超大深基坑支撑拆除施工技术研究

黄 凯

(上海市基础工程集团有限公司，上海 200433)

1 概述

由于土地资源的紧张，需要充分利用地下空间，基坑规模均朝着超大超深进行发展，一般在软土地区，超大深基坑支护的常规型式为板式支护+内支撑，且为了控制基坑位移，内支撑一般也采用刚度较大的钢筋混凝土材料。因此在软土地区，大部分超大超深基坑，均面临着大体积混凝土支撑拆除的问题。本文通过介绍上海某超大深基坑支撑拆除过程中的具体情况，总结类似基坑拆撑遇到的普遍问题及解决方式，以期提供参考。

2 背景工程概况

2.1 工程概况

背景工程位于上海嘉定，主体结构为6层商业建筑，设置3层地下室。整个基坑呈不规则矩形，面积达到46 600 m2，开挖深度14.2 m。

2.2 周边环境概况

本工程北侧临近在建地下连通道，连通道两侧敷设有较多市政管线；东侧临近地铁11号线高架。运行区间；南侧临近施工临时道路及河道；西侧为拟建道路及架空电缆。

2.3 地质概况

本工程开挖范围主要位于黏土层，其物理力学指标一般，土性较差。基坑内土层分布如表1所示。

本工程浅层地下水属潜水，且与场地内现有明浜存在较密切的水力联系，平均水位埋深一般为0.50 m～0.70 m。另外场地内④2层与⑦层土直接接触，赋存于④2层土中的承压水与赋存于⑦层土的承压水相互贯通(见表1)，开挖前应采取措施防止出现突涌现象。

表1 土层物理性质参数

3 围护设计概况及施工工况

本基坑考虑对地铁11号线高架路及北侧陈翔路地下通道的影响，采用钻孔灌注桩作为分隔墙将基坑划分为2个分区，其中基坑西侧为A区、基坑东侧为B区。其中A区面积32 300 m2，B区面积14 300 m2。A区与B区之间分隔墙采用φ850@1 050,φ1 250@1 450,φ900@1 100以及φ950@1 150钻孔灌注桩结合φ850@600三轴水泥土搅拌桩止水帷幕作为围护结构。竖向设置三道钢筋混凝土水平支撑，支撑采用对撑+角撑+边桁架的布置型式。基坑总体施工工况如下：1)场地平整，施工硬地坪后进行围护桩、搅拌桩、工程桩、钢立柱及立柱桩的施工；2)在周边围护体达到强度后，进行基坑A区开挖；3)待A区基坑施工至地下室±0.000后，保留分隔墙侧栈桥，开始B区基坑内开挖；4)待B区施工至地下室±0.000后拆除A区保留的栈桥系统，凿除分隔墙，进行两侧结构连接。

4 支撑拆除关键技术研究

4.1 拆撑顺序分析

一般情况下，拆撑之前，该道支撑下部结构及换撑均应达到设计条件，但对于超大型深基坑，几万平的结构层均浇筑完成后再进行支撑拆除工作是无法满足工程施工工期的，且无法形成较好的施工流水。根据本工程的支撑布置型式(见图1)，主要考虑以下几种拆撑顺序。

1)先拆除中部对撑，后拆除边桁架+角撑。

该顺序主要优缺点如下：优点：中部仅为对撑，支撑间距较为开阔，且该区域的支撑混凝土方量相对于角撑或边桁架区域较少，先期拆除该区域支撑，可以较快地产生主体结构的工作面，同时和常规大基坑的土方盆式开挖方式相结合，无需调整施工顺序。缺点：主要为拆撑的先决条件较为苛刻，需等中部及边跨中部的混凝土均浇筑完成，形成大十字形状的换撑，仅留四角区域未完成浇筑，前期等待时间较长。且在施工结构层时，由中部向四周发散，影响主体结构材料运输及混凝土浇筑。

