深基坑拆換撐施工方案優(yōu)化及施工技術(shù)研究

鄧俊華

（中國電建集團(tuán)江西省水電工程局有限公司，南昌 330000）

在軟土地基深基坑設(shè)計(jì)施工過程中，常因施工場地狹小、基坑深度大，地質(zhì)情況復(fù)雜和周邊環(huán)境等影響，采取灌注支護(hù)樁+混凝土內(nèi)支撐的基坑支護(hù)形式。該支護(hù)方式剛度大、安全性高。但在地下結(jié)構(gòu)施工階段，須結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行鋼筋混凝土內(nèi)支撐的拆換撐工作。拆換撐時(shí)應(yīng)綜合考慮安全環(huán)保、施工進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)效益等因素，確保拆換撐方案安全高效，經(jīng)濟(jì)合理。本項(xiàng)目深基坑位于城市市區(qū)，采用爆破、人工風(fēng)鎬拆除方式因噪聲、揚(yáng)塵及安全管控等方面原因受到各方管制，引進(jìn)靜力繩鋸切割技術(shù)進(jìn)行支撐拆除。采用該技術(shù)進(jìn)行無損切割，提高施工效率，確保施工安全，有效縮短施工工期?，F(xiàn)結(jié)合該技術(shù)在集中供冷站中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行分析和探討。

1 工程概況

某集中供冷站項(xiàng)目位于廣東省珠海市橫琴新區(qū)，該建筑物主樓地上3層，地下2層。地下室層高12 m，底板底標(biāo)高為-12.05 m，地下一層標(biāo)高-6.3 m，基坑底絕對標(biāo)高為-13.05 m，場地內(nèi)整平標(biāo)高按-1.0 m考慮，基坑的開挖深度約為12 m。場地內(nèi)地層相變復(fù)雜，場地內(nèi)自上而下分布有第四系全新統(tǒng)人工填土、第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積層及中生代燕山期風(fēng)化花崗巖。本基坑主要采用放坡+支護(hù)樁+內(nèi)支撐的支護(hù)型式，止水采用大直徑攪拌樁，并在樁間設(shè)置雙管旋噴樁與支護(hù)樁形成整體止水帷幕方案。內(nèi)支撐共設(shè)置2道，第一、二道支撐均由4個(gè)角撐、一對撐及聯(lián)系梁組成。第一道支撐梁頂面標(biāo)高為-2.40 m，第二道支撐梁頂面標(biāo)高為-7.40 m。內(nèi)支撐梁共有4種不同的梁截面，分別為1000mm×1000mm、1200mm×1000mm、800 mm×800 mm、1 400 mm×1 000 mm，混凝土總量約1 020 m3。支撐立柱采用700 mm×700 mm鋼格構(gòu)立柱。

在地下室結(jié)構(gòu)施工過程中，應(yīng)結(jié)合本工程特點(diǎn)，科學(xué)組織混凝土內(nèi)支撐的拆換撐工作。本工程內(nèi)支撐拆除包括角撐、連系梁、支撐板、對撐及鋼格構(gòu)立柱等，支護(hù)樁頂部混凝土冠梁因在地下室結(jié)構(gòu)外側(cè)不考慮拆除。各層內(nèi)支撐拆除前應(yīng)做好各層對應(yīng)的換撐施工，確?；臃€(wěn)定，變形符合國家相關(guān)規(guī)范要求?；又ёo(hù)平面及剖面圖如圖1、圖2 所示。

圖1 基坑支護(hù)平面圖

圖2 基坑支護(hù)剖面圖

本工程深基坑支撐拆除工作量大，地處交通繁忙敏感路段，施工工藝和工序多，施工工期較短；內(nèi)支撐拆除施工與地下室結(jié)構(gòu)施工交叉進(jìn)行；支撐梁截面大配筋率高，混凝土強(qiáng)度高，混凝土支撐拆除難度大；基坑跨度大，混凝土支撐拆除后在水平與垂直運(yùn)輸過程中的問題也比較突出，同時(shí)拆撐過程持續(xù)時(shí)間較長，安全管控難度大。如何合理選擇支撐拆換撐方案和施工順序，直接決定了基坑安全及后期工程的施工進(jìn)度。

