地下結(jié)構(gòu)與內(nèi)支撐支護(hù)體系的換撐及拆除協(xié)同施工的研究

魯愛民

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司 北京 100040）

1 前言

深基坑內(nèi)支撐支護(hù)體系土方開挖完成后，將要進(jìn)入地下主體結(jié)構(gòu)施工階段。對于地下室2層及以上的主體結(jié)構(gòu)，在施工過程中，將會與內(nèi)支撐支護(hù)體系交叉施工，將要伴隨著內(nèi)支撐支護(hù)體系的換撐施工及拆除。

如何進(jìn)行合理的地下主體結(jié)構(gòu)施工部署以及內(nèi)支撐支護(hù)體系拆除前換撐的一系列工作，并且進(jìn)行將二者有機(jī)地結(jié)合在一起，進(jìn)行協(xié)同施工，尤為重要。

本文通過工程實(shí)例，在施工過程中，針對內(nèi)支撐支護(hù)體系換撐、地下主體結(jié)構(gòu)的施工，總結(jié)出一些鋼筋混凝土內(nèi)支撐支護(hù)體系與地下主體結(jié)構(gòu)協(xié)同施工的一點(diǎn)建議，供大家參考。

2 工程實(shí)例

天津某工程為框架核心筒結(jié)構(gòu)。支護(hù)體系為一道冠梁、二道水平支撐（環(huán)梁、支撐）的灌注樁［1］加格構(gòu)柱，外側(cè)采用三軸水泥攪拌樁外加止水帷幕的支護(hù)形式。冠梁［2］、環(huán)撐及支撐采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。地下室共3層，地下三層層高為3.95 m，地下二層層高為3.9 m，地下一層層高為5.68 m。地下室頂板與水平支撐的位置關(guān)系［3］見圖1。

圖1 基坑支護(hù)體系與地下主體結(jié)構(gòu)位置關(guān)系剖面圖

3 地下主體結(jié)構(gòu)施工部署

3.1 分層分區(qū)

在土方開挖至涼槽階段，即進(jìn)入地下主體結(jié)構(gòu)的施工，為避免出現(xiàn)窩工以及工期延誤情況，此階段需要進(jìn)行全面策劃。對于有內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的地下結(jié)構(gòu)施工，其工序較多，需要根據(jù)工程狀況，將水平和豎向施工分區(qū)與分段，以便后續(xù)施工安排。

根據(jù)地下結(jié)構(gòu)與內(nèi)支撐支護(hù)體系的位置關(guān)系（見圖1），我們可以得出，基礎(chǔ)底板和地下三層結(jié)構(gòu)的施工不受內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，其分區(qū)可僅按照后澆帶進(jìn)行劃分，如圖2所示。地下二層和地下一層的施工受內(nèi)支撐支護(hù)體系的影響，在拆除內(nèi)支撐過程中，內(nèi)支撐支護(hù)體系所覆蓋及施工影響范圍內(nèi)的區(qū)域無法進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)的施工，此時需根據(jù)主體結(jié)構(gòu)形式、后澆帶以及拆除過程中作業(yè)面進(jìn)行分區(qū)，如圖3所示。

圖2 寶能現(xiàn)代科技廣場項目地下三層分區(qū)圖

圖3 寶能現(xiàn)代科技廣場地下二層、地下一層分區(qū)圖

3.2 施工流程

在地下結(jié)構(gòu)施工到一定階段（視內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)道數(shù)及位置確定）需要將內(nèi)支撐進(jìn)行拆除［4］，第二道環(huán)撐拆除時地下三層主體結(jié)構(gòu)全部施工完成，且已經(jīng)達(dá)到設(shè)計要求強(qiáng)度，后澆帶已經(jīng)有支頂連接，主體結(jié)構(gòu)薄弱部位加固措施已完成，換撐全部施工完成；第一道環(huán)撐拆除時地下二層主體結(jié)構(gòu)全部施工完成，且已經(jīng)達(dá)到設(shè)計要求強(qiáng)度，后澆帶已經(jīng)有支頂連接，換撐全部施工完成。

根據(jù)圖4所示地下主體結(jié)構(gòu)施工流程，地下主體結(jié)構(gòu)施工階段的關(guān)鍵工序主要有外墻施工、外墻防水及肥槽回填、回填養(yǎng)護(hù)、環(huán)撐機(jī)械拆除等。因而在施工部署中，要將其作為地下結(jié)構(gòu)施工的重中之重進(jìn)行部署。

