錯層地下結構的基坑換撐分析與優化

常州第一建筑集團有限公司 常州 213002

1 工程概況

常州市第一人民醫院綜合病房大樓由25 層主樓、6 層裙房和局部純地下室組成，建筑面積123 000 m2，基坑挖深為12.65～13.55 m，基坑面積約9 088 m2，周長約為410 m，四周環境復雜，基坑安全等級一級。基坑總體設計采用鉆孔灌注樁+2 層鋼筋混凝土支撐的支護形式，支撐平面如圖1所示。

圖1 鋼筋混凝土支撐平面

在本工程的支撐形式中，鋼筋混凝土支撐主要由雙向對撐以及四角角撐組成，2 層支撐中心標高分別為－2.05 m和－7.35 m。北側裙房和局部純地下室為3 層，標高分別為－8.15 m、－4.55 m和－0.05 m（純地下室為－0.95 m），南側主樓地下室為2 層，標高分別為－4.55 m和－0.05 m。

2 原換撐設計方案

由于－4.55 m結構平面連續完整、傳力可靠，原換撐設計方案中第1層支撐換撐通過在－4.55 m結構平面設置常規的換撐塊實現。在第2層支撐換撐中原設計顯然是考慮到了南側地下結構大面積缺失－8.15 m，結構平面無法有效傳遞水平荷載，所以將第2層對撐、南側角撐全部保留，僅在北側角撐部位－8.15 m結構平面設置常規的換撐塊進行換撐（圖2）。

圖2 第2層支撐換撐平面

3 原換撐方案分析

原第1層支撐換撐較為常規可順利實施，第2層支撐換撐方案亦充分考慮了地下結構錯層影響，保留了70%支撐，雖可保證基坑安全卻給地下結構施工和質量帶來極大困難和隱患，主要表現為以下幾點：

（a）保留支撐穿越核心剪力墻或與個別結構柱、剪力墻相碰，需另采用置換加固措施后方能保證結構正常施工，施工繁瑣，給結構安全帶來隱患。

（b）保留支撐穿越結構外墻數量多、留洞大，勢必給結構、防水質量留下較多隱患。

（c）保留支撐－7.35 m與－8.15 m結構平面換撐不在同一標高，換撐的對稱平衡、整體性有所削弱，同時也使換撐工況變得比較復雜。

4 換撐方案優化[1-8]

總包中標時支護樁、立柱樁、立柱已施工完畢，第1層支撐已全面開始施工，已無法對總體支護方案進行調整，只能對第2層支撐換撐方案進行優化。優化圍繞底板做文章，各方最后歸納為兩種優化方案：

（a）底板混凝土至支護樁，外墻板澆至第2層支撐下，在－8.15 m標高處底板與外墻板間設置型鋼豎向斜撐、外墻板與支護樁間設置換撐塊實現換撐后拆除全部第2層支撐，思路與原方案基本一致。

（b）底板混凝土至支護樁，同時在地板上設置向上支撐混凝土牛腿至支護樁實現換撐后拆除全部第2層支撐，－8.15 m標高處換撐取消。

型鋼豎向斜撐換撐方案與原支護設計工況一致，也比較成熟可靠，可確保換撐安全，缺點是整個工藝要求、工序比較復雜，特別是對地下結構影響比較大。底板牛腿換撐方案大大簡化了換撐工序，施工方便，缺點是初步驗算后牛腿較大高度需侵入地下室內，今后拆除工作量大。

經反復綜合比較后決定采用底板牛腿換撐方案，但仍需進一步優化，優化重點是縮小牛腿高度。充分利用支護樁強度、剛度，結合醫院內相似基坑施工經驗，按最不利條件反復驗算支護樁承載力、深層水平位移等控制指標，換撐牛腿可縮小至不侵入地下室內。底板牛腿換撐方案工況及牛腿構造見圖3。在底板牛腿換撐過程中要求進行連續基坑監測，各相關方設置專人負責監測數據的收集、分析、處理，同時將豎向斜撐作為針對性應急措施做好充分準備，確保應急事件發生時在第一時間得到處理。

圖3 底板牛腿換撐工況

5 實施要點

底板牛腿換撐實施過程中應注意以下幾點：

（a）底板施工應首先將沿支護樁周邊底板及換撐牛腿施工完畢，這樣可明顯減少變形并且有利于該部分混凝土強度增長。

（b）由于牛腿與支護樁連接面存在豎向分力，應特別注意連接質量。牛腿鋼筋與支護樁應采用植筋連接，支護樁混凝土面應清理至符合質量要求，并采用界面劑處理，牛腿采用補償收縮混凝土。

（c）對于陰陽角等特殊部位，特別注意應連續設置換撐牛腿。

（d）由于底板不可避免會出現后澆帶、集水坑、電梯坑等局部缺失，對這些部位應按驗算要求采用型鋼支撐等進行補強。

（e）所有底板及換撐牛腿施工完畢、混凝土強度達80%、后澆帶等底板缺失處補強完畢并經全面驗收合格后方可進行第2層支撐拆除。

6 結語

目前工程已完成，基坑工程換撐按底板牛腿換撐方案施工，整個過程正常，內力、變形均控制在設計、規范要求內，此類錯層地下結構基坑施工中以下幾點可供借鑒：

（a）基坑（換撐）方案應充分考慮主體地下結構施工、質量要求，應與主體地下結構的結構形式、施工順序協調，應便于主體結構施工。

（b）對于基坑工程、主體工程分先后招標、施工的工程，基坑工程方案確定前應聽取具有總承包施工經驗的相關專家的意見，并對可操作性進行論證。

（c）采用底板牛腿換撐方案受力明確、連接可靠、整體性強、施工簡便、確保安全，可充分發揮支護樁的強度、剛度。