深基坑内撑体系换撑施工技术的应用

在高层建筑的深基础施工中, 基坑支护工程施工工期长, 造价高, 是整个工程的重点阶段。基坑支护的设计形式较多, 但受工程所处位置和地质条件的限制, 既经济又适用的支护形式往往不多。目前混凝土内支撑体系因其对周边环境要求低、施工方便已越来越多地应用在深基坑支护的工程中, 但受基坑支撑体系的限制, 工程施工到一定部位时内支撑的拆除是一个必然过程, 本文通过总结天津诚基中心工程的具体施工实践, 为其它类似工程的施工提供一定的参考与借鉴。

1 工程概况

1.1 总体概况

天津诚基中心工程占地面积为17500m2, 地下建筑面积为35000m2, 地下建筑面积约为40万m2, 地下二层, 地上50层, 总高度约1 6 0 m。

工程基础结构形式有桩基础、基础承台、筏板基础, 主体结构形式为现浇钢筋砼框剪结构。工程采用弹性聚合物的外防水体系。主楼基础厚度为1.4 m~1.8 m, 局部底板为3m厚, 裙房底板厚度为0.6m~0.8m, 工程基础顶标高为-7.6 0 m。

工程地质情况:表层厚度2.5 m内为杂填土, 黄海高程-1.82m~-41.62m处为粉质粘土, -41.62m~-56.62m处为粉质粘土, 部分夹薄砂层, -56.62m~-79.12m处为粉砂层, 地质条件较差, 同时地下水位较高。

1.2 支撑结构形式

该工程东侧距居民区路较近、西侧距长沙路10m, 南侧距西安道10m~20m, 北侧为建委大楼和南京路较近, 尤其是东面北段地下结构外边线距红线最小处只有5.0 2 m。同时本工程周边的市政管线较密集, 南侧西安道、北侧南京路及西侧长沙道为交通干道, 也是市政管网集中区。

考虑到现场的特殊情况, 本工程支护结构采用排桩式支护形式。排桩采用桩径800mm和9 0 0 m m的钻孔桩, 桩距9 0 0 m m和1 1 0 0 m m, 在钻孔桩的外侧做止水帷幕。其平面示意见图1。

工程基础顶标高为-7.6 0 m, 支护桩长为2 8 0 0 0 m m, 内支撑采用钢筋混凝土结构, 主梁为8 0 0 m m×1 5 0 0 m m, 支护桩上边梁为8 0 0 mm1 7 0 0 m m, 支撑的标高在梁顶标高在-1.7 m, 梁高0.8 m, 地下二层顶板的标高在-4.5 m, 地下一层顶板标高在-0.3 m。其平面示意见图2。

2 换撑技术方案

2.1 换撑原理

在深基坑支护中, 混凝土内支撑是一种过渡性支撑体系, 当工程施工到一定部位, 此支撑体系应全部拆除。换撑原理就是通过一定的传力构件让支护桩因内支撑拆除后所产生的部分应力传递给具备承受能力的构件, 即已经施工完成且达到相当强度的地下室外墙壁及负一层板梁, 而支护体系仍然发挥正常的支护作用。它既可以采用相当数目的刚性支撑物放置于地下室外墙的指定部位或直接设置传力带, 也可利用基坑回填使回填物与地下室结构共同受力, 控制变形。

2.2 方案比选

因考虑到业主的销售需要, 本工程要求在工程工期相当紧张, 同时因工程所处地的地下水位较高, 其防水采用了结构外防水体系, 其施工所需的时间长, 其设置传力带的方法和回填法均不太适用, 故考虑设置刚性支撑物的方法来进行换撑。

在刚性支撑物的选择上, 主要考虑了钢筋混凝土结构、钢梁及简易圆木等方法。

圆木支撑:在每根支护桩处设置一根直径为1 5 0 m m的圆木, 圆木两端用1 8#箍紧。该方法操作简单、经济实用, 但其刚度小, 特别对局部支撑长度超过1 5 0 0 m m的安全系数小, 同时由于每根有支撑, 其支撑体系整体性差, 安全可靠性小。

钢梁支撑:要浇筑剪力墙时, 在支护桩处的剪力墙对应位置预留钢板, 而后用钢梁 (柱) 一端焊接在预留的钢板上, 另一端支承在支护桩上, 支护桩一侧设钢构梁, 使桩连成整体。该方法其支撑刚度大, 钢构件可提前加工, 节约时间, 支撑拆除后钢构可重复利用, 但其一次性投资大, 对一次性工程不经济。

