淺談分段拆除深基坑組合鋼支撐的施工技術

文／莊銀良 浙江能工建設有限公司 浙江嘉興 314000

1、工程實例概況

該工程實例地下建筑面積約24167平方米，為二層整體地下室（圍護周長為492m），基坑普遍區開挖深度為10.70m，安全等級為一級。本工程基坑圍護結構形式：主要采用SMW工法型鋼+二道裝配式預應力組合鋼支撐。基坑東側為新高路，道路邊線距離地下室邊線約7.1米；基坑西側為已建多層醫院建筑，其外墻距圍護結構邊最近處為1.6米，該多層建筑無地下室；基坑北側6米外為鋼筋加工制作及周轉材料堆放場地；基坑南側圍護結構外5米處為已建多層建筑圍墻。

從以上描述中可知，該工程周邊環境較復雜，特別是道路、材料加工制作場地，經常有大型運輸車輛，其產生的動荷載對基坑會產生一定的影響，為盡量降低附近環境對深基坑圍護、支撐體系穩定性的作用，縮短地下結構施工周期，項目部經討論研究決定采用分段、分層拆除預應力型鋼支撐梁并流水施工的方式進行施工。

2、地下結構施工、支撐梁拆除區塊劃分原則

（1）按支撐體系內力較小位置，結合支撐梁布置點分區域，在確保基坑受力平衡、變形可控、安全及穩定的前提下加快施工進度；

（2）有利于型鋼支撐梁連續拆除及其后道工序可流水施工，不窩工，提高經濟效益；

（3）必要時可靈活基礎底板或樓板內設置施工縫以確保支撐梁在基坑安全的前提下提前拆除；

（4）按照以上原則，結合后澆帶及施工縫的位置可將地下結構施工段劃分為7區塊（含3-1、3-2區）；依據預應力組合鋼支撐受力體系情況及其布置位置可將拆撐區域在水平段上劃分為五區。具體劃分位置詳見以下附圖1:

圖1

3、支撐梁拆除前必須具備的條件

（1）基礎底板或中樓板砼傳力帶即換撐的砼強度必須達到設計值的80%以上，以同條件試塊砼強度報告為判斷依據。

（2）拆撐前公司技術部會同監測單位及項目參與各方對基坑監測報告進行數據分析，確保監測數據均無報警情形。

（3）拆除支撐所需要的人員、機械設備等需準備好，且檢查其安全狀況為良好。

（4）拆除期間應急預案所涉及到的各項物資要提前備好。

（5）項目參與各方審查拆除支撐前的各項工作已好且在正式下發拆除令后方可拆除。

4、施工工藝流程

4.1 第二道（相對標高：-6米）預應力組合鋼支撐拆除工藝流程

1區塊基礎底板及其傳力帶砼澆筑后強度達到80%以上---->一區第二道角支撐型鋼梁拆除---->2、3-1區塊基礎底板及其傳力帶砼澆筑后強度達到80%以上---->二區第二道對撐型鋼梁拆除---->3-2、6及7區塊基礎底板及其傳力帶砼澆筑后強度達到80%以上---->三區、四區第二道對撐型鋼梁拆除---->6、4區塊基礎底板及其傳力帶砼澆筑后強度達到80%以上---->五區西側第二道角支撐型鋼梁拆除---->5區塊基礎底板及其傳力帶砼澆筑后強度達到80%以上---->五區東側第二道角支撐型鋼梁及此處砼支撐梁拆除。

4.2 第一道（相對標高：-1.5米）預應力組合鋼支撐拆除工藝流程

考慮到地下室負二層結構各個區塊的施工復雜程度及其施工流水、拆除支撐梁班組施工的連續性，提高施工工效，在保證基坑穩定安全的前提下，結合第二道支撐梁拆除過程中所積累的經驗教訓，調整第一道支撐梁拆除時間、工藝流程如下：