2)先拆除边桁架+角撑，后拆除中部对撑。

该顺序主要优缺点如下：优点：由于角部支撑构件较多，先期拆除可以避免后续拆除时间过长，且先拆区域主要分布于基坑四角，可以分块投入拆撑力量，而不会产生拆撑工作面不足的情况。且拆除角部时，中部的对撑仍能起到抵抗土压力的作用，基坑变形控制较好。主体结构层从四周向中部施工浇筑，可先形成环形换撑，经结构设计复核后，可进行先拆撑作业，而不用等待全部板面完成。缺点：要形成先期的环形换撑，首先需要主体结构设计进行复核环形换撑需要预留的板块纵深，比较难以进行计算分析，其二则与土方盆式开挖方式相冲突，在选择该方案前应谨慎考虑，若选定则需调整最后一层土的开挖方式。且前期施工周边环形结构，对于主体结构材料的运输及施工力量的分配带来较大考验，当然，后期能够较为顺利地进行结构施工。

3)先拆除西北角，从西北向东南退拆。

该顺序主要优缺点如下：优点：该拆撑顺序的先期条件较小，仅需完成北部、中部和西部的结构板块，形成倒L形，则西北部的对撑交叉区域即可进行拆除工作，顺带的该区域八字撑及角撑均可一并拆除，形成局部的结构施工工作面(见图2)。同时，该方案自西北向东南方向进行拆撑，主体结构也按此顺序进行浇筑，方便形成竖向流水。届时，又能在上一层结构层形成倒L形换撑条件，总体将形成立体交叉作业。且自西北向东南施工，正好与现场的栈桥行车路线相匹配，最终的收尾工作较为简单。缺点：先期拆撑被限制在一定区域内，但随着后续结构板块的形成，拆撑面积及混凝土方量呈倍数增加，需要投入较大的人力物力进行赶工，否则将影响后续主体结构的施工。该方案每阶段的拆除区域均有严格的限定，需根据现场的实际情况，拆撑单位与主体结构施工单位要形成较为紧密的衔接，对施工单位的要求较高。

4)从北向南退拆。

该拆除顺序主要适宜南北狭长型的B坑(见图3)，由于B坑无南北向的对撑，南北两端仅靠角撑进行受力，可与土方开挖及结构施工顺序形成较为融洽的搭接工序，拟在B坑拆撑时采用该方案。

根据上述原则，由于A坑西北角距离基坑中部出口最远，且拆撑与结构施工能够形成较好的立体交叉作业，节约工期，A坑采用先拆除西北角，从西北向东南退拆的方案。

4.2 拆撑方式分析比选

1)静力切割。钢筋混凝土静力切割的工作原理是依靠金刚石工具(绳、锯片、钻头)在高速运动的作用下，按指定位置对钢筋和混凝土进行磨削切割，从而将钢筋混凝土一分为二，这是世界上较为先进的无震动、无损伤切割拆除工法(见图4)。在切除过程中需将钢筋混凝土静力切割工法和吊装设备(吊车、卷扬机等)有机地结合起来完成拆除任务。该方法的主要优缺点如下：

优点：a.可以进行任何方向的切割，切割不受被切割体大小、形状、切割深度的限制，广泛使用于大型钢筋混凝土构件的切割；链锯切割以速度快，设备投入量较大，故而广泛使用；b.由于其技术原理是依靠金刚石链锯的工具进行磨削，其施工过程中无震动、无损伤，施工截面更加整齐，速度快；c.施工现场噪声、振动及扬尘均较小，处于可控范围内，对周边环境的污染小。切割下来的混凝土均呈块状或条状，方便调运清理。

缺点：a.由于切割机械为专用设备，采用静力切割的价格较高；b.由于切割前就需将切割段用钢缆绳索进行绑扎，方便后续吊运，因此前期准备工作较多，且现场需与吊运设备相结合，对施工单位要求较高。

2)机械破除。混凝土支撑机械破除是指采用机械设备先将支撑的混凝土进行破碎，形成混凝土碎块，后割除钢筋(见图5)。一般机械破除的拆撑机械主要包括镐头机、铲车等。该破除方式主要优缺点如下：

优点：a.施工方便，技术简单，对拆撑单位的施工要求较低；b.由于该方式较为常规，拆撑的价格较低；c.混凝土破碎后，割除的钢筋可重新回收利用，较为经济。

缺点：a.拆撑机械会在结构板面行走，采用该方式需先行复核结构板的承载能力，防止机械自重及破撑振动引起主体结构开裂；b.施工现场噪声、振动及扬尘较大，对周边环境的污染不小。且破碎的混凝土均呈小块状，后续的清理工程量较大。