2 深基坑拆換撐方案優(yōu)化

原深基坑支護(hù)拆換撐方案中，第一層支撐梁拆除待地下室頂板施工完成后進(jìn)行拆除（圖3），該方案拆撐時(shí)地下室結(jié)構(gòu)已施工完成，利用地下室頂板結(jié)構(gòu)進(jìn)行換撐轉(zhuǎn)換工作，受力整體性能好，基坑安全性較高，但地下室頂板封閉后混凝土內(nèi)拆撐難度大，難以使用叉車、吊車等起重設(shè)備，需將支撐梁全部人工破碎后倒運(yùn)，拆運(yùn)工作量大，拆除時(shí)間長；作業(yè)環(huán)境差，受限空間難以通風(fēng)，如遇緊急事件，應(yīng)急處置困難，安全風(fēng)險(xiǎn)高；為方便出渣，預(yù)留孔洞較多，后期孔洞封堵成本高，滲水風(fēng)險(xiǎn)大，同時(shí)預(yù)留孔洞封堵、土方回填等對后期施工進(jìn)度存在較大的制約。

圖3 原基坑支護(hù)拆換撐方案圖

經(jīng)過優(yōu)化的拆換撐方案中，第一層支撐梁待主體結(jié)構(gòu)混凝土施工至負(fù)一層樓板上0.5 m，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%進(jìn)行拆除（圖4），利用地下室負(fù)一層框架主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)支撐換撐工作。該工況施工時(shí)負(fù)一層樓板處所受土壓力約320 kN/延米，主體設(shè)計(jì)院考慮換撐工況受力要求，針對負(fù)一層中間局部無梁板部位增設(shè)梁柱以及局部樓板鋼筋加大配筋予以加強(qiáng)（設(shè)計(jì)已出具變更加強(qiáng)并換撐受力驗(yàn)算）。

圖4 優(yōu)化后基坑支護(hù)拆換撐方案圖

同時(shí)考慮基坑穩(wěn)定性、工期要求及作業(yè)空間不足等因素，負(fù)一層支護(hù)樁與外側(cè)壁間采用C15砼換填，以便于土壓力傳遞及加快回填施工進(jìn)度。該方案地下室頂板結(jié)構(gòu)施工與拆換撐工作可同步進(jìn)行，拆撐時(shí)利用叉車、吊車等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)吊裝，施工效率高，作業(yè)條件好，安全風(fēng)險(xiǎn)低，綜合成本低，施工進(jìn)度較原方案提前約2個(gè)月。

第二層支撐梁拆除前換撐措施采用在地下室底板及支護(hù)樁間空隙澆筑厚500 mm 的C40 混凝土。混凝土澆筑時(shí)留設(shè)同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試塊，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%時(shí)拆除第二層支撐。內(nèi)支撐自下而上分層拆除，先拆除第二層支撐再拆除第一層支撐，現(xiàn)場均采用靜力繩鋸切割技術(shù)進(jìn)行拆除。