1區塊負二層結構及其周邊中樓板換撐砼澆筑完成---->該區域砼強度達到80%以上---->一區第一道角支撐型鋼梁拆除---->2、3-1區塊負二層結構及其周邊中樓板換撐砼澆筑完成---->該區域砼強度達到80%以上---->二區第一道對撐型鋼梁拆除---->4、6區塊負二層結構及其周邊中樓板換撐砼澆筑完成---->該區域砼強度達到80%以上---->五區西側第一道角支撐型鋼梁拆除---->3-2、7區塊負二層結構及其周邊中樓板換撐砼澆筑完成---->該區域砼強度達到80%以上---->三區、四區第一道對撐型鋼梁拆除---->5區塊負二層結構及其周邊中樓板換撐砼澆筑完成---->該區域砼強度達到80%以上---->五區東側第一道角支撐型鋼梁及此處砼支撐梁拆除。

5、拆除期間應注意事項

（1）支撐梁拆除過程必須分級、緩慢釋放應力，完成卸載后，需繼續耐心觀察四至五個小時基坑圍護穩定情況并指派專人觀察型鋼支撐結構表面的細微變化，出現異常情況應立即停止并分析原因、提出解決方案。

（2）拆撐過程中基坑周邊三米范圍內嚴禁堆載，三米范圍外堆載必須小于設計要求。

（3）支撐梁拆除期間，項目部安排專職安全人員，會同監測單位共同對基坑周邊進行不間斷觀測，必要時增加監測頻次。如有異常，須啟動相應的應急預案。

（4）每個拆除區域在拆除期間均需要設置警戒區，全程指派專職安全人員實施監控。

（5）拆撐班組與土建施工各個施工班組需密切配合，相互提供工作面，做到互不影響，協調高效的進行作業。

（6）每個拆除區域在拆除期間均需要設置警戒區，全程指派專職安全人員實施監控。

6、應急預案

6.1 支撐向基坑方向水平位移大于或等于報警值

在支撐梁拆除期間因周邊環境發生變化如基坑周邊堆載超過設計值、基坑周邊裂縫未及時修補又突遇下大雨，造成圍護結構外水土壓力升高從而引起支撐向基坑方向的水平位移大于報警值，可觸發以下應急預案：

