泵闸工程基坑支护拆换撑施工工法

(浙江省第一水电建设集团股份有限公司，浙江 杭州 310051)

1 工程概况

姚江上游西排工程施工1标主要目标为扩大姚江流域洪水调配能力，减少洪水期通明船闸下流量。在洪水期向曹娥江进行排水，排水泵站设计流量165m3/s；同时结合杭甬运河向下游姚江进行引水，引水泵站设计流量40m3/s，为Ⅱ等工程。主要施工内容包括梁湖枢纽闸站段、站前河道段及调节池部分段、口门段、总干渠闸等工程建设，其中闸站段由排水泵站、引水泵站和梁湖闸组成。

泵闸深基坑施工技术难度大：开挖面积达2.9万m2；基坑最大深度达19m；暴露时间长，需跨越两个主汛期；外部环境复杂，三面环水、一面紧临村庄，开挖挖深变化较大。采用拆换撑工艺既可保证工程安全施工，又可高效推进主体工程的建设，应用效果良好。

2 工艺原理

拆换撑是在泵闸主体结构上升与基坑支护稳定相矛盾时，保证主体结构正常向上施工却不影响支护结构稳定安全的技术措施。支撑拆除前通过混凝土传力带将支护结构与主体结构底板、墙身连成一个新的支撑体系，从而保证水闸主体结构的进一步向上安全施工。

本工程由于工期紧迫，设计采用混凝土传力带换撑代替原有基坑对撑体系，即将基坑四周支护桩用混凝土压顶梁与支撑梁连接起来形成第一道混凝土支撑，二道撑采用混凝土围檩梁连接支护桩同时浇入式钢管对撑，换撑用混凝土传力带将混凝土围檩梁、压顶梁与水闸主体结构底板、墙身连接形成一个新对撑体系后分道拆除原支撑。此施工方法支撑工序一次成型，工序穿插少、工期短、施工成本低，结构连接质量有保证。

3 施工要点

3.1 施工工艺流程

拆换撑施工工艺流程见图1。

图1 拆换撑施工工艺流程

3.2 混凝土支撑、围檩及压顶梁施工

基坑土方开挖到支撑梁及围檩底的垫层底面；凿开支护结构与围檩的连接面；先浇筑混凝土垫层；支撑及围檩钢筋的安装，必须焊接主筋，注意与压顶梁处钢筋的穿插连接以及支护结构与围檩连接面钢筋连接的质量把控；支立侧模板(垫层为底模)，然后封闭模板，采用12对拉螺栓、φ48钢管及连接扣件等支架系统进行加固；浇筑混凝土形成支撑，可通过提高混凝土等级、添加早强剂及加强覆盖养护等措施加快施工进度。

施工时需注意以下几点：

a.支撑与基坑支护的连接是关键，当支撑与压顶帽梁连接时，兼做锚筋的支护桩主筋必须足够长，如不足时必须焊接接长到位，保证锚固质量；当支撑点设在支护桩上的某一标高处时，该标高的支护桩及立柱桩应预埋钢筋，在挖土暴露后，清理干净该处的混凝土，将预埋该处的预埋钢筋拉出并伸直，用于锚入围檩内(如找不到预埋筋，则必须凿出支护桩内主筋加焊锚筋或吊筋连接围檩)，浇混凝土形成连接。

b.与围檩接触的支护壁部位全部凿毛清理，以保证围檩梁与护壁的紧密连接。

c.钢筋混凝土支撑梁和围檩(或压顶梁)混凝土应同时浇筑，以保证支撑体系的整体性。为保证施工人员在支撑梁上的行走安全，支撑梁两侧预埋用于焊接栏杆的铁件。

3.3 土方开挖

首先安排在先施工支撑范围内的土方开挖，由远至近地进行，若有多道支撑时，应按支撑的道数分层开挖，每次土方以开挖到支撑或垫层底高程为界，每层又要根据基坑深度的不同和挖土机械伸展深度能力进行分层挖土，每一层土方开挖都要待混凝土的强度满足要求时，才能进行向下土方开挖。

在基坑内运土车辆通过的路段中，遇到混凝土支撑梁时，首先用掘土机将土覆盖在支撑梁上，以做保护，覆盖厚度不小于50cm。其次在覆盖土之上铺设路基箱板以保证运土车辆正常通行，避免支撑梁受到破坏。