综上所述，由于本工程主体面积较大，支撑的总方量也较多，单纯采用一种支撑拆除方式是不现实的，为确保施工工期，同时控制总体造价，保护周边环境，该工程拆撑采用静力切割与机械破除相结合的方式进行。

4.3 拆撑施工要点及常见问题处理

整个工程的临时支撑方量约为27 700 m3。且每层地下结构均具有竖向插筋、结构留洞、坡道设施等对于拆撑产生不利影响的因素。本工程在现场实际遇到的问题分析及处理方式如下：

1)安全性要求。由于该工程大部分的混凝土支撑采用机械破除，届时自重较大的机械将在结构层板上行走(机械参数见图6)，对于结构梁板柱能否承受如此大的自重，需要进行仔细的复核。

根据计算，该型机械在B2，B1行走，会导致板面产生较大的裂缝，无法满足主体后续的使用要求。为解决该问题，主体施工单位在120 mm厚的薄板区域搭设排架加密至600×900，步距1 200，能够较好地分担机械自重。同时在机械行走区域铺设走道板或钢板，分散机械自重对板面的压力。

因此该型镐头机施工荷载如下：

活载系数取1.4，动力系数取1.1，则该型镐头机单侧履带压力Q1=200×1.4×1.1×50%=154 kN,取设计值154 kN。

单侧履带着地尺寸取4.064×0.6，um=[(4.064+0.07)+(0.6+0.07)]×2=9.61 m。

B2层非人防区厚120 mm，保护层30 mm，上下配筋直径约18 mm～22 mm，故h0=0.07 m。

βs=4.064 /0.6=6.77，取βs=4,αs按不利工况取值，αs=20。

经计算得：

(0.7βhft+0.25σpc·m)ηumh0=(0.7×1.0×1.67+

0.25×0)×0.54×9 610×70=425 kN。

F1=154≤425 kN。

故最不利工况板块B2板截面仍能承受车辆荷载冲切力的荷载，满足相关规范设计要求。

2)成品保护要求。由于每层地下结构均具有竖向插筋、结构留洞、坡道设施，对整个拆除工作影响较大。为保护主体结构成品，主要采用以下针对性的措施解决该问题：a.对于结构留洞及坡道设施，采取机械破碎会产生较多碎块，现场很难清理，且碎块掉落由于高差较大，产生的冲击力也较大，易对成品产生较大的破坏性。因此，对于存在结构留洞及坡道设施的区域，采用静力切割的方法，整根吊运；b.对于竖向插筋区域，主要采用在插筋上方搭设木棚(见图7)，机械破碎时的碎块会掉落在临时木棚上，对插筋的影响较小；c.对于薄板区域，多铺设钢板，防止碎石掉落损伤结构板。

3)环境保护要求。由于现场大部分拆撑采用机械破除，施工现场噪声、振动及扬尘均较大，对周边环境的污染不小。为控制噪声及扬尘对周边环境的影响，现场主要采取以下措施：a.合理安排机械破除的拆撑时间段，尽量选择白天周边居民工作时间进行机械拆撑。傍晚开始禁止进行机械拆撑，控制噪声。b.支撑拆除时及时洒水，控制扬尘。同时在项目红线区域设置钢围挡，高度4 m左右，能够较好地控制扬尘经风吹四散产生的影响。

5 结语

1)本工程属超大超深基坑，整个临时支撑的混凝土方量达27 700 m3，在拆撑顺序及拆撑方式上经过综合考量，确保安全的前提下为业主节省了大量工期及造价。2)对于超大面积基坑，在拆除混凝土支撑时，建议条件允许的情况下，机械破除和静力切割相结合，能够针对性地进行拆撑工作，现场实际效果较好。3)对于超大面积基坑，建议根据现场实际情况，选择合适的拆撑顺序和契机，方便形成立体交叉施工，对整个地下工程的施工能够产生较好的推动作用。