由于原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)置后澆帶導(dǎo)致地下室拆換撐過程中不能形成整體，對基坑支護(hù)安全、工程進(jìn)度都造成較大影響。因該工程地下室采用分段施工，中間預(yù)留有砼收縮時(shí)間，同時(shí)地下室結(jié)構(gòu)長度為56.8 m＜60 m，根據(jù)GB 50108—2008《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》條文說明第5.2.4 條“……采用補(bǔ)償收縮混凝土?xí)r，底板后澆帶的最大間距可延長至60 m”規(guī)定，采用補(bǔ)償收縮混凝土施工后取消后澆帶，補(bǔ)償收縮混凝土保濕養(yǎng)護(hù)14 d 后限制膨脹率大于0.015%，混凝土配合比、澆筑及養(yǎng)護(hù)應(yīng)滿足《補(bǔ)償性收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定。為避免混凝土出現(xiàn)裂縫，并采取下列措施。采取低水化熱水泥，減小混凝土收縮；優(yōu)化混凝土配合比，合理摻用粉煤灰及各種外加劑，減少水化熱峰值，提高混凝土抗裂性；做好混凝土外部保溫，減小混凝土內(nèi)外部溫差；現(xiàn)場采用分段澆筑方式，減少混凝土變形值。

取消后澆帶后提高換撐時(shí)受力整體性，避免后澆帶處支撐換撐，有利于側(cè)壁外側(cè)混凝土及時(shí)換填，同時(shí)對增強(qiáng)側(cè)壁防水性能、提高基坑安全具有積極的作用。

3 支撐拆除方案選擇及方法

該項(xiàng)目地處城市交通繁忙敏感路段，周邊緊臨市政道路，不宜采用控制爆破拆除，人工風(fēng)鎬拆除工期長，噪聲大，綜合現(xiàn)場實(shí)際情況，內(nèi)支撐拆除采用靜力繩鋸切割+叉車轉(zhuǎn)運(yùn)+汽車吊外運(yùn)方法，該方法安全性高，噪聲小，施工效率快。

3.1 支撐拆除順序

地下室底板施工及換撐工作施工→拆除第二道支撐結(jié)構(gòu)→負(fù)一層地下室施工→地下室內(nèi)頂撐及側(cè)壁外砼換填工作→拆除第一道支撐（含鋼立柱）。

第二道支撐梁底采用鋼馬凳進(jìn)行回頂，待底板混凝土達(dá)到強(qiáng)度后開始拆撐；用10 t 叉車將切割后混凝土塊運(yùn)轉(zhuǎn)指定臨時(shí)堆放點(diǎn)，用50 t 吊車直接裝車運(yùn)走。

第一道支撐待地下室結(jié)構(gòu)及地下室外墻采用C15混凝土換撐完成后，采用滿堂支撐架對支撐梁進(jìn)行回頂，待下層樓板及換撐砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行支撐拆除施工，采用200 t 汽車吊直接將切割的混凝土塊吊運(yùn)至平板車運(yùn)走。

支撐拆除作業(yè)必須堅(jiān)持先換撐后拆撐的原則。換撐砼強(qiáng)度必須滿足設(shè)計(jì)要求。支撐拆除過程中，應(yīng)考慮兩端同步卸荷，避免基坑一側(cè)受力過大而發(fā)生過大變形。每道支撐梁的每個(gè)區(qū)域卸荷時(shí)均應(yīng)分二次同步進(jìn)行，對于角撐采用間隔式斷開端部與腰梁連接處，釋放應(yīng)力后，再跟進(jìn)順序切割。拆撐總體順序跟進(jìn)結(jié)構(gòu)施工，先分離支撐桿與腰梁連接處，再拆支撐桿，最后拆圍檁，本項(xiàng)目腰梁不拆除。

拆撐總體順序跟進(jìn)結(jié)構(gòu)施工，拆撐區(qū)域分為獨(dú)立的2 個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域換撐達(dá)到拆撐要求即可拆除。使用叉車將分段的支撐水平駁運(yùn)至汽車吊吊裝位置，卸料于該位置墊置好的方木上，然后吊裝外運(yùn)處理。

3.2 混凝土支撐拆除方法

本基坑支撐體系混凝土拆除工程量大，采取投入多臺靜力繩鋸切割設(shè)備，多個(gè)工作面同時(shí)施工。各施工面施工程序如下：搭設(shè)臨時(shí)支撐→支撐梁柱放線切割→混凝土塊搬移→混凝土塊吊運(yùn)。

