深基坑地下室施工中的豎向臨時換撐施工

龔 達 劉 丹 盧雄峰 張 琨 朱錢豐 樊晨強鮑 旺 續文昊 趙元梓 劉俞佟

中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 201204

在深大基坑支護工程中，內支撐是重要組成部分，隨著地下結構的施工，基坑內支撐的代換和拆除成為基坑支護安全穩定的關鍵[1-2]。換撐施工是指通過在基坑圍護結構與地下室結構之間用傳力帶建立一種新的受力平衡，讓圍護結構在內支撐拆除前、后逐步實現結構內部應力的轉移再分配[3]。成關鋒[4]介紹了回填法換撐、設置剛性支撐物、采用鋼筋混凝土換撐梁作為傳力帶的施工方法；范廣軍等[5]介紹了采用圓管鋼支撐作為傳力帶的換撐方式。以上幾種換撐形式均為水平換撐，在無樓板及2棟單體的結合部，水平換撐難以實現[6-8]。為了解決這一難題，上海市楊浦區生命科學與創新創業大樓項目在深基坑施工中運用了“鋼筋混凝土刀片墻＋局部型鋼”豎向臨時換撐體系，在A、B區基坑中隔墻處設置厚300 mm刀片墻，在B2層樓板缺失區域設置厚400 mm刀片墻，在B1層基坑東側設置H型鋼臨時換撐。刀片墻施工完成并達到設計強度、H型鋼臨時換撐安裝完畢并預加軸力后，方可拆除水平內支撐。通過比對分析支撐拆除前后的基坑監測數據，對豎向臨時換撐的實施效果進行了評估。

1 項目工程概況

生命科學與創新創業大樓項目位于上海市楊浦區四平社區C090302單元D03-02地塊內（同濟大學東校區），是密集城市中心深大基坑近地鐵項目，周邊環境復雜，基坑最大開挖深度達17.1 m，西側距離軌交10號線雙圓隧道最近距離僅28 m，東至規劃上海國際創新學院大樓，北側為同濟大學建筑設計研究院，南側為規劃蘇家屯路。基坑混凝土內支撐及基坑圍護平面如圖1所示。項目基坑分為A區、B區、C區這3個坑實施。本工程設計相對標高±0 m，相當于絕對高程＋4.30 m。基礎底板標高－15.20 m、地下2層樓板標高－10.40 m、地下1層樓板標高－6.20 m。本工程地基基礎設計等級為甲級，安全等級為二級，對控制基坑變形要求極高。

圖1 混凝土內支撐及基坑圍護平面示意

為減小基坑內支撐拆除后的基坑變形，本工程在B1層東北角、B2層樓板缺失區域以及A、B區交界處采用“鋼筋混凝土刀片墻＋局部型鋼”換撐形式傳力。

其中，刀片墻主要分布在B2層樓板缺失區域和A、B區交界處，如圖2和圖3所示。B2層樓板缺失區域采用臨時厚400 mm混凝土刀片墻作為換撐措施，厚400 mm混凝土刀片墻底標高－15.2 m（同基礎底板標高），頂標高－9.7 m。A、B區交界處采用厚300 mm混凝土刀片墻作為換撐措施，厚300 mm混凝土刀片墻底標高－15.2 m（同基礎底板標高），頂標高－1.3 m。

圖2 400 mm厚刀片墻位置示意

本工程H型鋼臨時換撐采用H400 mm×400 mm×13 mm×21 mm型鋼，主要分布在B1層東北角。H型鋼臨時換撐平面位置如圖4所示。

2 換撐施工流程

本項目以300 mm刀片墻換撐為例，說明換撐的施工流程。

按照設計工況，A、B區中隔墻位置刀片墻必須在A區支撐拆除前、B區3層土方開挖施工前達到設計強度，故該位置刀片墻不僅影響A區支撐拆除及結構回筑施工，且由于B區土方開挖進度遠遠領先于A區結構回筑施工進度，所以為保證現場B區開挖進度，必須將設計工況進行調整，將高15 m刀片墻由原設計工況分3個階段澆筑完成調整為1次施工完成后再進行該區域支撐拆除工作（圖5、圖6）。

