大型深基坑分区拆换撑施工技术

王志伟，秦国鹏，杨振平，崔连刚

（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

0 引言

深基坑围护结构中常采用桩墙结构加支撑梁板，来确保围护结构的安全。在进行正式结构施工时，需要拆除支撑并用正式结构转换原支撑的受力体系，来维持原围护结构的功能。对地下层次较多、平面尺寸大的基坑，其支撑的层次、梁截面积及支撑梁数量也会增加，从而造成拆换撑数量大、结构力系转换复杂。换撑时还需满足结构连续、混凝土强度符合要求，所以施工周期较长。因此合理安排拆撑时间及拆撑顺序，才能有效加快地下结构施工进度，保证围护结构的安全。

1 工程背景

中交汇通横琴广场基坑南北宽120.0 m，东西长201.8 m，基坑开挖深度-16.1 m，局部-24.2 m，基坑围护结构形式为“排桩垣水泥土搅拌桩止水帷幕垣钢筋混凝土水平支撑”结构形式，竖向设置3道支撑，如图1所示。

图1 需拆除的支撑三维图Fig.1 3d drawing of support to be removed

拆除支撑混凝土强度等级为C40，混凝土工程量共计12 889.88 m3，其中包括支撑梁631根，混凝土方量为11 197.88 m3；支撑板15块，混凝土方量为1 692 m3；截面700 mm伊700 mm的钢格构柱151根。

本工程西区3号塔楼电梯井深达9 m，形成了基槽中的坑中坑，需二次支护才能完成电梯井的施工。实际施工中二次支护的围护桩，是在土方开挖至底板-18.7 m后才开始施工，这样使得西区底板施工滞后于东区底板近3个月，造成了地下结构在平面上不能同步流水施工的局面。一般情况下，拆除支撑前需要等支撑下部的换撑结构全部完成形成整体后再进行拆除。如等待地下室底板全部施工完成后，再进行第3道支撑拆除，则东区需要停工3个月。这样对整体工期将产生严重影响。为实现原定施工节点计划，充分研究了围护结构的风险，制定了各项技术措施，采用东、西区分开拆换撑的方法，保障了总工期和围护结构的安全[1]。

2 拆换撑主要技术措施

2.1 技术措施分析

由图2看出，东西两区支撑结构大致对称；拆除时按照对称轴位置，依据下部结构完成情况，先逐层拆换东区，后逐层拆换西区，两区支撑最大相差两层支撑。

由于分区拆换支撑，会使围护结构在水平受力上局部产生突变。考虑围护结构是排桩结构，水平力系转换时，在最大高差位置是最危险工况，经设计验算，围护桩的强度和刚度满足施工工况需求，同时验算各层环梁的截面也满足要求。因而分区换撑是可行的。

图2 东西区分区示意图Fig.2 Schematic diagram of east and west districts

由于地下结构平面尺寸较大，结构会设置多条后浇带，造成施工阶段结构不连续；地下室出入口处的坡道，在结构未形成整体前，呈开口状态；最主要的是由于分区施工，正式结构沿长度方向不能封闭，地下室的墙体在分区位置顺长向成为自由端，使得该部位原设计的墙体刚度不能满足换撑要求。

在各层换撑时，为保证结构支撑的整体性和对撑的连续性，需采取如下技术措施：

1）在底板及楼层板后浇带位置加型钢支撑[2]；

2）在临近基坑周边楼梯、电梯井、汽车坡道、洞口位置设置临时支撑；

3）根据设计提供的地下室结构板面推力标准值，针对地下室墙体结构抵抗剪力不足部位，加设临时支撑剪力墙。

2.2 具体实施措施

1）结构不连续位置设置支撑

在底板及楼板后浇带位置、楼梯洞口、电梯井、汽车坡道等部位设置型钢支撑以保证结构连续，满足水平推力传递。具体参见图3、图4。依据各层推力值确定型钢截面规格和支撑间距。

图3 底板后浇带型钢支撑布置剖面图Fig.3 Layout plan of steel support for bottom slab and floor after pouring

图4 楼梯洞口、汽车坡道临时支撑示意图Fig.4 Temporary support for stairs entrance and car ramps

2）墙体结构抵抗剪力不足部位加设临时支撑剪力墙

根据计算结果，分别在两侧地下墙体断开位置，利用竖向结构柱，在柱间浇筑临时钢筋混凝土剪力墙结构，剪力墙沿支撑向设置，各道墙长为3排柱距，各层累计13道临时剪力墙。图5为设置的剪力墙效果图。

图5 回撑剪力墙示意图Fig.5 Schematic diagram of back-braced shear wall

3 拆换撑施工

3.1 分区拆换撑工况

支撑拆除工况及顺序见图6所示。各道支撑拆除前，将正式结构和围护结构之间的间隙，按设计出具的回撑梁结构施工完成，回撑梁结构混凝土强度达到100%后即可拆除支撑[3]。