3.2.1 搭設(shè)臨時(shí)支撐

本工程內(nèi)支撐梁采用金剛石鏈?zhǔn)嚼K鋸進(jìn)行切割拆除，切割前采用槽鋼馬鐙或鋼管支撐架做好臨時(shí)支撐工作。

本工程第二道支撐梁底面靜力切割施工前，全部采用槽鋼馬鐙搭設(shè)臨時(shí)支撐，槽鋼馬鐙采用12#、14#槽鋼制作，根據(jù)現(xiàn)場情況定制槽鋼馬鐙的尺寸。支撐梁底放置槽鋼馬鐙托架，根據(jù)分段切割長度每塊支撐梁至少放置2 個(gè)馬鐙，放置距離切割位置邊緣約200～300 mm。

第一道支撐梁底采用扣件式鋼管架進(jìn)行支撐，支撐架縱距為1.0 m，橫距0.4 m，步距1.5 m（根據(jù)實(shí)際調(diào)整但不超過1.5 m），掃地桿距地0.2 m 高，梁底支撐架與滿堂腳手架同步搭設(shè)，與滿堂腳手架縱橫向水平桿連成整體。頂托距離梁底高度不大于0.3 m，采用鋼制頂托放置鋼管頂至支撐梁底，搭設(shè)高度根據(jù)實(shí)際支撐底距離板面距離確定，掃地桿及最頂水平桿加設(shè)水平剪刀撐滿剪，架體兩邊每隔6 m 設(shè)置豎向剪刀撐，加強(qiáng)架體整體穩(wěn)定性。

3.2.2 支撐梁分塊切割

在支撐梁切割前標(biāo)記好切割定位線后進(jìn)行切割。對于內(nèi)支撐梁，直接在梁外側(cè)環(huán)繞繩鋸鏈條進(jìn)行切割，切割后的混凝土塊重量應(yīng)結(jié)合吊車的起重性能確定，同時(shí)不能超過臨時(shí)支撐允許承載力。

3.2.3 支撐砼塊吊裝

第二道支撐梁切割后用10 t 叉車倒運(yùn)至臨時(shí)堆放點(diǎn)，然后采用一臺50 t 吊車吊轉(zhuǎn)運(yùn)至平板車運(yùn)走，第一道支撐梁吊裝采用一臺200 t 汽車吊直接吊運(yùn)裝車。汽車吊站位選擇在基坑受力小且安全的位置，確保吊裝安全。吊車在基坑邊緣進(jìn)行吊裝時(shí)，必須經(jīng)過設(shè)計(jì)復(fù)核不得超過設(shè)計(jì)限載。在吊裝期間，委派第三方對基坑進(jìn)行監(jiān)測。汽車吊吊運(yùn)有效半徑內(nèi)，所有切割塊均采用汽車吊直接吊運(yùn)，有效半徑以外采用叉車轉(zhuǎn)運(yùn)。根據(jù)汽車吊起重能力確定切割單元尺寸，結(jié)合汽車吊吊裝工況，切割單元重量按3.5 t 以內(nèi)考慮，各截面支撐梁分段切割長度見表1。

表1 各截面支撐梁分段切割長度一覽表

切割好的支撐梁混凝土塊采用叉車把水平轉(zhuǎn)運(yùn)到汽車吊吊點(diǎn)位置，再吊運(yùn)出基坑。叉車行走路線結(jié)合樓板承載力進(jìn)行驗(yàn)算及設(shè)計(jì)規(guī)劃，對局部樓板承載力不滿足要求的部位采用滿堂腳手架回頂加固，并在施工現(xiàn)場對叉車可行走區(qū)域和非行走區(qū)域之間設(shè)置明顯標(biāo)識，確保地下室結(jié)構(gòu)安全。