圖4 寶能現(xiàn)代科技廣場項目地下主體結(jié)構(gòu)施工工序

4 地下主體結(jié)構(gòu)與內(nèi)支撐支護(hù)體系拆除的協(xié)同施工

4.1 肥槽回填及換撐施工方案選擇

在拆除內(nèi)支撐前，需進(jìn)行肥槽部位的換撐，使外墻與圍護(hù)結(jié)構(gòu)（支護(hù)樁）之間構(gòu)成整體，使得在內(nèi)支撐拆除時，將土壓力有效地傳遞給主體結(jié)構(gòu)。肥槽回填以及換撐工作是制約工程進(jìn)度的一個非常關(guān)鍵的因素。一般主要有3種方法：（1）回填灰土，然后在地下室樓板標(biāo)高處做一定厚度的素混凝土板帶（換撐板帶）；（2）澆筑素混凝土［5］；（3）采用主體地下室主體結(jié)構(gòu)的主次梁外伸圍護(hù)結(jié)構(gòu)的方法。

（1）回填灰土加素混凝土板帶

內(nèi)支撐拆除前，一般采用人工回填灰土對肥槽部位加以換撐（肥槽內(nèi)分層填土夯實(shí)并加設(shè)一層300 mm厚C25素混凝土板帶至地下結(jié)構(gòu)頂板處）。由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)與地下室外墻間距過小（一般為900 mm，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制偏差，局部都有可能出現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)到外墻的情況），且與內(nèi)支撐水平支撐的凈距過小（一般在1.5 m左右），造成回填難度非常大。同時，施工回填土?xí)r需人工將土先運(yùn)至頂板，再由人工從頂板運(yùn)至肥槽內(nèi)，效率較低。在土方回填時極易造成地下室外墻防水卷材保護(hù)層滑落，從而影響外墻防水質(zhì)量，而且人工回填質(zhì)量控制難度大，無法保證土方回填效果。

（2）回填素混凝土（見圖1）

采用回填素混凝土，將外墻與支護(hù)樁連成一個整體，起到換撐的作用。此種做法將會使工期變短，外墻防水質(zhì)量較好、土方回填質(zhì)量較好。

施工工藝流程：

準(zhǔn)備工作→肥槽外墻防水卷材及保護(hù)層施工完畢→地下三、二層頂板部位防水保護(hù)層保護(hù)→素混凝土澆筑→檢查驗收［6］。

為加強(qiáng)防水導(dǎo)墻位置防水的保護(hù)，避免混凝土澆筑過程中防護(hù)層脫落，以及后期內(nèi)支撐拆除期間對防水保護(hù)層的破壞，將導(dǎo)墻以下25 cm露出防水位置用現(xiàn)場木膠合板釘成L型，短邊搭在外墻導(dǎo)墻橫切面上，短邊木膠合板提前做出穿絲孔，用鉛絲將木膠合板與墻體鋼筋綁扎固定。

（3）主次梁外伸支頂支護(hù)樁的方法

采取主次梁外伸支頂支護(hù)樁來替代300 mm厚C25換撐板帶。主次梁與支護(hù)樁間采用植筋或者吊筋進(jìn)行連接。或者在支護(hù)樁與外墻間設(shè)置鋼筋混凝土板帶，板帶厚度及間距具體見設(shè)計要求，具體示意如圖5、圖6所示。

當(dāng)?shù)装迮c支護(hù)樁間超過一定的距離后，需采取一定的連接做法，將其連接起來，使力能夠有效地進(jìn)行釋放。可采用鋼筋混凝土水平支撐進(jìn)行連接［7］。如圖7所示。

圖5 混凝土板帶換撐做法平面示意

圖6 混凝土板帶換撐做法立面示意

圖7 基礎(chǔ)底板與支護(hù)樁間換撐做法

針對以上三種肥槽施工方法，以該工程為例，分析如下：

（1）成本方面

采用傳統(tǒng)的人工回填，工程量為4 400 m3，在天津地區(qū)，1m3的定額為160元左右，需花費(fèi)704 000元左右。

采用回填素混凝土，1 m3的價格為400元，共需花費(fèi)1 760 000元，費(fèi)用較高。

采用主次梁外伸至支護(hù)樁的做法，大概需混凝土290m3，鋼筋60 t，滾軋直螺紋鋼筋套筒2 000個，植筋380m，后期還需進(jìn)行人工回填，需花費(fèi)1 200 000元。