淤泥质粉质黏土地基降水工作尤为重要，管井预先打设施工，预降水一周后，方可进行土方开挖，采用三轴水泥土搅拌桩作为止水帷幕及进行被动区加固，通过长时间深井降水土方开挖至碾压不出现弹簧土现象，方可进行正常开挖。

3.4 钢管支撑安装

a.测量放样。测量人员先轴向放出混凝土围檩梁中心线，后立模，再按间距逐个放出钢支撑中心点，预埋锚钢板，固定牢固。

围檩梁混凝土浇筑时，对于钢管支撑短且总重量较小，吊机能安全施工的场地，可整根钢管撑直接安装到位与围檩梁形成整体，既可保证支撑安全质量，又能加快施工进度。

在锚钢板底部及两侧焊接三角形钢板作为钢牛腿来安放支撑钢管，三角形钢板与锚钢板对接处要满焊，不得漏焊或虚焊。

b.钢支撑安装。围檩梁完成后，用钢尺量出钢支撑中心点之间的实际长度，根据实际长度下料安装钢管。每根钢支撑一端为固定端，另一端为活动端。钢支撑预先在地面上用吊车配合人工预拼到相应拼接长度，每根总长度(活动段缩进时)比围护结构净距稍小，每个连接处用高强螺栓相邻交错串眼接拼钢支撑旋紧，螺栓外露不得少于二牙。由于支撑较长，起吊时采用二点起吊，并系上防晃绳，做到安全、平稳、精确吊装。钢支撑吊装到位，不要松开吊钩，固定端先挂于基坑一侧压顶梁锚钢板的钢牛腿上，另一端通过调整活动端长度，再挂于对侧。对因围护桩施工误差造成支撑的端头不能与钢围檩面紧密接触处，必须在围檩面与支撑端头之间加设钢板垫块，以确保支撑轴向受力。

c.施加预应力。将2台1000kN液压千斤顶放入活动端顶压位置，并注意保持千斤顶行走一致。预应力施加到位后在活动端中锲紧垫块，并固定牢固，持续2～5min后方可回油松开千斤顶，解开起吊钢丝绳，完成该根支撑的安装。预应力施工前，必须对油泵及千斤顶进行标定，并做好记录。

d.防坠落措施。钢支撑安装完成后，为防止钢支撑因轴力变化而产生不稳定现象，可利用钢丝绳(可选用直径8～10mm的钢丝绳)和U形卡拴住钢支撑两端头，并将钢丝绳一端固定在混凝土灌注桩桩体上的膨胀螺栓上，防止支撑掉落或倾覆。

3.5 主体工程底板、墩、墙及传力带混凝土换撑施工

混凝土工程通常的清基、钢筋制安、模板制安加固、安装止水伸缩缝、混凝土浇筑及后期拆模养护等工序都遵照相关水工混凝土规范，组织施工。混凝土换撑需注意以下几个问题：

a.基坑土方开挖到位后尽早覆盖混凝土垫层，减少被动区加固后的土方扰动。

b.传力带混凝土与闸主体工程混凝土同等级，并一起浇筑、养护，保证混凝土强度同步上升，均步受力，发挥换撑作用。

c.闸底板及传力带混凝土达到80%强度，且满堂脚手架搭好后，方可拆除第二道钢管支撑，进行上一层的混凝土施工。闸墩、墙及传力带混凝土强度达到80%强度，在保证满堂脚手架与墙、墩连接支撑形成一整体且架设到闸顶板底部后，拆除第一道混凝土支撑。

d.混凝土浇筑过程中，重点控制闸墩、墙、传力带混凝土的平衡、对称、均步入仓及上升，保持整个支撑体系在施工全过程的受力均衡、安全稳定。

e.混凝土强度通过同步试块试压判定，并通过现场实测复核达到80%强度后，方拆撑形成换撑，继续闸主体向上施工。

图2为闸支撑体系拆换撑示意图。

3.6 钢管支撑拆除

支撑拆除过程是利用已施工的主体结构换撑的过程，拆除时要特别注意保证轴力的安全卸载，避免应力突变对基坑支护结构、主体结构产生负面影响。另外，避免钢支撑吊运过程中坠落而发生安全和质量事故。

支撑拆除必须在底板及传力带混凝土强度达到设计强度的80%后进行，拆除过程中加强支护桩各项监测，根据监测情况调整拆除长度。施工中搭设脚手架工作平台并承托钢支撑，采用分级卸载，主辅两台汽车吊吊运。

