彭治凱

（中建四局第六建設(shè)有限公司 合肥 230011）

0 引言

近年來(lái)，隨著房屋建筑技術(shù)的成熟，房屋建筑中的基坑深度越來(lái)越深，基坑支護(hù)形式也越來(lái)越復(fù)雜，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)拆除對(duì)主體結(jié)構(gòu)工期的影響也變得不可忽視，應(yīng)對(duì)不同施工環(huán)境下的基坑支護(hù)拆換撐方案及施工工藝進(jìn)行針對(duì)性分析。

1 工程概況

1.1 整體概況

某超高層深基坑項(xiàng)目位于廣州市琶洲互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新集聚區(qū)，用地面積9 380 m2，建筑面積115 337 m2，地下4 層，地上34 層，建筑高度172 m，采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)，塔樓為人工挖孔樁基礎(chǔ)，裙樓采用筏板基礎(chǔ)。

1.2 周邊環(huán)境

項(xiàng)目場(chǎng)地狹小，施工平面布置困難。場(chǎng)地地理位置如圖1所示。周邊環(huán)境具體如下：

圖1 場(chǎng)地地理位置Fig.1 Site Location

基坑?xùn)|側(cè)的施工圍擋到基坑邊距離為1.1～4.0 m?；幽蟼?cè)為場(chǎng)外道路，路寬7 m，因道路標(biāo)高較低且無(wú)有效排水措施，因此基坑南側(cè)道路長(zhǎng)期積水，基坑南側(cè)的施工圍擋到基坑邊距離約為4.7 m。

基坑北側(cè)為某地下空間項(xiàng)目的施工區(qū)域，施工圍擋到基坑邊距離為1.0 m。

基坑西側(cè)施工圍擋到基坑邊距離為12.0～15.5 m，辦公區(qū)、材料主要布置在基坑西側(cè)。

根據(jù)已有資料顯示基坑周邊無(wú)管線分布。

1.3 深基坑設(shè)計(jì)概況

本項(xiàng)目采用地下連續(xù)墻+3 道內(nèi)支撐的基坑支護(hù)形式。基坑深度20.5～24.2 m，周長(zhǎng)約為370 m，基坑安全等級(jí)為一級(jí)。第一道內(nèi)撐梁梁面標(biāo)高為-1.8 m，第二道內(nèi)撐梁梁面標(biāo)高為-6.6 m，第三道內(nèi)撐梁梁面標(biāo)高為-14.6 m。內(nèi)撐梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。內(nèi)撐梁布置情況如圖2、圖3所示。

圖2 內(nèi)撐梁布置Fig.2 Support-beam Arrangement

圖3 基坑剖面Fig.3 Foundation Pit Profile （mm）

2 優(yōu)化換撐方案的理論分析

2.1 原設(shè)計(jì)換撐方案

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，該項(xiàng)目采用連續(xù)的C30 換撐板作為基坑拆撐的換撐體系，第二道、第三道內(nèi)撐梁明拆、第一道內(nèi)撐梁悶拆。拆撐要求在每層地下室結(jié)構(gòu)施工完成后先進(jìn)行基坑肥槽回填，再進(jìn)行換撐板帶施工，當(dāng)換撐板帶達(dá)到設(shè)計(jì)齡期后方可拆除上部?jī)?nèi)撐梁，該拆撐流程會(huì)造成工期增加，施工困難等問(wèn)題，對(duì)總工期影響較大。

2.2 換撐優(yōu)化理論分析［1］

目前基坑換撐的主要結(jié)構(gòu)形式有連續(xù)換撐板、間斷式換撐板及換撐梁。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案為連續(xù)換撐板，該方案對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工條件及施工組織要求高，而項(xiàng)目東側(cè)、西側(cè)及北側(cè)均無(wú)法形成施工便道，回填難度大，回填工期長(zhǎng)，容易造成施工現(xiàn)場(chǎng)的工期延誤；間斷式換撐板對(duì)施工條件及施工組織要求較低，但其土方回填質(zhì)量難以把控；換撐梁對(duì)施工條件及施工組織要求低，土方回填質(zhì)量也便于控制。因此項(xiàng)目初步擬定將換撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化為換撐梁，對(duì)優(yōu)化可行性進(jìn)行初步分析：