图6 支撑拆除工况及顺序图Fig.6 Working condition and sequence diagram of support remove

3.2 拆除施工

施工工艺流程为：搭设支撑架寅钻机排孔施工寅金刚链切割寅起重机吊运寅运输至指定堆场寅支撑破碎（回收钢筋）寅垃圾渣土处理[4]。

支撑架采用脚手架搭设，如图7所示，梁体利用金刚链绳锯分段切割。分段后的梁体用10 t叉车及200 t汽车吊接驳进行支撑梁外运。

图7 支撑架搭设Fig.7 Support frame setting

4 基坑监测情况

基坑拆换撑过程监测主要监测项目有：围护结构顶部水平位移、围护结构顶部沉降、周边地表沉降、支撑立柱顶部沉降、围护结构深层水平位移（测斜）、周边土体测斜、地下水位、各道支撑轴力等。针对围护结构顶部水平位移、围护结构深层水平位移（测斜）、第1道支撑轴力和第2道支撑轴力4个项目进行重点分析，探究拆换撑对基坑物理状态的影响。4个主控项目的监测点分布及数量见表1所示[5]。

表1 主要监测项目、数量及分布情况Table 1 Main monitoring items,quantity and distribution

4个主控项目的监测点主要选在中部对撑及基坑周边，均为最易受拆撑影响的部位。

东区两组角撑拆除后，基坑其他支撑各项监测数值均未超过监测控制值。

4.1 围护结构顶部水平位移

根据围护结构顶部水平位移监测点分布情况，选取S5、S12、S20三个监测点进行分析。其中S5位于基坑北侧，S12位于基坑东侧，S20位于

基坑南侧，位移控制值：30 mm，报警值：24 mm。监测数值及其随拆撑进度变化情况见图8。

图8 顶部水平位移监测值随拆撑进度变化情况Fig.8 Monitoring value of top horizontal displacement changes with theprogress of support removal

通过分析对比3条曲线变化情况可知，随着3道支撑逐一拆除，基坑周围围护结构顶部水平位移均存在向基坑内位移变化的趋势，并逐渐增加。位移累积值始终在控制值之内。

4.2 围护结构深层水平位移（测斜）

根据围护结构下部水平位移监测点分布情况，选取J3、J7、J12三个监测点进行分析。其中J3位于基坑北侧，J7位于基坑东侧，J12位于基坑南侧，控制值：45 mm，报警值：32 mm。

监测数值及其随拆撑进度变化情况见图9。

图9 深层水平位移监测值随拆撑进度变化情况Fig.9 Monitoring value of deep horizontal displacement changes with theprogressof support removal

通过分析对比3条曲线变化情况可知，随着3道支撑逐一拆除，基坑周围围护结构深层水平位移（测斜）均存在先向基坑外位移再向基坑内位移的变化趋势，其中，第1次拆撑后向基坑外位移增加，第2次拆撑后向基坑内位移增加，第3次拆撑后又向基坑内位移增加，但位移累积值始终在控制值之内。

4.3 第1道支撑轴力

根据围护结构顶部水平位移监测点的分布情况，选取G31-1、G34-1、G22-1三个监测点进行分析。其中G31-1位于基坑中部第一道对撑西，G34-1位于基坑中部第1道对撑东，G22-1位于基坑中部第1道对撑南，控制值：15 000 kN，报警值：12 000 kN。

监测数值及其随拆撑进度变化情况见图10。

图10 第1道支撑轴力监测值随拆撑进度变化情况Fig.10 Monitoring value of the first supporting axial force changeswith theprogressof support removal

通过分析对比3条曲线变化情况可知，随着第3道、第2道支撑拆除，基坑中部第1道对撑轴力变化不大，仅出现微小的波动，拆撑对其轴力的影响有限，且轴力值始终在控制值之内。

4.4 第2道支撑轴力

根据围护结构顶部水平位移监测点分布情况，选取G31-2、G34-2、G22-2三个监测点进行分析。监测点分布位置G31-2位于基坑中部第2道对撑西，G34-2位于基坑中部第2道对撑东，G22-2位于基坑中部第2道对撑南，控制值：18 500 kN，报警值：15 000 kN。

监测数值及其随拆撑进度变化情况见图11。

图11 第2道支撑轴力监测值随拆撑进度变化情况Fig.11 Monitoring value of the second supporting axial force changeswith the progress of support removal

通过分析对比3条曲线变化情况可知，随着3道支撑拆除，位于西侧的第2道对撑轴力变化不大，而位于东部和南部的第2道对撑轴力均出现增大趋势，每次拆撑之后均会出现短暂的轴力增加，但轴力值始终在控制值之内。

由以上各分析情况可知，分区拆撑所采取的技术措施能充分保证施工过程中基坑的稳定，整个施工阶段基坑处于安全受控状态[6]。

5 结语

过程中监测数据显示，基坑监测点位共276个，超报警值的监测点位共16个，超控制值点位0个。说明各项技术措施合理有效，使分区拆撑得以实现。通过分区拆除支撑施工方法，使得东区提前3个月进入地下室结构施工阶段，消除了施工间歇造成的误工现象，保证了地下室结构施工的连续性和总体工期不受影响。此施工技术可为类似的超大型基坑施工提供借鉴。