圖4 H型鋼換撐平面布置示意

圖5 支撐拆除施工段劃分

圖6 A、B區交界處刀片墻施工

設計工況調整后的施工工藝及流程如下：

1）底板及傳力塊施工完成后，詳細劃分施工流水段，先行拆除非刀片墻影響區域外的支撐，同步進行刀片墻施工，刀片墻一次施工至±0 m高度。

2）刀片墻施工完成后，A區回筑及B區土方開挖即可按照原施工計劃進行，A區可拆除刀片墻影響區域內的第3道支撐，進行B3層結構及B2層板施工。

3）待B2層板施工完成并達到設計強度80%后，拆除第2道支撐，進行B2層結構施工及B1層板施工。

4）施工B0層板原理同上述第3條所述。

3 H型鋼臨時換撐施工

在A區部位B2層結構回筑完成并達到設計強度后，進行H型鋼換撐施工，H型鋼支撐采用預埋鋼板的方式與結構側混凝土牛腿及地下連續墻連接，保證受力均勻。每根換撐預加300 kN的軸力，后續可進行首道撐拆除及B1層結構回筑工作，待B1結構完成最終拆除H型鋼換撐（圖7）。

圖7 H型鋼斜拋撐施工示意

保證豎向臨時換撐的作業方法和施工安排合理，是刀片墻和H型鋼進行豎向換撐的重要工作。項目實施表明，豎向臨時換撐體系施工需做到：一要確保圍護體系的穩固和豎向換撐受力體系的合理性；二要合理安排換撐的施工順序；三要做好實時監測，通過監測數據及時采取應急措施，確保工程在豎向換撐進程中的施工安全。

4 監測分析

本工程待刀片墻、H型鋼換撐施工完成后，對支撐拆除前后的豎向和水平位移（P點）及深層水平位移（Q點）進行監測。監測布置點如圖8所示。

圖8 本項目監測點

對內支撐拆除前和內支撐拆除后的圍護頂部豎向、水平位移監測點以及圍護結構深層水平位移監測孔的監測數據進行統計。通過監測數據的比對分析，得出支撐拆除后，圍護頂部豎向、水平位移和圍護結構深層水平位移的單日位移增量和累積位移增量并無明顯增大，未超出極限值，且變形速率均在2 mm/d以內，符合規范要求，即支撐拆除后的基坑變形均在設計要求的范圍內。

5 實施效果

豎向臨時換撐系統在生命科學與創新創業大樓項目基坑施工中的成功實施，表明豎向臨時換撐系統具有以下優點：

1）可沿基坑開挖全斷面支撐，控制變形效果好，特別適用于雙圓盾構隧道變形控制。相比于傳統水平換撐，豎向臨時換撐系統施工速度快，與地下連續墻共同施工的適應性更好。

2）豎向臨時換撐系統可以解決地下連續墻中隔墻插入比過小的問題，抵抗被動土壓力，減小變形。

3）豎向臨時換撐系統能適用于無樓板及2棟單體的結合部。

4）豎向臨時換撐系統拆除方便、速度快，鋼筋可回收，節約材料。

5）豎向臨時換撐系統可使中隔墻插入深度減小，節約中隔墻施工工期及材料消耗，符合綠色施工理念。

6 結語

上海市楊浦區生命科學與創新創業大樓項目在A、B區中隔墻、B2層樓板缺失區域和B1層東北角采用“鋼筋混凝土刀片墻＋局部型鋼”豎向臨時換撐體系的成功實施，滿足了本項目復雜條件下對基坑變形及周邊既有建筑變形的控制要求，使項目安全、高效、順利施工，對類似工程具有很好的借鑒意義。

但是，豎向臨時換撐與地下室的連接較復雜，刀片墻及牛腿施工前需要植筋，H型鋼需要與錨板焊接，工程實施過程中可根據具體情況，考慮采用豎向換撐和水平換撐相結合的臨時換撐體系。