本工程基坑受力最大的換撐結(jié)構(gòu)位于-3 層（-16.3 m）標(biāo)高位置，基坑頂至-16.3 m 標(biāo)高的地下連續(xù)墻長(zhǎng)約16 m，估算地下連續(xù)墻在該標(biāo)高承受的土壓力為88 kN/m，水壓力為160 kN/m，基坑周邊活載傳下來(lái)的壓力為5 kN/m?；钶d考慮分項(xiàng)系數(shù)取1.4，則估算-16.3 m標(biāo)高連續(xù)墻推力設(shè)計(jì)值為：

式中：q為均布側(cè)壓力（kN/m）。

假定間隔3 m 設(shè)1 道梁撐500 mm（寬）×400 mm（高），梁撐水平長(zhǎng)5 m，則每3 m 地下連續(xù)墻在-16.3 m標(biāo)高的推力為：

式中：F為集中荷載（kN）。

查《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（2015年版）：GB 50010—2010》第6.2.15 條，梁撐受壓承載力為：［F］=0.9×0.9×14.3×400×500=2 316 000 N=2 316 kN>F，滿足要求。

式中：［F］為受壓承載力（N）。

-3層（-16.3 m）標(biāo)高樓板厚120 mm，考慮600 mm厚地下室外墻的擴(kuò)散作用，估算取板帶120 mm×1 500 mm，則樓板板帶范圍受壓承載力：［F］=0.9×14.3×120×1 500=2 316 000 N=2 316 kN>F，滿足要求。

由初步分析可知，換撐體系優(yōu)化為換撐梁具備一定可行性，經(jīng)過(guò)具體建模計(jì)算，本項(xiàng)目采用500 mm×400 mm換撐梁＠2.5 m可以滿足基坑施工期間的安全要求，換撐梁分別設(shè)置在-4 層、-3 層、-2 層頂板標(biāo)高處，采用換撐梁作為換撐體系將極大地優(yōu)化施工流程，減少總工期。換撐梁布置如圖4所示。

圖4 換撐梁布置Fig.4 Changeover Beam Arrangement

3 拆撐方案選擇

混凝土內(nèi)撐拆除技術(shù)方法主要有機(jī)械拆除、靜力切割、靜爆拆除及爆破拆除［2-3］，其中靜力切割有工期快，安全性高的優(yōu)點(diǎn)，本工程周邊環(huán)境復(fù)雜，當(dāng)?shù)卣辉试S進(jìn)行爆破作業(yè)。經(jīng)過(guò)綜合比較，采用靜力切割的方式進(jìn)行內(nèi)撐拆除，同時(shí)也便于周邊環(huán)境保護(hù)。

4 內(nèi)撐拆除的施工部署

4.1 水平施工部署［4-5］

根據(jù)主體結(jié)構(gòu)的施工工區(qū)，將內(nèi)撐梁劃分為A區(qū)、B 區(qū)、C 區(qū)3 個(gè)區(qū)段，根據(jù)結(jié)構(gòu)的施工安排確定內(nèi)撐拆除的總體施工順序?yàn)锳 區(qū)?B 區(qū)?C 區(qū)，內(nèi)撐拆除流程如圖5所示。

圖5 內(nèi)撐拆除水平流程Fig.5 Horizontal Process of Internal Bracing Beam Removal

平面上先拆外側(cè)的主次梁，由外向內(nèi)逐步拆除，主次梁之間，先拆次梁，然后拆主梁；整體拆除順序?yàn)橄炔饢|南、西南角撐，再拆中間水平對(duì)撐，最后拆東北、西北角撐。本工程共有90 條支撐，其中A 區(qū)共包含29 條支撐，拆除順序?yàn)榻菗芜B梁、角撐、對(duì)撐連梁、對(duì)撐，拆除具體順序?yàn)??29；B 區(qū)共包含25 條支撐，拆除順序?yàn)榻菗芜B梁、角撐、對(duì)撐連梁、對(duì)撐，拆除具體順序?yàn)?0?54；C 區(qū)共包含36 條支撐，拆除順序?yàn)榻菗芜B梁、角撐、對(duì)撐連梁、對(duì)撐，拆除具體順序?yàn)?5?90；（在保證拆撐原則的條件下，現(xiàn)場(chǎng)拆撐順序可進(jìn)行調(diào)整）內(nèi)撐梁水平拆除順序如圖6所示。

