深基坑内支撑拆除工况下楼板镂空部位加固技术

吴锦科，胡钢，王承忠，彭伟，符修育

(中建二局第一建筑工程有限公司，北京 100176)

钢筋混凝土内支撑＋咬合桩止水帷幕支护结构可较好地适用于现阶段的深基坑工程，同时可根据地下室主体结构楼板标高设置多道，能有效提高基坑的稳定性。内支撑拆除的关键在于换撑与拆撑，拆换撑主要利用主体结构和换撑构件来抵消基坑支护侧向轴力，以此达到受力平衡，确保基坑不失稳。但由于地下室结构楼板不可避免存在汽车坡道、楼梯间等镂空部位，导致换撑力不能形成完成的传力路径。因此本文针对本工程3#汽车坡道处镂空部位加固方案开展研究。

1 工程概况

深圳鑫荣懋滨海大厦工程基坑开挖面积约18 274.23m2，基坑周长约525.71m，基坑开挖深度为11.38m，基坑支护为咬合桩＋内支撑形式，咬合桩由直径1.2m 钢筋混凝土桩与直径1.0m 混凝土素桩咬合而成，桩心距1.0m；设有两道内支撑，支撑形式基本相同，受力主梁尺寸为1 000mm×1 000mm，连系次梁尺寸为800mm×1 000mm。项目地下室主体结构为两层，基坑支护两道内支撑均位于地下室一层范围内，利用BIM 技术建立基坑支护模型如图1。

图1 基坑支护模型图

本项目换撑方式在底板位置采用换撑板带，在负二层楼板处采用换撑梁，换撑梁参数为400mm×400mm@1.8m，做法如图2。换撑梁设计轴力为1 492kN/根，将支撑梁轴力转换成分布荷载为746kN/m。拆换撑剖面如图3。

图2 拆换梁大样图

图3 拆换撑剖面图

2 加固方式设计

针对本工程3#汽车坡道处7.3m 镂空部位进行加固方案设计。该处坡道宽度较宽，坡道长度较长，若采用传统盘扣架或钢管架进行回顶加固，支撑架体的长细比＞3，稳定性较差，且此处每米基坑侧压力大，综上考虑采用HW 型钢支撑。根据支撑梁的布置及型钢承载能力，选用HW400×400 型钢支撑，根据换撑梁设置间距拟间隔3.6m 布置一道型钢支撑，型钢布置如图4。

图4 型钢支撑布置图

3 应力分析

3.1 模型建立

经分析，此处基坑支护侧向力传力路径如下：支护桩→换撑梁→地下室结构外墙→HW 型钢→结构楼板→另一侧换撑梁→支护桩。此处计算构件长度为7.3m，型钢承载轴力理论值为1492×2=2984kN，考虑到10%安全冗余度，计算模型取2984×1.1=3283kN。根据此处的工况建立力学模型如图5。

图5 力学计算模型图

3.2 参数设置

1）构件材料参数 HW400×400 型钢，材质为Q345，截面厚度为21.00mm，设计强度345N/mm2，屈服强度345.00N/mm2。

2）模型荷载参数 恒载系数1.00，轴向恒载理论值 2 984kN，轴向恒载计算值3 283kN，各平面内底部约束类型为简支约束。

3) 型钢截面参数 型钢截面面积218.69cm2，惯性矩Ix=66455.00cm4，抵抗矩Wx=3323.00cm3，回转半径ix=17.43cm，惯性矩Iy=22410.00cm4，抵抗矩Wy=1120.00cm3。

3.3 应力分析

3.3.1 稳定性分析

1)绕X轴弯曲分析 构件绕X轴长细比λx=41.88 ＜150；构件轴心受压整体稳定系数φx=0.853。最小稳定性安全系数处型钢支撑的净长为7.300m，即参与计算长度；根据GB50017《钢结构设计规范》，绕X轴弯曲分析最不利工况计算

2)绕Y轴弯曲分析 构件绕Y轴长细比：λy=72.13 ＜150；构件轴心受压整体稳定系数：φy=0.639；最小稳定性安全系数处型钢支撑的净长为7.300m，即参与计算长度；根据GB50017《钢结构设计规范》，绕y轴弯曲分析最不利工况计算

3.3.2 强度分析

根据GB50017《钢结构设计规范》，最不利位置强度应力计算

经计算，构件的稳定性和强度均满足要求。

4 现场实施

4.1 施工过程管控重点

1)因型钢支撑每根重量约1t，且此处上部有内支撑，无法使用塔机安装，故型钢施工前需将此处支模架体和坡道地面清理干净，确保型钢支撑运输安装路径畅通。

2)型钢支撑施工前需采用激光水准仪进行定位放线，且安装后复核型钢支撑的平整度，确保轴力方向垂直于混凝土墙面。

3)为确保型钢支撑施加初始应力前可固定于混凝土墙面上，需在两侧混凝土接触面处设置挂耳，挂耳应与混凝土墙面进行可靠连接。

4)型钢支撑拆除时应先进行活络头卸载，随后采用叉车进行拆除。

4.2 现场施工

经分析，上述加固方案可满足强度及稳定性，按照布置图在3#坡道处进行回顶加固施工，施工时在型钢与混凝土外墙接触面埋设应力计。同时设置全自动监测仪每日观测拆撑过程中基坑的坑顶水平位移量。

4.3 过程监测

施工过程中，通过应力计和全自动监测仪器搜集自拆撑至地下室外墙回填后应力及位移变化结果，此处选取其中3 根型钢支撑监测数据进行分析，整理后如图6 和图7 所示。

图6 轴力监测曲线图

图7 位移监测曲线图

5 结论

通过数据分析可知，拆撑过程中1#、2#、3#监测点轴力最大值分别为2 954kN、2 975kN、3 092kN，存在超过理论轴力2 984kN，但均在计算轴力3 293kN 范围内；施工过程中1#、2#、3#监测点的位移变化量最大值分别为44mm、43mm、45mm，均在基坑支护位移量预警值50mm 范围内。

本文针对内支撑拆除时镂空部位进行加固技术研究，基于力学模型简化分析并结合现场施工验证其可行性，对现场实施过程监测数据收集分析，经分析本加固技术满足要求，在实际工程的成功应用为内支撑拆除工程提供施工经验。