砼支撑:在底板施工时, 在底板与支护桩间采用砼浇筑, 负二层结构顶板施工时, 在纵横墙处设置砼支撑, 使其混凝土结构与支护桩形成整体。该方法的刚度大, 施工速度快, 经济实用, 且地下室防水施工及回填土时无需拆除支撑。

根据现场的情况和对换撑结构的分析, 故采用砼结构的换撑体系, 并由业主委托相关设计院进行了设计和验算, 对施工提出具体的要求。

3 施工过程

3.1 方案准备

根据设计要求, 在底板施工时, 在底板与支护桩间采用C 2 0素砼浇筑, 负二层结构顶板施工时, 因地下结构的开间和跨度小, 最大处为4 8 0 0 m m, 故在纵横墙处设砼支撑, 支承梁板为2000mm宽 (相当于每隔2根设一道, 其混凝土结构与支护桩形成整体。

3.2 二次支撑施工

(1) 在底板施工中, 在桩与基础结构底板砼间用素C 2 0砼填满到边, 与桩有效固接, 充分利用素砼的抗压强度, 厚度同底板砼的厚度相同。

(2) 负二层顶板施工时, 其支撑部位钢筋混凝土与地下室结构同时施工。其砼强度 (C 3 0) 同二层结构板的强度等级。

(3) 为减少主体结构与围护结构的不均匀沉降, 在施工时在桩与支撑结构砼间设置一层油毡。

3.3 内支撑人工拆除

在支撑拆除施工的方法中通常分为人工拆除和静压爆破两种, 但考虑到现场分段施工的实际情况, 故考虑采用人工拆除的方法。

(1) 拆除准备。

砼强度:地下负二层顶板 (换撑临时支撑) 的混凝土强度达到设计强度的8 0%时方可进行拆撑。

基坑监测:在拆撑期间加强基坑的位移监测, 要求监测单位对拆撑施工期间每天定时进行监测, 在拆除南北向和斜向主撑时, 每天监测两次, 连续监测五天, 对每天的监测结果随时上报。

应急准备:在基坑监测过程中, 如遇位移较大的情况, 在基坑周边立即卸载, 同时在有墙的支护桩边加直撑或斜撑, 以防止位移的进一步加大, 同时将监测结果随时报设计单位, 共同协商解决办法。

坑边堆载:在支撑拆除期间, 基坑周边限制堆载, 谨防过大静载和较大冲击荷载的作用影响基坑的稳定。原则要求坑边堆载不得大于4 0 K p a。

(2) 拆除施工。

施工方法:根据本工程支撑梁的特点, 采用人工使用空压机分块破碎混凝土支撑梁, 分段拆除后及时将混凝土块运出施工现场, 而后在堆场将混凝土块集中破碎。

拆撑的顺序:依据各种梁的受力情况, 先拆除撑间零杆 (受力最小杆件) , 而后拆除斜向梁, 最后拆除主梁。

为满足塔吊协助作业的要求, 每段混凝土块不得超过2.5 T。 (长度不超过2.5米) , 在拆除施工中的掉在砼板上破碎砼及时清理出施工现场, 谨防板面堆载过大。

4 效果与分析

诚基B区工程的换撑施工在地下室底板施工时完成了第一道支点的施工, 在地下二层结构施工时同时完成了第二道与支护桩的传力构件的施工, 待混凝土传力构件的强度达到设计标准的8 0%时开始了内支撑的拆除。同时在施工中在不影响受力体系的前提下对不同部位受力内撑采用分段流水拆除的方法, 整个支撑拆除时间持续15天, 但实际占用总工期6天, 为工程的总工期目标节约了宝贵的时间。

通过实践证明, 换撑采用设置混凝土传力构件的方法, 既不影响地下室防水及回填土的施工, 工期又短, 投入少, 施工简单, 效果可靠。在内支撑拆除中根据现场的实际情况采用人工破碎后切块拆除的方法, 满足了工程的需要, 安全经济, 实用方便。通过本工程的顺利实施, 为其它类似工程的施工积累了一定的经验。

摘要：在深基坑混凝土内撑的体系中, 换撑施工是工程施工到一定部位的必然过程, 实践表明采用混凝土构件让支护桩所承受的土压力传递给已施工完的地下室结构的方法, 施工方便、经济实用、效果可靠, 在工程的应用中有一定的推广性。

关键词：深基坑,支护,换撑,内撑拆除