圖6 內(nèi)撐拆除順序Fig.6 Support Beams Dismantling Sequence Diagram

4.2 豎向施工部署［6］

本工程有3道內(nèi)撐梁每道內(nèi)撐梁拆除時(shí)要求其下部換撐梁強(qiáng)度達(dá)到75%，整體拆撐流程如下：［步驟1］底板結(jié)構(gòu)施工完成，如圖7?所示。［步驟2］在地下室底板外側(cè)防水完成后，施工400 mm 厚C25 素混凝土換撐板，換撐板頂標(biāo)高同底板頂標(biāo)高，如圖7?所示。［步驟3］-4 層結(jié)構(gòu)施工，在結(jié)構(gòu)施工同時(shí)施工-3 層板位置換撐，換撐采用500 mm×400 mm 換撐梁，每2.5 m設(shè)置1 道，如圖7?所示。［步驟4］換撐梁強(qiáng)度達(dá)到75%時(shí)，拆除第三道內(nèi)撐梁，如圖7?所示。［步驟5］-3 層及-2 層結(jié)構(gòu)和換撐梁施工，如圖7?所示。［步驟6］待-2 層頂板位置換撐梁強(qiáng)度到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)，拆除第二道內(nèi)撐及第一道內(nèi)撐，如圖7?所示。［步驟7］-1 層及夾層結(jié)構(gòu)施工完成后，側(cè)墻開始防水施工，防水施工完成后進(jìn)行基坑肥槽回填，如圖7?所示。

圖7 內(nèi)撐拆除流程Fig.7 Demolition Process Flow Chart of Inner Support Beam

5 內(nèi)撐梁拆除的切割及吊運(yùn)

5.1 支撐架搭設(shè)

內(nèi)支撐梁拆除前，根據(jù)切割塊大小及重量在內(nèi)撐梁下部搭設(shè)支撐架體［7］。本工程架體如圖8所示。

圖8 內(nèi)撐梁支撐架體Fig.8 Drawing of Support Frame （mm）

5.2 確定切割大小及吊運(yùn)方式［8］

本工程安裝有1 臺(tái)TC6513 塔吊及1 臺(tái)TC6517 塔吊，考慮拆撐成本，切割塊主要采用塔吊吊運(yùn)，局部采用80 t 汽車吊配合吊運(yùn)，根據(jù)設(shè)備吊重性能分析確定切割塊大小并在內(nèi)撐梁上彈出切割線，內(nèi)撐梁切割示意圖如圖9所示。

圖9 內(nèi)撐梁切割Fig.9 Cutting Block for Inner Bracing Beam

5.3 基坑監(jiān)測(cè)［9-10］

本工程自2019 年7 月末開始進(jìn)行內(nèi)撐拆除，截止2019 年10 月底拆除全部?jī)?nèi)撐梁，現(xiàn)場(chǎng)施工情況如圖10所示。

圖10 換撐梁施工及內(nèi)撐梁拆除Fig.10 Construction of Changeover Beam and Removal of Inner Support Beam

換撐和拆撐過(guò)程中，基坑變形較穩(wěn)定，基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)滿足相關(guān)要求。拆撐期間基坑冠梁頂部沉降觀察點(diǎn)累計(jì)變化量如圖11、圖12所示。

圖11 冠梁頂部沉降觀測(cè)點(diǎn)Fig.11 Settlement Observation Point Layout

圖12 基坑冠梁頂部沉降觀察點(diǎn)累計(jì)變化量Fig.12 Cumulative Change of Settlement Observation Points

6 結(jié)語(yǔ)

本次優(yōu)化遵循了“先撐后拆”的原則，將支撐應(yīng)力傳遞到換撐梁上，保證了基坑安全，在施工過(guò)程中未出現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)警的情況。與原設(shè)計(jì)方案的施工計(jì)劃作對(duì)比，現(xiàn)場(chǎng)采用換撐梁作為換撐體系為項(xiàng)目節(jié)約了46 d工期，解決了項(xiàng)目工期壓力大的問(wèn)題。本工程的基坑拆換撐優(yōu)化可以為今后類似工程提供設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。