè)置2處位置作為枕木墊置支撐點(diǎn)，距離切割線邊緣約300～400mm。枕木的尺寸為1200mm×220mm×200mm，墊置3 塊枕木高度為600mm，剩余的縫隙則可以使用小木方條或木模板將其填充，直至支撐梁底[2]。

使用槽鋼馬鐙進(jìn)行臨時(shí)支撐。此槽鋼馬鐙由上橫梁、中橫梁、下橫梁、縱梁以及兩側(cè)的八字立柱組成。為了符合搭設(shè)的高度要求，需根據(jù)規(guī)格確定各個(gè)部分的長(zhǎng)度，一般來說，馬鐙的高度通常設(shè)置為距離樓板高度減去100~200mm。使用木方條將縫隙填死至梁底，以確保支撐的穩(wěn)固。槽鋼馬鐙可以在現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)或外部提前焊接成整體。在高度超過2m 時(shí)，禁止使用鋼馬鐙進(jìn)行支撐。支撐梁應(yīng)放置在槽鋼馬鐙托架上，根據(jù)分段切割的長(zhǎng)度合理確定馬鐙的數(shù)量。一般來說，每塊支撐梁至少應(yīng)放置2 個(gè)馬鐙，而且馬鐙之間的距離應(yīng)在切割位置邊緣的300~400mm范圍內(nèi)。

4.3 提高拆換撐安全性的措施

采用換撐剪力墻進(jìn)行支撐。其中墻體為梯形界面，并對(duì)原有的鋼格構(gòu)柱支撐進(jìn)行外包，增大尺寸，要與換撐剪力墻同時(shí)澆筑；對(duì)原有支撐結(jié)構(gòu)局部加固，采用加大截面的環(huán)向支撐，并對(duì)穿支撐進(jìn)行加固；梁的鋼筋綁扎過程中，梁的徑向方向縱筋采用植筋的形式，環(huán)向梁上排筋運(yùn)用對(duì)穿柱，下排筋采用植筋。在加固過程中，使用鋼筋探測(cè)儀標(biāo)記柱縱筋位置，通過水鉆避開縱筋進(jìn)行取孔，并使用結(jié)構(gòu)膠封堵孔洞。

4.4 基坑監(jiān)測(cè)

軟土地區(qū)的基坑工程施工，必須按規(guī)范要求對(duì)土方開挖和基坑支護(hù)過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果是指導(dǎo)基坑開挖施工的重要依據(jù)，可有效預(yù)防施工過程中安全事故發(fā)生。在該項(xiàng)目換撐和拆撐過程中，對(duì)開挖較深的西南角和近隧道位置圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)和側(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)。部分冠梁頂部沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖2 所示，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖3 所示。由圖可知，基坑變形相對(duì)穩(wěn)定，且累計(jì)沉降量在規(guī)定范圍內(nèi)。

圖2 部分冠梁頂部沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)

圖3 基坑冠梁頂部沉降觀察點(diǎn)歷時(shí)典型曲線

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，深基坑拆撐施工存在較大難度和危險(xiǎn)性，需經(jīng)過計(jì)算分析制定科學(xué)合理的施工方案，才能確保關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的有效性和可靠性。本文以軟土地區(qū)深基坑工程為案例進(jìn)行研究，通過采用土方跳倉(cāng)開挖、基坑支撐換撐施工流程及技術(shù)措施的優(yōu)化，同時(shí)采用多種臨時(shí)支撐措施，確保拆換撐施工過程的安全穩(wěn)定性。根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，基坑變形在可控范圍內(nèi)，基坑換撐過程中的穩(wěn)定性滿足要求。