在支撐梁復加預應力裝置處，即支撐連接件處設置專用千斤頂，逐級緩慢施加預應力，同時支承軸力監測單位配合全程監測，共同確認安全后停止。

6.2 支撐向基坑方向水平位移大于或等于報警值

在支撐梁拆除期間由于周邊環境變化如基坑外開槽挖溝且深度較深引起支撐向基坑外的水平位移大于報警值，可觸發以下應急預案：

在相應的支撐預應力施加端安裝千斤頂頂起加壓端，調壓預應力的量，抽取加載時增設的鋼墊板，其厚度由監測變形穩定后的值確定，控制向外變形。

6.3 支撐軸力大于或等于報警值

支撐軸應力達到或超過報警值，應觸發以下應急預案：

（1）當監測值顯示應力過大時，應在支撐兩端位置的圍護墻上堆土反壓，以減少圍護墻體傳遞的壓力，以降低支撐應力。

（2）在支撐梁增加一根以上型鋼，用于分攤受力，降低支撐應力。

（3）如基坑周邊堆載過大或超過設計荷載，需重新調整堆載材料的重量，使之符合或小于設計要求。

6.4 組合鋼支撐連接螺栓被剪斷

鋼支撐連接螺栓被剪斷，應啟動以下應急預案：

（1）依據支撐軸力并結合螺栓所能承受的應力，通過計算后決定在剪斷處適當增加連接螺栓數量；

（2）在剪斷處將連接桿件直接焊接，增加剪切受力面積（依據6.4.1方法通過計算獲得）。

6.5 構件連接處局部屈曲

在支撐應力較大或應力集中處，出現構件連接部位的局部屈曲，應啟動以下應急預案：

（1）全面檢查并確認局部變形的位置，在此處適當增加構件的加勁板，加大構件剛度；

（2）加勁板與構件點焊連接或分段施焊，焊接質量須檢測合格。

7、預應力組合鋼支撐拆除前后數據分析

本基坑工程屬危險性較大工程，依據設計要求，業主聘請了具有相應勘察資質的單位編制了專項監測方案并實施該工程的深基坑監測，進行信息化施工；監測內容包括基坑頂部位移、冠梁水平位移、周邊地面沉降、深層土體水平位移（測斜）、坑外地下水位變化、支承軸力、立柱沉降監測、周邊建筑物變形及周邊地下綜合管線等。依據施工現場平面布置圖，加之其他監測項目變化值均較小且遠低于報警值，所以本文選擇一區、二區拆除區域中的深層土體水平位移、支承軸力（具體布置點位詳見附圖：施工段及拆除區域劃分圖）在支撐體系拆除前后的實測數據，說明以上施工工藝流程對深基坑安全、穩定及變形的影響程度。

表1是一區第一道型鋼角撐拆除前、中、后其周邊4個測斜點的實測數據，從表中數值可知，西北角第一道角撐北面二個測斜點，即CX1累計位移值每天的變化速率在-0.69mm～0.46mm之間，CX2累計位移值每天的變化速率在-0.47mm～0.96mm之間，其值均小于1mm；東北角第一道角撐北面、東面二個測斜點，即CX3累計位移值每天的變化速率在-0.3mm～1.91mm之間，CX4累計位移值每天的變化速率在-1.88mm～1.19mm之間，其值雖然較前值大，但變化速率可控，其值均小于連續三天變化速率大于等于5mm的報警值；從表中數據可知，測斜點最大累計位移值每天均在左右波動，但其每天的變化速率及累計量最大值33.71mm均低于報警值。

表1 一區角撐周邊測斜點最大累計位移值（MM）

表2是一區第一道型鋼角撐拆除前后二區第一道對撐2個支承軸力每天的實測數據，從表中實測數據可知：該對撐上所設置的兩個支承軸力觀測點每天的數據變化均較小，基本上在1KN左右區間內波動，說明臨近區域，即一區一道角撐拆除前后對其影響很小，基本上可以忽略不計；觀察表中所有實測數據可知，該兩個觀測點最大的支承軸力值751.9KN只有報警值的75%，該區域內獨立的支撐體系安全、穩定。

表2 二區第一道對撐支承軸力（KN）

表3 是一區第一道型鋼角撐拆除前后二區第一道對撐兩端2個測斜點每天的觀測數據，從表中數值可知：即CX5累計位移值每天的變化速率在-1.56mm～1.18mm之 間，CX2累 計 位移值每天的變化速率在-1.18mm～0.74mm之間，其值稍大，但變化速率可控，低于設計報警值；綜合表3實測可知，測斜點最大累計位移值每天均在波動，但其每天的變化速率及累計量最大值31.19mm均低于報警值。

表3 二區第一道對撐兩端測斜點最大累計位移值（MM）

綜上表1、表2及表3中每天變化的實測數據，證明預應力組合鋼支撐在同一水平面內分段拆除在措施到位、拆除各種所需條件均具備的前提下對臨近區域支撐梁的支承軸力及其兩端的深層土體水平位移影響不大，這進一步說明分段拆除對整個深基坑的安全、穩定性影響小，該工藝流程、施工技術可行。

結語：

依據施工現場實際情況，在確保深基坑穩定、安全及對周邊環境影響盡可能小的前提下，提前做好可能會出現的各種風險情形下的應急預案并備好所需的應急物資，科學合理的劃分施工段，靈活安排、組織結構施工，嚴格執行型鋼支撐梁的拆除施工工藝流程，使各工種作業人員盡量做到流水施工，從而加快施工進度（整個二層地下室結構比原定計劃提前28天），提高經濟效益，降低施工風險。