图2 支撑体系示意(单位：mm)

a.支撑及活动端的拆除。施工工艺为：搭设脚手架支撑钢支撑→辅吊配合主吊固定钢支撑→把千斤顶放到原支撑点→用千斤顶支顶钢支撑→气割切断钢支撑与活动端的预应力固定焊板→千斤顶逐步回油卸力→移走千斤顶→钢支撑和活动端连接牢固→钢支撑平移→主吊卷筒制动、起吊钢支撑→吊至地面。

b.分级卸力。 拆除时避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂。采用千斤顶支顶并适当加力顶紧，然后切开活络头钢管、补焊板的焊缝，千斤顶逐步卸力，停一段时间后继续卸力，直至结束。

c.吊运。卸力后将活络头等活动配件卸下，单独调运。主吊钢丝绳对称挂在支撑吊环上，辅吊钢丝绳挂在支撑的一端以便调节方向。卸力后人工、辅吊配合主吊把钢支撑移向一边，避开上部支撑，然后起吊。支撑吊起后主吊和辅吊配合调整支撑的位置和方向，使钢支撑倾斜一定角度，辅吊牵引上端，避让上部支撑吊出基坑。吊出基坑并转移到基坑边后，卸去辅吊吊钩，由主吊放落在指定存放点。

3.7 混凝土支撑拆除

3.7.1 拆除方案的选择

本工程采用金刚石绳锯切割工艺进行基坑混凝土支撑拆除工作。

混凝土支撑拆除顺序为：搭设满堂脚手架(主体结构立模架共享)→撑梁上方凿露豁口分段切割→金刚石绳锯混凝土切割→吊车垂直运输及装车外运。

支撑拆除在满足设计工况要求之后进行。先拆除副支撑，再拆除主支撑，且拆除顺序为间隔拆除。对撑支撑梁拆除时，做到支撑两端与围檩同时进行切割、断开，之后再将无轴力的支撑梁逐段切割拆除。

支撑梁采用分块切割吊运的方法，切割后的钢筋混凝土块不能超过排架允许承载力，以确保混凝土块体在吊离前的施工安全，钢筋混凝土块体在吊离过程中应稳定可靠。

钢筋混凝土块在满足计算允许范围内尽可能最大化，切割总量最小化，在确保安全前提下以达到最大的经济效益和最快的施工速度。支撑梁切割前应精确计算，使切割后的混凝土块体与理论计算值大致相符，不致吊运时超载，造成安全隐患。分段切割后的钢筋混凝土块统一外运出场后，在场外进行破碎。

支撑切割过程中的废水汇流于集水井内，再由水泵通过排水沟抽排流入三级沉淀池。

3.7.2 金刚石绳锯切割混凝土支撑

金刚石石绳锯(SK-SD绳锯机)主要工作性能参数为纯切割速度40～60min/断面，安装时间20～40min/次 。

施工工艺及步骤为：在支撑梁上划分分块切割线，并用风镐凿出豁口；将切割机器放在满堂脚手架施工平台上，连接好电源、水源，穿好链条且套住混凝土支撑砌割豁口；开通水管，调节水流大小，通过控制器将链条收紧，开动机器切割混凝土支撑；混凝土支撑切割顺序原则上由中间向两端进行，首吊块切割成斜边，以便吊装；通过吊车钢丝绳吊住被切割混凝土支撑梁块的中心点。混凝土块体起吊时，速度要均匀，构件要平稳，混凝土块体下放时需慢速轻放。

4 结 语

主体结构工程通过混凝土传力带与支撑体系及基坑围护结构结合形成换撑体系，主临结合，降低了工程造价。同时混凝土、钢支撑的结合，作为第二道支撑，其造价远小于同作用的混凝土支撑，且可回收利用，经济效益良好。

由于火工品的严控及涨价，城乡接合部对噪声、环保的要求高，使用金刚石绳锯拆混凝土支撑显现出其比传统爆破法、镐头机械法更经济适用。

基坑支护拆换撑施工，更多地体现在对工程的安全使用有保障，施工过程质量易控制且有保证，施工方法简便，周期短，受临近建筑干扰小。

本泵闸从混凝土支撑开始到主体工程混凝土浇出地面仅91天，受到了业主的好评，经济效益良好。同时金刚石绳锯几乎静音的混凝土切割及环保的工艺得到了工程周边村民的点赞，取得了社会效益，也为后续主基坑泵站的拆换撑及类似工程施工提供了借鉴。