（2）工期方面

人工回填，嚴(yán)重耽誤施工進(jìn)度，使施工進(jìn)度較慢，受天氣及環(huán)境條件制約，延誤鋼筋混凝土水平支撐的拆除開始時間。

肥槽回填素混凝土操作簡便，外墻防水施工完畢后，即可進(jìn)行素混凝土的施工。

主次梁外伸支頂支護(hù)樁的方法，可將外墻防水及土方回填施工全部順延至第一道環(huán)撐拆除后進(jìn)行，使防水及土方回填工程不在關(guān)鍵路線時間，能夠加快施工進(jìn)度［8］。

綜上所述，在考慮工期、質(zhì)量、成本和施工難度的條件下，采用素混凝土回填，相比傳統(tǒng)的人工回填，可加快施工進(jìn)度約20 d，但是相對費(fèi)用增加800 000元左右。若采用主次梁外伸支頂支護(hù)樁，后期人工回填，難度加大，防水比較難閉合。鑒于此，素混凝土回填是該工程肥槽回填［9］較好的選擇。

4.2 主體結(jié)構(gòu)薄弱部位的換撐加固

內(nèi)支撐支護(hù)體系拆除前，需要對基礎(chǔ)底板、地下室樓板和汽車坡道處薄弱部位進(jìn)行加固。

（1）基礎(chǔ)底板的加固

基礎(chǔ)底板后澆帶內(nèi)采用型鋼進(jìn)行連接，同時型鋼兩端與封頭板進(jìn)行焊接。工字鋼及封頭板的尺寸需由設(shè)計單位根據(jù)工程具體情況來進(jìn)行確定。具體示意如圖8所示。基礎(chǔ)底板與支護(hù)樁間換撐做法如圖9所示。

圖8 底板后澆帶換撐剖面示意

圖9 基礎(chǔ)底板與支護(hù)樁換撐做法（一）剖面圖

（2）地下室樓板的換撐

在樓板后澆帶處，框架主梁內(nèi)可采用預(yù)埋 36a工字鋼，并且通過封頭板與樓板連接（工字鋼及封頭板材質(zhì)、工字鋼兩端深入樓板的長度具體由設(shè)計單位進(jìn)行確定）。在后澆帶范圍內(nèi)框架次梁處混凝土由梁底澆筑至板底。在某些工程中其也與框架主梁做法相同。框架次梁處兩者做法相比較而言，澆筑混凝土易于操作，成本較低，但是不利于釋放后澆帶兩側(cè)結(jié)構(gòu)沉降及收縮應(yīng)力的轉(zhuǎn)變。建議框架次梁處采用預(yù)留工字鋼進(jìn)行換撐［10］。

（3）汽車坡道處的加固措施

對于深基坑臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐，機(jī)械拆除前，因汽車坡道處沒有頂部結(jié)構(gòu)體，而汽車坡道一般位于外墻與主體結(jié)構(gòu)之間，外墻部位受力比較薄弱，需進(jìn)行換撐，將力進(jìn)行卸荷［11］。汽車坡道處可采取臨時混凝土梁、板結(jié)構(gòu)等進(jìn)行加固，一般說來，這種做法費(fèi)用較高。還可以采用鋼管臨時回頂措施，將外墻與汽車坡道內(nèi)墻連成一個整體，起到臨時加固與換撐的作用。此種做法起到了提高施工效率，降低工程成本的良好效果。如果同時遇到外墻有轉(zhuǎn)折情況，可用工字鋼將鋼支撐連成一個整體，使受力更加均勻。

4.3 爆破拆除與機(jī)械拆除

對爆破拆除與機(jī)械拆除，在使用限制條件等方面進(jìn)行對比分析后，建議采用機(jī)械拆除進(jìn)行水平支撐的拆除工作，以縮短工期［12］。具體對比分析如表1所示。

表1 內(nèi)支撐支護(hù)體系爆破拆除與機(jī)械拆除對比分析

5 結(jié)束語

綜上所述，地下主體結(jié)構(gòu)施工階段的關(guān)鍵工序主要有外墻施工、外墻防水及肥槽回填、回填養(yǎng)護(hù)、環(huán)撐機(jī)械拆除等。應(yīng)針對以上關(guān)鍵工序，采取優(yōu)化措施，使得內(nèi)支撐體系換撐等一系列的施工能夠滿足地下主體結(jié)構(gòu)的施工需求，達(dá)到協(xié)同施工的目的。