3.2.4 鋼構(gòu)柱拆除

在所有砼支撐梁拆除完成后方可進(jìn)行鋼立柱拆除施工，鋼構(gòu)柱切割前需采用汽車吊預(yù)吊或臨時(shí)固定措施，避免其傾覆倒塌。拆除第一道支撐后，可同時(shí)拆除負(fù)一層內(nèi)的鋼構(gòu)柱及殘留的混凝土塊，剩余底部鋼構(gòu)柱（即負(fù)二層內(nèi)的），待負(fù)二層結(jié)構(gòu)施工完成及車道通車后，采用弧焊切割分段拆除，利用車道外運(yùn)殘留砼渣及分段后的鋼構(gòu)柱。

4 基坑監(jiān)測

支撐拆除作業(yè)必須堅(jiān)持先換撐后拆撐的原則。在拆撐前，應(yīng)提前與監(jiān)測單位溝通，要求監(jiān)測單位全程配合拆撐。分析前期基坑變形數(shù)據(jù)及趨勢。現(xiàn)場設(shè)置內(nèi)力自動化監(jiān)測系統(tǒng)、位移沉降自動化監(jiān)測系統(tǒng)等設(shè)備，拆撐過程中應(yīng)安排專職人員持續(xù)監(jiān)測基坑支護(hù)樁和周圍土體情況，建立監(jiān)測臺賬，及時(shí)通報(bào)監(jiān)測數(shù)據(jù)并做好應(yīng)急搶險(xiǎn)準(zhǔn)備。

拆換撐期間，拆撐區(qū)域的監(jiān)測頻率為每天2 次。非拆撐區(qū)域監(jiān)測頻率按以下執(zhí)行：底板或樓板澆筑完成7天內(nèi)，每天2 次；底板或樓板澆筑完成后7～28 天，每天1 次；板底或樓板澆筑完成后超過28 天，3 天1 次。

以基坑影響周邊環(huán)境的強(qiáng)弱不同，本方案將基坑監(jiān)控范圍劃分為4 個(gè)區(qū)域，各監(jiān)控區(qū)域及警情區(qū)域劃分見表2。

表2 監(jiān)控區(qū)域及警情區(qū)域劃分表

若第一監(jiān)控區(qū)域監(jiān)測數(shù)據(jù)報(bào)警，則加密第一、二監(jiān)測區(qū)域監(jiān)測頻率；當(dāng)?shù)诙O(jiān)控區(qū)域監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生，則一、二、三監(jiān)控區(qū)域監(jiān)測頻率加密，依此類推。根據(jù)各監(jiān)測區(qū)域報(bào)警情況制定監(jiān)測頻率。若超過預(yù)警值，監(jiān)測頻率為正常監(jiān)測頻率的2 倍；超報(bào)警值或控制值，監(jiān)測頻率提高到正常監(jiān)測頻率的3 倍；數(shù)據(jù)連續(xù)無法穩(wěn)定時(shí)應(yīng)連續(xù)監(jiān)測。

當(dāng)監(jiān)測項(xiàng)目超過其報(bào)警值時(shí)，應(yīng)現(xiàn)場勘察，加密監(jiān)測頻率，關(guān)注變形趨勢及變形速率，進(jìn)一步分析變形原因，研究采取應(yīng)急的處理措施。當(dāng)險(xiǎn)情加劇時(shí)，會同設(shè)計(jì)、監(jiān)理、業(yè)主、施工單位等相關(guān)部門制定險(xiǎn)情應(yīng)急處置預(yù)案。

5 結(jié)束語

通過對10#冷站深基坑拆換撐施工方案優(yōu)化選擇，僅用了20 天完成相應(yīng)拆換撐工作，較原方案提前約2個(gè)月，極大加快了工程總體施工進(jìn)度。深基坑拆換撐過程中，基坑變形符合國家規(guī)范要求，基坑穩(wěn)定性高，靜力繩鋸切割拆除噪聲小，施工效率高，對類似工程拆換撐施工具有一定的參考價(jià)值。