利用主體結構進行拆換撐的深基坑工程實踐

李健強，楊 勛，張松波，程 謙，王 帥，譚江蜀

（1.中建三局集團有限公司，湖北 武漢 430070；2.湖北中建三局建筑工程技術有限責任公司，湖北 武漢 430070）

支護結構與主體地下結構相結合的設計和施工方法由于其在變形控制、可持續發展等方面具有諸多優點而成為建設高層建筑多層地下室和其它多層地下結構的有效方法[1]。在此基礎上，利用主體結構作為換撐構件可以充分發揮結構樓板剛度大的特點，有效控制基坑拆撐過程中的結構變形[2-3]。

本文結合武漢長江中心項目B1 地塊深基坑拆換撐施工實例，闡述利用鋼管斜撐實現快速拆換撐的關鍵施工技術，為市區深基坑拆換撐快速施工提供借鑒。

1 工程概況

武漢長江中心項目B1 地塊為超高層商業辦公樓，地下3 層，地上80 層，建筑高度381m，基礎形式為樁筏基礎。基坑開挖面積約2.72 萬m2，大面開挖深度18m，塔樓坑中坑局部區域開挖深度最深約為29.2m，基坑距長江最近約240m。支撐平面布置如圖1 所示，影響塔樓施工支撐區域如圖2 所示。

圖1 支撐平面布置圖

圖2 影響塔樓施工支撐區域

2 基坑支護設計及拆換撐工序

2.1 支護結構設計

基坑支護形式采用地連墻（兩墻合一）+三道混凝土內支撐支護體系，地連墻厚度1m，拆撐過程中采用結構樓板與鋼管斜拋撐相結合的方式進行換撐，局部區域采用兩道鋼管斜換撐，大面采用一道鋼管斜換撐（圖3）。

圖3 底板鋼管斜換撐平面布置圖

局部塔樓先做，需要拆除對應影響區域支撐結構，但裙樓尚未完成施工不能整體拆除第三道撐，因此，基坑西北角影響塔樓施工的支撐區域需要優先拆除，為此在基坑西側和北側底板上設置一道斜撐，其余區域底板不設置斜撐，整個基坑四周在B1 層板上設置鋼管斜換撐如圖4 所示。支護結構及鋼管斜撐平面如圖5 所示。

圖4 B1層鋼管斜撐平面布置圖

圖5 支撐剖面圖

2.2 拆撐工序

1）底板及后澆帶型鋼換撐施工完成，底板強度達到設計強度的80%，底板鋼管斜撐施工完成；拆除影響塔樓施工區域支撐（圖6）。

圖6 拆撐工況一

2）地下三層頂板及換撐結構施工并養護至設計強度80%；拆除第三道支撐（圖7）。

圖7 拆撐工況二

3）完成地下二層結構及換撐構件施工，地下二層頂板結構強度養護至設計強度的80%；完成斜撐施工；拆除第一、第二道支撐（圖8）。

圖8 拆撐工況三

3 支護體系變形分析

為了研究該支護體系在整個基坑開挖與拆換撐過程中受力變形特征，采用Midas/GTS 有限元軟件建立平面應變模型，模型中土層采用修正摩爾庫倫模型，支撐結構采用桁架單元模擬，支護樁采用梁單元模擬，軟件自帶功能考慮支撐構件與支護樁間距對結構剛度的影響。

數值模擬計算根據實際施工順序建立先后施工工況，得到不同施工工序條件下地連墻位移變化情況（圖9），圖中工序包括基坑開挖與拆撐整個過程。地連墻位移曲線顯示隨基坑開挖深度增加，地連墻位移不斷增大，最大位移深度在開挖面以上2m 左右。由于鋼管整體剛度比支撐要小，拆撐階段地連墻位移相較于開挖階段更大，拆撐階段要及時進行樓板及鋼管換撐，拆撐階段地連墻最大位移深度不斷上移，在拆撐位置附近位移最大，因此施工時要加大對拆撐位置地連墻位移監測。地連墻位移變化曲線表明，拆撐階段支護結構位移變化較開挖階段更大，因此要更加關注拆撐階段支護結構位移監測。

圖9 不同工序下地連墻位移圖

4 主體結構變形分析

根據拆換撐工序分析，拆撐前需利用主體結構樓板進行換撐，樓板需有足夠的剛度抵擋地連墻傳遞來的側向圍壓。實際施工采用分區流水施工，優先施工臨地連墻側主體結構，為此需計算樓板抵抗側向變形的能力與結構跨數的關系。

根據基坑支護計算文件提取樓板換撐圍壓，其中B2 層樓板承受圍壓474kN/m，B1 層樓板承受圍壓為157kN/m，按照9×9m 的跨度建立計算模型，計算跨度考慮為3～6 跨，按照施工工況，計算中樓層數分單層結構（B2 層板）和雙層結構（B1和B2 層板），結構水平變形結果如表1 所示。

表1 不同跨數下樓板水平位移（單位：mm）

根據JGJ 3—2010《高程建筑混凝土結構技術規程》[4]樓層層間位移與層高之比小于1/550，根據計算結果，當跨數大于等于5 跨時，結構位移滿足規范要求。因此施工時優先施工地連墻側至少5 跨結構換撐，可抵抗側向圍壓。

5 結語

1）鋼管斜換撐工況下支護結構位移變化相較于基坑開挖階段更大，因此需要加強拆撐期間的基坑監測。基坑開挖過程中，地連墻最大位移在開挖面以上2m 左右，拆撐階段地連墻最大位移出現在拆撐面附近，因此施工中要關注相應位置的地連墻監測位移。

2）分區流水施工條件下，優先施工臨地連墻側5 跨主體結構可以有效控制基坑側向變形。